סגסוגת סקנדיום

A:

• סקנדיום (סמל כימי Sc ומספר אטומי 21) היא מתכת מעבר אור כסוף-לבן. הוא מסווג כיסוד אדמה נדיר.
• תכונותיו העיקריות הן משקלו הקל, נקודת התכה גבוהה ורדיוס יוני קטן. סקנדיום הוא רק היסוד ה-50 בשכיחותו בכדור הארץ, אך הוא היסוד ה-23 בשכיחותו בשמש.
• בשל גודלם הקטן של יונים, הוא אינו מתחבר באופן סלקטיבי עם אניונים היוצרים עפרות נפוצות ולעתים רחוקות יוצר ריכוזים גבוהים מ-100 ppm בטבע.
• סקנדיום משמש בעיקר, בדרגות של {{0}}.1 עד 0.5%, בסגסוגות אלומיניום ליישומי תעופה וחלל וספורט, כולל שלדות אופניים, מחבטי טניס ומחבטי בייסבול.
• הסיבה העיקרית להוסיף סקנדיום היא שהוא מוסיף חוזקות כמו שום אלמנט אחר לסגסוגות אלומיניום קלות משקל. ליתר דיוק, בשל עידון הגרגר העדין שלה, סגסוגות סקנדיום מפחיתות סדקים חמים בריתוכים, מגדילות את החוזק בריתכות ומספקות התנהגות עייפות טובה יותר.
• הוא משמש גם במנורות הלוגן בצורת סקנדיום יודיד על מנת לקבל אור קרוב לזה של אור השמש הטבעי.
• לסקנדיום שני שימושי קצה פוטנציאליים חשובים מאוד, בעיקר באירופה: תאי דלק תחמוצת מוצק לאחסון אנרגיה וסגסוגות Sc-Al בסקטורי תעופה וחלל ומכוניות.

A:

• היצרניות העולמיות של סקנדיום הן סין 66%, רוסיה 23%, אוקראינה 7% וקזחסטן 1%.
• האספקה ​​העולמית של סקנדיום מקורה במקורות ראשוניים כגון חומרי הזנה של עפרות, וממקורות משניים מייצור כרייה כגון תרכיזים, סיגים מתכות ושאריות.
• סקנדיום מיוצר בדרך כלל כתוצר משותף או כתוצר לוואי במהלך עיבוד של עפרות שונות (למשל, עפרות ברזל, REEs, טיטניום, זירקוניום, אורניום, תוריום, אלומיניום, טונגסטן, בדיל, טנטלום, אפטיט, ניקל וקובלט) ו/ או שהוחזרו מזנב ושאריות שעובדו בעבר (USGS 2021 ו-2022).

A:

• סקנדיום אינו נסחר בבורסת מתכות כלשהי מכיוון שמוצרי סקנדיום נמכרים בין גורמים פרטיים במחירים לא ידועים.
• 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 ט) מהייצור השנתי העולמי סין היא היצרנית הגדולה ביותר של Sc. יצרנים אחרים רוסיה (1-2 t/y) והפיליפינים (כ-1 t/y) (DERA, 2021).

ת: סקנדיום, כמו מתכות אחרות המסוגגות באלומיניום, מעניק חוזק ותכונות רצויות לאלומיניום, ועושה זאת במידה מסוימת לכל אחת מ-8 משפחות הסגסוגות (סדרה). תוספות סקנדיום מייצרות חוזק על ידי קידום מבנה גרגר קטן יותר, בגודל שווה בסגסוגות במהלך התמצקות. סקנדיום מראה תגובת חוזק טובה יותר במשפחות סגסוגות מסוימות מאשר באחרות, אך כמעט תמיד עם תוספות די קטנות - בין 0.1% ל-0.45% Sc.

ת: סקנדיום מספק חוזק טרנספורמטיבי ללא צורך בטיפולי חום בעייתיים ויקרים. באופן ספציפי, תוספות סקנדיום יכולות להגביר את חוזק התפוקה בסדרת 5000 בין 300Mpa ל-450Mpa, בהתאם לכמות התוספת, תוך שמירה על נתוני התארכות (משיכות) של 12-15.

ת: השפעות בריאותיות של סקנדיום:

לסקנדיום אין תפקיד ביולוגי. רק כמויות קטנות מגיעות לשרשרת המזון, כך שהצריכה היומית של האדם הממוצעת היא פחות מ-0.1 מיקרוגרם.

סקאדיום אינו רעיל, אם כי היו הצעות שחלק מהתרכובות שלו עשויות להיות סרטניות.

סקנדיום מסוכן בעיקר בסביבת העבודה, בשל העובדה שניתן לשאוף לחות וגזים עם אוויר. זה יכול לגרום לתסחיפים ריאות, במיוחד במהלך חשיפה ארוכת טווח. סקנדיום יכול להוות איום על הכבד כאשר הוא מצטבר בגוף האדם.

ת: השפעות סקנדיום על הסביבה:

סקנדיום מושלך לסביבה במקומות רבים ושונים, בעיקר על ידי תעשיות המייצרות דלק. זה יכול גם להיכנס לסביבה כאשר ציוד ביתי נזרק לפח. סקנדיום יצטבר בהדרגה בקרקעות ובקרקעות מים וזה יוביל בסופו של דבר להגדלת הריכוזים בבני אדם, בבעלי חיים ובחלקיקי אדמה.

עם חיות מים סקנדיום גורם לנזק לממברנות התא, שיש לו מספר השפעות שליליות על הרבייה ועל תפקודי מערכת העצבים.

ת: סגסוגות אלומיניום סקנדיום הן שילוב מנצח של מתכת סקנדיום ומתכת אלומיניום. תוספת של סקנדיום לאלומיניום מגבילה את צמיחת הגרגרים המוגזמת המתרחשת באזור מושפע החום של רכיבי אלומיניום מרותכים.

ת: אלומיניום מגנזיום סקנדיום כולל יכולת ריתוך טובה, סבילות מעולה לנזק, עמידות טובה בפני קורוזיה, יכולת יצירת זחילה. Aleris AlMgSc סגסוגת AA5024 H116 מאפשרת פישוט של תהליך הייצור של רכיבי גוף מטוסים. עם AA5024 H116 AlMgSc, רכיבי גוף מטוסים מחוזקים בסטרינגר יכולים להיות מרותכים באמצעות קרן לייזר (LBW) או Friction Stir Welded (FSW) כאשר החלקים הבודדים עדיין שטוחים, ללא כל טיפול קודם. העקמומיות הבודדת או הכפולה של חלק גוף המטוס הנדרשת לגוף המטוס מושגת על ידי היווצרות זחילה בטמפרטורה גבוהה.

מומלץ לשימוש בתור יריעת עור גוף בעלת חוזק בינוני אך סובלנות מצוינת לנזק ותכונות קורוזיה ויכולות להחליף סגסוגות 2xxx בשימוש מסורתי אפילו כפתרון נפילה.

ת: כמה חסרונות של סגסוגות אלומיניום-ליתיום כוללים:

• משיכות מופחתת
• קשיחות שבר מופחתת
• אניזוטרופיה של מאפיינים במישור
• צורך בעבודה קרה כדי להשיג תכונות שיא
• שיעורי הארכת סדקי עייפות מואצים

ת: סגסוגות Al-Li קלות יותר ובעלות מתיחה וחוזק תנובה גבוהים בהשוואה לסגסוגות האלומיניום הקונבנציונליות בעלות חוזק גבוה. הם עמידים בפני התפשטות סדקי עייפות; עם זאת, עמידותם בפני קורוזיה עדיין צריכה להשתפר.