我国稀土在铝及其它有色金属中的运用

何国重

摘要：稀土在铝及其它有色金属中的运用早期是在国外进行的。虽然针对稀土的应用与研究是从上世纪六十年代才正式开始的，但我国针对该领域的快速发展从理论研究到现实运用这一阶段付出了较大工作量，赢得了一定的成就。本文主要针对我国稀土在铝及其它有色金属中的运用进行探讨分析，提出相应的应用对策，期望以此实现对我国经济发展的促进。

关键词：有色金属；铝；稀土；应用对策

前言：稀土具有高化学活性、低电势和特殊的电子壳层排列，能与几乎所有元素相互作用。在铝及其他有色金属中比较常用到的稀土主要由Ce(铈)、Y(钇)、Sc(钪)，以及La(镧)等组成，通常情况下，会与成核剂、变质剂，以及脱气剂一同加入铝液中，以此实现对熔体的净化，并且能够将其微观结构改善、细化晶粒，有着非常重要的运用意义。

一、稀土在铝及其它有色金属中的作用机理

（一）净化作用

因为在实际铸造过程中，一旦过多的氧化性夹杂物以及气体等就将带入铸件，会产生针孔、裂纹、夹杂物等缺陷，铝以及其他有色金属的强度将进一步降低。在铝及其它有色金属中应用稀土，不仅能够减少杂质的出现，而且还可以进一步减少各种有害元素对其造成的危害，具有一定净化作用[1]。稀土能够和各种有色金属中存在的杂质以及有害元素之间进行反应，产生脱氧、脱硫，以及脱氧脱硫反应，此种反应可以有效减少危害，尽可能避免有色金属被低熔点金属作用所危害，有着稀释以及稳固氢原子的重要效用，进而以此将氢元素危害降到最低，同时，此反应还有着还原氮元素以及艰去氮元素的效果。

（二）变质作用

稀土对铝及其他有色金属而言有着十分良好的变质作用[2]。通常情况下，稀土原子半径要比铝原子半径大，其性质相对活跃。在铝及其它有色金属中应用稀土的方式除了能够降低各种有害元素的危害以外，还可以与铝及其它有色金属中的合金以及微合金产生一定作用。如在铝及其它有色金属中具有固溶量及强化作用，针对镍、铁等固溶度较低的金属元素，利用稀土可以表现出微合金化反应的效果，而对于铝、铜等金属则可以表现出一定的核心化反应效果。按照热力学研究内容可以得知，通过在铁、铝、铜等有色金属中运用稀土，可以将合金元素的活性大大减小，并进一步增强溶解度。此现象非常利于金属合金化。同时，稀土在有色金属中还具有一定的晶界偏析效果，可以将有色金属位错密度曾多，从而实现对晶界的强化效果。此外，稀土对有色金属相变微观结构的影响也有着十分积极的作用。其能够将合金中复合相组分的尺寸分布、形貌以及结构分布改变，以此将有色金属中的化学、物理性能改变、提高，在部分情况下还可以改善机械、电磁性能。稀土对合金金属表面具有良好的改性作用，可以显著提高合金的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性和抗氢脆性。这样可以使合金具有更强的使用效率，将使用时间有效，从而进一步提高有色金属合金表面的质量。

二、稀土在铝及其他有色金属中的应用

（一）提升综合力学性能

稀土在铝及其他有色金属中的应用还能够将金属强度、硬度、伸长率、断裂韧性、耐磨性等大大增强。当铸态Al ZL10合金中添加0.3%RE时，σb逐渐由205.9MPa变为274MPa, HB由80增至108。在7005合金中添加0.42% Sc时，σb由314MPa增至414MPa， σ0.2从282MPa增至378MPa，塑性由6.8%增至10.1%，其高温稳定性得到一定增强。当La添加量为0.14% ~ 0.64%时，Al-6Mg-0.5Mn合金的超塑性由430%提高到800% ~ 1000%。添加适量的Sc能够极大地提高Al-Sc合金极限拉伸强度以及屈服强度[3]。

（二）提高高温性能

添加一定量的稀土能够进一步提升铝及其他有色金属的耐高温氧化性能。在铸态Al-Si共晶合金中加入1% ~ 1.5%的混合稀土，其高温强度和高温持久强度(300℃，1000小时)分别提高33%和44%，耐磨性和高温稳定性显著提高。在铸态Al-Cu合金中加入La、Ce、Y和混合稀土可以改善合金的高温性能。快速凝固Al-8.4%Fe-3.4%Ce合金可在400℃以下长期工作，大大提高了铝及其他有色金属整体的工作温度。通过在Al-Mg-Si合金中加入Sc，可以通过挤压晶界形成高温下不易变粗且与基体形成共格的Al3Sc颗粒，使合金在退火过程中保持无再结晶组织，大大提高了有色金属的高温性能。

（三）在镁合金中的运用

通过高温、高强度稀土所制的镁合金，有着十分优异的高温抗拉能力，同时还可以进一步减少蠕变问题的出现，无论在在室温还是在高温环境下均可以维持热稳定性。此种镁合金铸件既具有良好的性能，同时还有着十分广泛的应用范围。

例如在现阶段，基于高温、高强度稀土制成的镁合金在我国航空、汽车工业，以及交通运输等领域中均已得到应用。同时，因为信息技术的优化发展，国内开始有更多的企业开始注重稀土铸造镁合金在电子零部件生产加工中的应用。此外，高温、高强度铸造镁合金通过添加不同的稀土元素可以获得不同的力学性能，因此还可以被应用于赛车和航空飞机工业加工领域。

（四）提升合金电学性能

在高纯铝中添加稀土不利于合金的导电性，而在工业纯铝和Al-Mg-Si导电合金中添加适量稀土可在一定程度上提高合金的导电性。有相关实验结果表明，在铝中添加0.2%的稀土可以提高2% ~ 3%的电导率。在Al-Zr合金中加入少量富钇稀土可以提高合金的导电性，目前国内大部分线材厂都应用了此种方式。通过在高纯铝中加入微量稀土，便能够制成铝铼箔电容器，用于25kV产品。电容指标提高了1倍，单位体积容量提高了5倍，重量减轻了47%，电容体积明显减小。

（五）在硅化铝合金中的应用

稀土在硅铁合金中的应用主要发挥的是变质作用。在国内工业行业领域中已经有很多有色金属相关产业已经开始提高稀土合金在生产中的使用，相关技术也在不断发展。目前，中国稀土过共晶铸造铝合金活塞材料已然超过了国际整体水平。和之前所采用的核心技进行比较，可以发现稀土过共晶铸造铝合金活塞材料的线膨胀系数已经降到可17%以下，而且强度却提升了40%左右，耐磨力增强五倍有余。不仅如此，材料整体铸造性能以及耐热性能也因稀土的应用而显著提高。在这一材料被应用于零件铸造过程时，以往可能出现的气孔、针孔等问题均得到了一定的控制，同时，其原有加工性能也因此得到改善，变得非常优异，铸件产量至少提升1/20，在当前已经在航空航天、汽车、农业机械等领域实现普及应用。此外，铸造加工还可被用于机床相关耐磨件的生产加工。一般来说，在添加稀土以后，硅铝合金结构变得更为致密，可以大大减少化合物中的杂质，其针孔度也由此降低了大概1/2。

结束语：综上所述，随着稀土元素的加入，铝及其他有色金属的力学性能、铸造性能和电学性能等方面均得到了进一步的提高。在新材料领域，稀土元素丰富的光学、电学和磁性能在稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土储氢材料等生产中也发挥着重要作用。对此，相关工作人员需要加强稀土在铝及其他有色金属中的应用，并保障铝及其他有色金属的应用效果。

参考文献：

[1]刘芳辰. 微核反应堆中慢化剂材料的研究进展[J]. 有色金属与稀土应用, 2021(1):12-12.

[2]罗瑶, 叶宜凡. 稀土金属电解企业职业病防护设施设计与探索[J]. 稀土信息, 2021(7):4-4.

[3]宋文杰董会萍刘洁张光刘延辉. 稀土钇对铸态Mg-8Li-3Al-3Zn合金显微组织和力学性能的影响[J]. 中国有色金属学报, 2021, 31(1):1-8.