آلیاژ اسکاندیم

A:

• اسکاندیم (نماد شیمیایی Sc و عدد اتمی 21) یک فلز انتقالی نور سفید نقره ای است. این عنصر به عنوان یک عنصر خاکی کمیاب طبقه بندی می شود.
• خواص اصلی آن وزن سبک، نقطه ذوب بالا و شعاع یونی کوچک آن است. اسکاندیم تنها پنجاهمین عنصر رایج روی زمین است، اما بیست و سومین عنصر رایج در خورشید است.
• به دلیل اندازه کوچک یون های آن، به طور انتخابی با آنیون های رایج سنگ ساز ترکیب نمی شود و به ندرت غلظت های بالاتر از 100 ppm را در طبیعت تشکیل می دهد.
• اسکاندیم عمدتاً در درجه های {{0}}.1 تا 0.5% در آلیاژهای آلومینیوم برای کاربردهای هوافضا و ورزشی، از جمله قاب دوچرخه، راکت تنیس و چوب بیسبال استفاده می شود.
• دلیل اصلی اضافه کردن اسکاندیم این است که مانند هیچ عنصر دیگری به آلیاژهای سبک آلومینیوم استحکام می بخشد. به طور دقیق تر، آلیاژهای اسکاندیم به دلیل پالایش دانه ریز، ترک خوردگی داغ در جوش را کاهش می دهند، استحکام در جوش را افزایش می دهند و رفتار خستگی بهتری را ارائه می دهند.
• همچنین در لامپ های هالوژن به شکل یدید اسکاندیم به منظور بدست آوردن نوری نزدیک به نور طبیعی خورشید استفاده می شود.
• اسکاندیم دو کاربرد نهایی بالقوه بسیار مهم دارد، به ویژه در اروپا: سلول‌های سوختی اکسید جامد برای ذخیره‌سازی انرژی و آلیاژهای Sc-Al در بخش‌های هوافضا و خودرو.

A:

• تولیدکنندگان جهانی اسکاندیم چین 66 درصد، روسیه 23 درصد، اوکراین 7 درصد و قزاقستان 1 درصد هستند.
• عرضه جهانی اسکاندیم از منابع اولیه مانند مواد اولیه سنگ معدن و منابع ثانویه از تولید معادن مانند کنسانتره، سرباره های متالورژی و پسماندها سرچشمه می گیرد.
• اسکاندیم معمولاً به‌عنوان یک محصول مشترک یا فرعی در طی فرآوری سنگ‌های معدنی مختلف (به عنوان مثال، سنگ آهن، عناصر REE، تیتانیوم، زیرکونیوم، اورانیوم، توریم، آلومینیوم، تنگستن، قلع، تانتالیم، آپاتیت، نیکل و کبالت) تولید می‌شود. یا از باطله ها و بقایای فرآوری شده قبلی (USGS 2021 و 2022) بازیابی شده است.

A:

• اسکاندیم در هیچ بورس فلزی معامله نمی شود زیرا محصولات اسکاندیم بین طرف های خصوصی با قیمت های نامشخص فروخته می شود.
• Data on scandium (Sc) production is very patchy and incomplete. According to the USGS (2022) the annual Sc production is estimated to 10-20 t; DERA (2021) assumes the figure to be around 14-16 t. Sc demand and supply are highly concentrated. With about 75% (>10 تن از تولید جهانی سالانه چین بزرگترین تولید کننده Sc است. سایر تولیدکنندگان روسیه ({1}} تن در سال) و فیلیپین (حدود 1 تن در سال) (DERA، 2021).

پاسخ: اسکاندیم، مانند سایر فلزات آلیاژ شده با آلومینیوم، استحکام و خواص مطلوبی را به آلومینیوم می دهد و این کار را تا حدی به هر یک از هشت خانواده آلیاژی (سری) انجام می دهد. افزودنی‌های اسکاندیم با ایجاد ساختار دانه‌ای کوچک‌تر و هم اندازه در آلیاژها در طول انجماد، استحکام ایجاد می‌کنند. اسکاندیم در برخی از خانواده‌های آلیاژی واکنش بهتری نسبت به سایر آلیاژها نشان می‌دهد، اما تقریباً همیشه با افزودنی‌های بسیار کوچک - بین 0.1% و 0.45% Sc.

پاسخ: اسکاندیم بدون نیاز به عملیات حرارتی مشکل ساز و پرهزینه، استحکام دگرگون کننده را ارائه می کند. به طور خاص، افزودن اسکاندیم می تواند قدرت تسلیم سری 5000 را بسته به مقدار اضافه، بین 300 مگاپاسکال تا 450 مگاپاسکال افزایش دهد، در حالی که ارقام ازدیاد طول (شکل پذیری) 12-15 را حفظ می کند.

الف: اثرات اسکاندیم بر سلامتی:

اسکاندیم هیچ نقش بیولوژیکی ندارد. فقط مقادیر کمی به زنجیره غذایی می رسد، بنابراین میانگین مصرف روزانه افراد کمتر از 0.1 میکروگرم است.

اسکادیوم سمی نیست، اگرچه پیشنهاداتی مبنی بر سرطان زا بودن برخی از ترکیبات آن وجود دارد.

اسکاندیم بیشتر در محیط کار خطرناک است، زیرا رطوبت ها و گازها با هوا قابل استنشاق هستند. این می تواند باعث آمبولی ریه شود، به ویژه در هنگام قرار گرفتن در معرض طولانی مدت. اسکاندیم زمانی که در بدن انسان انباشته می شود می تواند تهدیدی برای کبد باشد.

الف: اثرات اسکاندیم بر محیط زیست:

اسکاندیم در بسیاری از نقاط مختلف، عمدتاً توسط صنایع تولید بنزین، در محیط ریخته می شود. همچنین در صورت دور ریختن وسایل خانگی می تواند وارد محیط شود. اسکاندیم به تدریج در خاک ها و خاک های آبی تجمع می یابد و این در نهایت منجر به افزایش غلظت در انسان، حیوانات و ذرات خاک می شود.

اسکاندیم با حیوانات آب باعث آسیب به غشای سلولی می شود که تأثیرات منفی متعددی بر تولید مثل و عملکرد سیستم عصبی دارد.

پاسخ: آلیاژهای آلومینیوم اسکاندیم ترکیبی برنده از اسکاندیم و فلز آلومینیوم هستند. افزودن اسکاندیم به آلومینیوم رشد بیش از حد دانه را که در ناحیه متاثر از حرارت اجزای آلومینیوم جوش داده شده رخ می دهد، محدود می کند.

A: آلومینیوم منیزیم اسکاندیم دارای جوش پذیری خوب، تحمل آسیب عالی، مقاومت در برابر خوردگی خوب، خزش پذیری است. آلیاژ Aleris AlMgSc AA5024 H116 امکان ساده سازی فرآیند ساخت اجزای بدنه هواپیما را فراهم می کند. با AA5024 H116 AlMgSc، اجزای بدنه هواپیما تقویت‌شده با ریسمان می‌توانند با جوش پرتو لیزر (LBW) یا جوش داده شده با اغتشاش اصطکاکی (FSW) در زمانی که تک تک قطعات هنوز صاف هستند، بدون هیچ گونه عملیات قبلی. انحنای یک یا دو قسمت بدنه مورد نیاز برای بدنه هواپیما با شکل گیری خزش در دمای بالا به دست می آید.

برای استفاده به عنوان ورقه پوست بدنه با استحکام متوسط، اما مقاومت در برابر آسیب و خواص خوردگی عالی توصیه می شود و به طور بالقوه می تواند جایگزین آلیاژهای 2xxx سنتی استفاده شده حتی به عنوان محلول قطره ای شود.

پاسخ: برخی از معایب آلیاژهای آلومینیوم لیتیوم عبارتند از:

• کاهش شکل پذیری
• کاهش چقرمگی شکست
• ناهمسانگردی خواص درون صفحه
• نیاز به کار سرد برای رسیدن به اوج خواص
• نرخ گسترش ترک خستگی تسریع شده

پاسخ: آلیاژهای Al–Li در مقایسه با آلیاژهای آلومینیوم با مقاومت بالا سبک‌تر هستند و دارای استحکام کششی و تسلیم بالایی هستند. آنها در برابر انتشار ترک های خستگی مقاوم هستند. با این حال، مقاومت در برابر خوردگی آنها هنوز نیاز به بهبود دارد.