Scandiumlegierung

A:

• Scandium (chemisches Symbol Sc und Ordnungszahl 21) ist ein silberweißes, helles Übergangsmetall. Es wird als seltenes Erdelement eingestuft.
• Seine Haupteigenschaften sind sein geringes Gewicht, sein hoher Schmelzpunkt und sein kleiner Ionenradius. Scandium ist nur das 50. häufigste Element auf der Erde, aber es ist das 23. häufigste Element in der Sonne.
• Aufgrund der geringen Größe seiner Ionen verbindet es sich nicht selektiv mit üblichen erzbildenden Anionen und bildet in der Natur selten Konzentrationen über 100 ppm.
• Scandium wird hauptsächlich in Gehalten von {{0}},1 bis 0,5 % in Aluminiumlegierungen für Luft- und Raumfahrt- und Sportanwendungen verwendet, darunter Fahrradrahmen, Tennisschläger und Baseballschläger.
• Der Hauptgrund für die Zugabe von Scandium besteht darin, dass es leichten Aluminiumlegierungen Festigkeit verleiht wie kein anderes Element. Genauer gesagt reduzieren Scandiumlegierungen aufgrund ihrer feinen Kornfeinung die Heißrissbildung in Schweißnähten, erhöhen die Festigkeit der Schweißnähte und sorgen für ein besseres Ermüdungsverhalten.
• In der Form von Scandiumiodid wird es auch in Halogenlampen verwendet, um ein Licht zu erzielen, das dem natürlichen Sonnenlicht nahe kommt.
• Scandium hat zwei sehr wichtige potenzielle Endanwendungen, insbesondere in Europa: Festoxid-Brennstoffzellen zur Energiespeicherung und Sc-Al-Legierungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilsektor.

A:

• Die globalen Scandiumproduzenten sind China mit 66 %, Russland mit 23 %, die Ukraine mit 7 % und Kasachstan mit 1 %.
• Die weltweite Versorgung mit Scandium stammt aus primären Quellen wie Erzrohstoffen und sekundären Quellen aus der Bergbauproduktion wie Konzentraten, metallurgischen Schlacken und Rückständen.
• Scandium entsteht typischerweise als Nebenprodukt bei der Verarbeitung verschiedener Erze (z. B. Eisenerz, REEs, Titan, Zirkonium, Uran, Thorium, Aluminium, Wolfram, Zinn, Tantal, Apatit, Nickel und Kobalt) und/ oder aus zuvor verarbeiteten Tailings und Rückständen gewonnen (USGS 2021 & 2022).

A:

• Scandium wird an keiner Metallbörse gehandelt, da Scandiumprodukte zwischen privaten Parteien zu nicht genannten Preisen verkauft werden.
• 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 t) der globalen Jahresproduktion China ist der größte Produzent von Sc. Weitere Produzenten Russland (1-2 t/a) und die Philippinen (ca. 1 t/a) (DERA, 2021).

A: Scandium verleiht Aluminium wie andere mit Aluminium legierte Metalle Festigkeit und wünschenswerte Eigenschaften, und zwar in gewissem Maße auch bei jeder der acht Legierungsfamilien (Serien). Scandiumzusätze erzeugen Festigkeit, indem sie während der Erstarrung eine kleinere, gleichmäßig große Kornstruktur in Legierungen fördern. Scandium zeigt in einigen Legierungsfamilien eine bessere Festigkeitsreaktion als andere, jedoch fast immer mit recht geringen Zusätzen – zwischen 0,1 % und 0,45 % Sc.

A: Scandium bietet transformative Festigkeit, ohne dass problematische und kostspielige Wärmebehandlungen erforderlich sind. Insbesondere können Scandiumzusätze die Streckgrenze einer Serie 5000 je nach Zusatzmenge auf 300 MPa bis 450 MPa erhöhen und gleichzeitig die Dehnungswerte (Duktilität) von 12-15 beibehalten.

A: Gesundheitliche Auswirkungen von Scandium:

Scandium spielt keine biologische Rolle. Nur Spurenmengen gelangen in die Nahrungskette, sodass die durchschnittliche tägliche Aufnahme einer Person weniger als 0,1 Mikrogramm beträgt.

Scadium ist nicht toxisch, obwohl es Hinweise darauf gibt, dass einige seiner Verbindungen krebserregend sein könnten.

Scandium ist vor allem im Arbeitsumfeld gefährlich, da Feuchtigkeit und Gase mit der Luft eingeatmet werden können. Dies kann insbesondere bei längerer Exposition zu Lungenembolien führen. Scandium kann eine Gefahr für die Leber darstellen, wenn es sich im menschlichen Körper anreichert.

A: Auswirkungen von Scandium auf die Umwelt:

Scandium wird an vielen verschiedenen Orten in die Umwelt gelangt, vor allem durch die erdölproduzierende Industrie. Auch beim Wegwerfen von Haushaltsgeräten kann es in die Umwelt gelangen. Scandium reichert sich nach und nach in Böden und Gewässerböden an, was letztendlich zu steigenden Konzentrationen in Menschen, Tieren und Bodenpartikeln führen wird.

Bei Wassertieren verursacht Scandium Schäden an Zellmembranen, was mehrere negative Auswirkungen auf die Fortpflanzung und die Funktionen des Nervensystems hat.

A: Scandium-Aluminiumlegierungen sind eine erfolgreiche Kombination aus Scandium und Aluminiummetall. Der Zusatz von Scandium zu Aluminium begrenzt das übermäßige Kornwachstum, das in der Wärmeeinflusszone geschweißter Aluminiumbauteile auftritt.

A: Aluminium-Magnesium-Scandium zeichnet sich durch gute Schweißbarkeit, ausgezeichnete Schadenstoleranz, gute Korrosionsbeständigkeit und Kriechformbarkeit aus. Die Aleris AlMgSc-Legierung AA5024 H116 ermöglicht eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses von Flugzeugrumpfkomponenten. Mit AA5024 H116 AlMgSc können stringerverstärkte Flugzeugrumpfkomponenten ohne vorherige Behandlung entweder laserstrahlgeschweißt (LBW) oder rührreibgeschweißt (FSW) werden, wenn die einzelnen Teile noch flach sind. Die für den Flugzeugrumpf erforderliche einfache oder doppelte Krümmung des Rumpfteils wird durch Kriechumformen bei erhöhter Temperatur erreicht.

Empfohlen für die Verwendung als Rumpfhautblech mit mittlerer Festigkeit, aber ausgezeichneter Schadenstoleranz und Korrosionseigenschaften und kann möglicherweise traditionell verwendete 2xxx-Legierungen sogar als Drop-in-Lösung ersetzen.

A: Zu den Nachteilen von Aluminium-Lithium-Legierungen gehören:

• Reduzierte Duktilität
• Reduzierte Bruchzähigkeit
• Anisotropie der Eigenschaften in der Ebene
• Zur Erzielung optimaler Eigenschaften ist eine Kaltbearbeitung erforderlich
• Beschleunigte Ausdehnungsraten von Ermüdungsrissen

A: Al-Li-Legierungen sind leichter und weisen im Vergleich zu herkömmlichen hochfesten Aluminiumlegierungen eine hohe Zug- und Streckgrenze auf. Sie sind beständig gegen die Ausbreitung von Ermüdungsrissen; Ihre Korrosionsbeständigkeit muss jedoch noch verbessert werden.