7B50合金大規格預拉伸板

在美國鋁業協會注冊的變形鋁合金中，并沒有7B50這個合金，但是按中國國標GB/T3190-2008卻有這個合金。

7B50合金的鋅含量比7050合金的大0.3個百分點，并含有0.0002%Be~0.002%Be，Ti的含量也多0.04個百分點，其他元素的含量則幾乎完全相同，所以他們的組織與性能相同。

微量Be的加入主要是為了提高氧化膜的致密性，減輕或防止熔煉時鎂的燒損。

含鈧的鋁合金

鈧（Sc）是一種稀土元素，稀土元素是元素周期表ⅢB族中的鈧、釔、鑭系等17種元素的總稱，常用R或RE表示。鈧是第一個稀土元素，是1879年瑞典化學家尼爾松（L·F·Nilson）發現的。

鈧的化學活性很強，當和氧作用時，生成很穩定的Sc2O3，它的標準生成熱和標準自由焓負值比鈣、鋁、鎂氧化物的值還大。鈧的物理性質：原子序數21、原子量44.956、熔點1541℃、沸點2836℃、24℃時密度2.989g/cm3、熔化熱3.369×4.181J/mol、汽化熱89.9 ×4.184KJ/mol、25℃時電阻率52×10-6Ω·cm、密排六方晶格、常見化合價+3。

稀土金屬在地殼中的豐度0.0153%，與常見金屬鋅、錫、鈷的豐度相近，鈧的豐度為5g/t。

世界最大氧化鈧研發生產基地

全球最大氧化鈧研發生產基地在中國，生產鋁-鈧合金首先必須生產出氧化鈧，再制成鋁-鈧中間合金，再將中間合金加到鋁合金溶體中，方可制成含鈧的鋁-鈧合金。當下，含鈧的鋁合金中的鈧含量都是微量的，都≤0.5%，但是不管含鈧多少，只要含有鈧的鋁合金皆被稱為鋁-鈧合金或含鈧的鋁合金。

2018年中國中冶新材料有限公司一期項目順利建成，其氧化鈧車間于2019年1月21日產出了高純氧化鈧，該車間一期氧化鈧生產能力20t/a,從而成為最大者。據美國地質礦產局公布的資料，2015年~2017年，全球鈧的產銷量10t/a~15t/a。中冶新材料公司采用自主研發的低成本紅土鎳礦提取氧化鈧的工藝，這是一條綠色的大規模生產氧化鈧的工藝路線。從而可向市場大規模穩定地提供高品質氧化鈧，為鋁-鈧合金的發展提供穩定的原料支撐，同時有利于產品成本的降低。

為保障國家重要戰略儲備資源安全，促進國內含鈧材料產業化發展，中冶新能源公司已聯合中國恩菲工程技術有限公司、中國航發北京航空材料研究院、北京工業大學和河北工業大學，通過系統的硬件建設和人才隊伍建設，成立了河北省鈧系材料工程研究中心，重點研發高純氧化鈧制備技術、鋁合金鈧微合金技術及新型高性能鋁-鈧合金開發、含鈧鎢基陰極材料制備技術，建設產業化示范生產線，形成系統鈧系材料研究體系并打造國家級研發中心，培育和輻射新興科技及產業，推動和促進航空航天、國防軍工、新能源、新能源汽車和下一代信息技術等戰略新興產業的發展。

鈧在鋁合金中的作用

將鈧加入各種鋁合金、鎂合金中，可提高其高溫強度，用以制造艦船發動機葉輪、飛機及汽車發動機和導彈零部件，向鋁-鋯合金加入適量的稀土用作電纜，可提高電纜的強度性能和耐磨性，而不降低其電導率，具有中國特色的稀土鋁線纜。

俄羅斯、美國、日本、德國、中國等都對鋁-鈧合金作過與正在對其進行研究。在俄羅斯鋁-鈧合金已在航空航天器制造中獲得大量應用。把鈧加入鋁中可形成Al3Sc，如果和鋯一同加入鋁中又可形成Al3Zr，它們是鋁的結晶核心，可以極大地細化鋁的晶粒，使鋁的晶粒細小均勻，鈧是細化鋁及鋁合金晶粒最有效的，故有“細化劑王”之稱。

在鋁及合金中只要加入千分之幾的鈧就會生成Al3Sc新相，使合金的組織和性能發生明顯變化。加入0.2%Sc~0.4%Sc可以顯著提高合金的高溫輕度、組織穩定性、可焊性和抗腐蝕性能，并可避免長期高溫工作時易產生的脆化現象。通過添加微量鈧可在現有鋁合金基礎上開發出新一代鋁合金如高強韌鋁合金、新型高強耐蝕可焊鋁合金、新的高溫鋁合金、高強度鈧中子鋁合金。在鋁-鈧合金研發和應用方面，俄羅斯起了領跑者作用，如1420合金已用于制造米格-29、圖-204及雅克-36垂直起落等飛機的結構件，1421合金擠壓材已用于制造運輸機縱梁。美國用鋁-鈧合金制造焊絲和體育器材，如棒球和壘球棒、曲棍球桿和自行車縱梁等。

俄羅斯的鋁-鈧合金

與不含鈧的同成分合金相比，含鈧的鋁合金具有更高的強度性能和韌性，更高的抗蝕性，是繼鋁-鋰合金之后又一新的一代航空航天、艦船輕型材料。在蘇聯時代，鋁-鈧合金集中在科學院巴依科夫研究所和全蘇輕合金研究所研發，1991年蘇聯解體后進入俄羅斯時代，但這兩個研究所仍致力于鋁-鈧合金研發，它們研發出Al-Mg-Sc系、Al-Zn-Sc系、Al-Zn-Mg-Cu-Sc系、Al-Mg-Li-Sc系和Al-Cu-Li-Sc系共17個牌號的鋁-鈧合金，產品主要用于航空航天、艦船等的焊接受力結構件，以及在堿性腐蝕介質環境中工作的鋁合金管材、鐵路運輸油罐、高速列車關鍵零部件等。

截至2018年4月在美國鋁業協會公司（AA）注冊的鋁-鈧合金只有4個：法國2004年注冊的2023合金，含0.06%Sc~0.15%Sc；德國2008年注冊的5024合金，含0.10%Sc~0.40%Sc；德國2014年注冊的5028合金，含0.02%Sc~0.40%Sc；2009年美國注冊的7042合金，含0.18%Sc~0.50%Sc，這是迄今含鈧最高的鋁合金。

俄羅斯的鋁-鈧合金都成型于蘇聯時代，進入俄羅斯時代并沒有取得驚人的有里程碑意義的成就。

鋁-鎂-鈧系合金

此系合金共有8個：01570、01570C、01571、01545、01545K、01535、01523、01515，它們的合金化元素為Mg、Sc、Zr、此外還含微量Mn及Ti，為了降低合金溶體的氧化，還可以加入微量的Be。

01570合金的鎂含量最高，與含鎂量6%的Al-Mg合金相當，但后者的抗拉強度為340N/mm2、屈服強度為180N/mm2,這就是說加入鈧與鋯后，合金的強度性能有了很大提高。01570合金還有良好的超塑性和可焊性能。

01571合金為焊絲合金，還含有微量的混合稀土與硼，它的強度比01570合金的稍低，但塑性則高一些，用于焊接Al-Mg-Sc與Al-Zn-Mg-Sc合金。由于含有Sc、Zr、Ti等微量元素，焊縫鑄態組織得到顯著細化，焊縫的熱裂傾向也小了許多，同時由于焊縫的結晶速度甚快，微量Sc、Zr最大程度地溶入了Al-Mg合金固溶體中，在后來的熱處理過程中以納米級的Al3Sc、Al3Zr粒子析出，顯著提高了Al-Mg-Sc和Al-Zn-Mg-Sc合金焊接接頭強度。

01545合金的鎂含量比01570合金的少，為4.0%~4.5%，因而塑性與成形加工性能比01570合金的好，后來又研制成功含4.2%Mg~4.8%Mg的01545K合金，它在液氫溫度20K時有很好的力學性能，Rm≥600N/mm2，Rpo.2≥430N/mm2，A10≥15%，是焊接液氫與液氧火箭燃料貯罐的材料。

01535合金的鎂含量為3.5%~4.5%，比01570合金及01545合金的都低一些，但有良好的塑性，有利于成品加工，也減少了剝落腐蝕和應力腐蝕開裂風險，它的抗拉強度Rm≥360N/mm2，Rpo.2≥N/mm2，伸長率≥16%，主要用于焊接低溫結構件，如液化氣罐等。

01523合金的鎂含量低，僅約2%，但有很好的抗蝕性、成形性和抗中子輻照性，可是強度卻比不含鈧的AlMg2合金的高得多。

01523合金用于焊接在高腐蝕性介質中工作的構件，如運送H2S含量高的原油容器管道，以及受中子輻照的焊接零部件。

01515合金是一種含鎂量很低的鋁-鎂-鈧-鋯合金，熱導率高和有較高的屈服強度Rpo.2，在航空航天器交換器制造中有著廣泛的應用。

鋁-鋅-鎂-銅-鈧合金

在俄羅斯此系合金有3個成型的：01970、01975、01981，Zn的含量4.5%~5.5%，Mg含量約2%，Zn/Mg比2.6，Cu含量0.35%~1.0%，（Sc+Zr）含量0.30%~35%。

01970合金抵抗再結晶的能力甚強，即使冷變形率很大，其開始再結晶溫度也比固溶處理溫度高。例如，冷變形達85%的板材在450℃淬火后仍保持著完整的非再結晶組織。

還有一種牌號為01975的鈧含量低的鋁-鎂系合金，只含0.07%Sc，在現有全球的鋁-鈧合金中，是含鈧量最少的，其他成分與01970合金的相同。01975合金有很好的塑性與壓力加工性能，擠壓后可在空氣中在線淬火，時效后的材料有良好的綜合性能：高的強度性能和抗剝落腐蝕性能，良好的抗應力腐蝕性，優異的可焊性，是擠壓高速列車、地鐵和橋梁等承力結構的重要材料。

在此系含鈧的合金中，上世紀90年代，俄羅斯研制成一種新型的Al-Zn-Mg-Cu-Sc合金，其性能與7055合金的相當，但有更好的工藝性能，高的強度、高的彈性、低的各向異性和好的斷裂韌性。

鋁-鎂-鋰-鈧合金及鋁-銅-鋰-鈧合金

俄羅斯研發的這兩類鋁-鈧合金雖然尚未在工業中獲得廣泛應用，但鋁鈧合金的特有優秀性能已初顯端倪，已在航空航天工業得到應用，用于制造一些重要的結構件。向01420鋁-鎂-鋰-鋯（Al-5.5Mg-2Li-0.15Zr）合金添加<0.30%SC，形成了牌號為01421及01423的兩種鋁-鎂-鋰-鈧合金，它們的密度為2.5g/cm3，成為很輕的變形鋁合金之一，并有很好的可焊性。

01460合金的成分（質量%）：3Cu、2Li、0.2~0.3（Sc+Zr），其余為Al。該合金時效后的典型力學性能：抗拉強度Rm =55N/mm2，屈服強度Rp0.2=490N/mm2，伸長率A=7%，可用氬弧法焊接，并有良好的低溫性能，當測試溫度從室溫降至液氫溫度時，抗拉強度從550N/mm2上升到680N/mm2，伸長率則由7%增加到10%。俄羅斯已用此合金制造航天器發射火箭液態燃料貯箱。

新世紀以來，俄羅斯在01460合金基礎上研制出01464合金，其密度為2.65g/cm3，正彈性模量E=（70~80）GN/mm2，經熱機械處理后，可具有更好的綜合性能，高的強度、塑性、抗蝕性、可焊性、抗沖擊性與抗裂性，還有較高的熱穩定性，可于120℃長期工作。

在2018年12月26日工信部發布的《重點新材料首批次應用示范指導目標（2018年版）》的通告中，列有兩類重點研發的新型鋁合金：一類是含鈧的結構鋁合金，另一類為含鈧的焊絲鋁合金。對中國來說，它們都是新材料，都是短板，都亟待發展。希望有關企業、科研院所、大專院校能在相關部門的牽頭下組織起來，統一步調，聯合攻關，既有合作，又有分工，爭取在四五年時間內完成研制任務，形成有中國特色的鋁-鈧合金系列，其中有約5種鋁-鈧結構合金，2種鋁-鈧焊絲合金。（王祝堂）

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