稀土化合物在金属腐蚀控制中的应用

稀土金属的特性及其在钢铁中的作用殷都学刊f,稀三,午问.衔破lI(自然斟学版)1993年第3期].I 6一稀土金属的特性及其在钢铁中的作用田沂ji『稀土金属(Re)的研究日益深入,稀土工业在迅速发展.我们应当对稀土的性质和在钢铁中的作用有较多的认识.1稀土金属的特性稀土金属指钪,钇和1;个镧系元素.它们的原子结构有两个明显的特征:一是稀土原子的价电子基本构型同为(n,1)dns.,有三个价电子.二是由于镧系收缩形成的稀土原子相互间的原子半径,离子半径相差不大.这两个因素决定了稀土金属之间性质十分相似,化学活性很强.稀土金属单质多显银白色或灰色,有金属光泽,辩和钕显淡黄色.钪的比重为3.】,钇的比重为4.3.其余介于6—9之间.镧和铈柔软可塑与锡相似.钕和钐的硬度和铁相似,稀土金属的熔点大致随着原子尺寸的减小而顿序增高.按La到cd到Lu的顺序由9000到1700?逐渐增加.稀土的化学活性很大,与许多元素反应,尤其与氧,硫反应最为强烈稀土金属在化合物中多为三价,有些元素表现出三价或四价稀土元素以氧化物的形式存在于自然界,因彼此性质相似成为分离稀土的难题.从化合物中分离稀土的方法一般有分步结晶法,分级沉淀法,氧化还原法及离子交换法.有时根据性质和用途把稀土金属分为两个系列;一个是从La到Eu,一个是从Gd到Lu.短系列开始的元素表现出较高化合价,短系列未端表现出低出化合价.这正符合4f亚层上电子排布1—7成半充满状态,另一为8一】4到全充满状态.半充满或全充满的状态表现出较稳定的低价性质.还依比重数值称作轻稀土金属和重稀土金属.这均显示结构决定着性质的原则.2稀土在钢铁中的作用稀土在钢铁中应用很广,在稀土处理钢的品种方面已纳入标准,通过鉴正的品种达40多个,我国经常生产的已有2O多种.稀士处理的铸铁有球铁,蠕铁及灰铁三大类.我国还发展了一些中国特色的用作球化剂,蠕化剂及孕育剂的稀土添加剂.稀土的应用是其特殊结构及性质的体现,较多的核电荷,较小的半径,较少的价电子决定稀土的活性比一般金属强,和Ca相似.其强烈的还原性在钢冶炼中作为脱氧剂,脱硫剂许多实验还证明,钢中加稀土后.氧含量明显降低.其脱硫性:有人算出铈脱硫平衡常数1600?下为10I3--10稀土与氢的强烈作用能提高氢在钢中的溶解度,经过充分去氢的稀土加入钢后,产生”固氢”作用,可以抑制钢中氢引起的脆性和”白点”.稀土在较低的温度下与氨的亲合力比液态钢中大得多,可以改善与氨有关的性质,如使钢的奥氏体晶粒长大倾向减弱,降低高氮钢的脆性转变温度使珠完体中的渗碳体变薄,变短,且发生弯曲,甚至发生断裂,成为不连续的短棒状渗碳体.稀土金属的强烈活性可以消除钢中的有害杂质,一定量的稀土和钢中磷,砷,锑,铅等低溶点杂质交互作用,一方面形成溶点较高的化台物,另一方面抑制这些杂质在晶界上的偏析.在低碳钢中当暑?6.7时,即出现稀土脱砷产物.在低氧硫纯铁中加入少量稀土足以与锑反应并使富集在晶界的锑转移到晶内,减少锑在—Fe晶界上的偏聚稀土在钢中能改变原来杂物的形状和分布.如在一定的氧,硫含量下加入适量的稀土,可得到分散的球状夹杂物,超过适宜量则出现聚集的稀土夹杂物.总体上讲钢中加入稀土使夹杂物含量减少.虽然稀土原子半径较铁为大,但从内耗测定和稀土对钢某些性能的影响来看,稀土在钢中是可能互溶的.稀土在钢中的固溶作用与微台金化作用引起晶界结构,化学成份和能量的变化,甚至影响其它元素的扩散及新相的成核与长大.铜中稀土含量因不同钢种,不同的冶炼方法和不同的加稀土方法有很大差异.钢中氧,硫含量低会使稀土含量增大.钢中铝含量增加,稀土含量也增大.随着加入稀土总量的增加,稀土的固溶量也增大.稀土在钢中的分布是不均匀的,多偏聚于晶界,因为晶界上有一些原子较疏松的区域.这些偏聚和与其它元素的交互作用对钢的组织和性能产生明显的影响.稀土对钢的宏观组织,微观组织,晶粒度的影响有过许多研究和报道,例如,稀土使不锈钢钢锭的宏观组织致密,表面质量改善,使15CrMov钢枝状晶显着减少,晶轴变短.稀土在碳素钢中有细化晶粒的效果.对钢的组织和性能的影响作用主要有:能降低钢的液相线和固相线,使液钢的流动性增大.改变铸态组织,使钢的晶粒细化,夹杂物的分布和状态得到改善,提高铸件致密性,增强塑性.在不锈钢,高速钢等高台金钢中稀土可以明显改善钢的热塑性,扩大可塑温度范围.这是因为稀土减少了晶界上硫的偏析,及其与晶界上低熔点有害杂质的作用.同样的道理,稀土也能减弱高碳工具钢淬火开裂倾向.通过稀土强化晶界可改善耐热钢及高温台金的热强性.提高钢轨,轴承钢及某些铸铁的耐磨性.提高疲劳性能,改善焊接性能等稀土的抗腐蚀作用有许多报道.钢中含铈量大于0.015时在盐酸和硫酸中的腐蚀行为有了显着改善.含铈0.056的钢改善了抗点腐蚀能力和在4o氯化钙溶液中的抗应力腐蚀性能.对低硫钢的抗H.S腐蚀作用稀土表现尤为突出;含硫0.005的16Mn钢对H.s介质的腐蚀破裂和诱发裂纹仍很敏感,加入适量稀土后明显提高了抗Hs腐蚀破坏能力.在低硫钢中加入稀土,钢的韧性及疲劳性能仍有改善.在低硫16Mn钢的研究中发现,稀土比钙在控制夹杂物形态和彻底消除MnS夹杂物方面更为有效.(下转51页)一:工I口f图8I薯一三Ogl\一,图9(上接第7页)稀土抗腐蚀性能的原因可能是稀土的加入降低了钢中非金属夹杂物的含量,减少了腐蚀的基础条件.再者稀土的电极电位较高,在腐蚀过程中伴随放氢反应时在钢的阳极出现强烈极化而降低了腐蚀速度.稀土的抗高温氧化作用也可用此原因解释.对于不锈钢中稀土的抗腐蚀作用,也有的解释为稀土通过捕获合金中的硫,防止了稀土,Ni 的硫化,改善了Ni,合金的热腐蚀抗力稀土在钢铁中的作用还处于研究实验阶段,有待在工业生产中大面积推广.不同的实验条件可能得出不同的结论,作出不同的解释.总之,稀土金属原子结构的特殊性决定它们具有与一般金属不同的性质.钢铁中运用不同的方法和形式加入稀土或稀土化台物能够对钢铁的组织结构性能等产生不同程度的影响;微台金化作用,减少杂质的作用,”固氢作用,硬化作用以及在组织性能方面改善铸态组织,抑制品粒长大,改善热塑性,抑制脆性,提高强性耐磨性和抗氧化抗腐蚀性作用等.进一步认识和研究稀土金属的结构,性质及反应机理,认识规律,探孵原因,必能开拓出更广阔的应用前景.。

稀土是冶金工业中的有效添加剂, 稀土金属具有很高的化学活性、低电位和特殊的电子壳层结构, 几乎能与所有元素反应发生作用。

我国稀土资源十分丰富, 品种齐全, 质量好, 分布广,开采方便。

已探明的稀土, 储量为37000 万t ,占世界储量的80 % , 居世界第一位。

近年来,稀土在冶金、机械、石油化工、电子、原子能、医疗、农业、航空和国防工业等领域已得到了广泛的应用。

稀土在铝及其合金中的应用起步较晚, 国外始于20 世纪30 年代,而我国始于上世60 年代, 但发展很快, 尤其是在铝及其合金中的作用和应用研究已经取得了明显的效果。

这主要集中在铝硅系铸造合金、铝镁硅(锌) 系变形铝合金、铝合金导线及活塞合金等方面。

在稀土对铝及其合金的影响规律和作用机理研究方面也取得了一些进展。

一、稀土在铝及其合金中的作用稀土元素非常活泼, 极易与气体(如氢) 、非金属(如硫) 及金属作用生成相应的稳定化合物。

稀土元素的原子半径小于常见的金属, 如铅、镁等, 在这些金属中的固溶度极低, 几乎不能形成固溶体。

稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用; 此外,它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力, 能生成熔点高的化合物, 故它有一定的除氢、精炼、净化作用; 同时, 稀土元素化学活性极强, 它可以在已形成的晶粒界面上选择性地吸附, 阻碍晶粒的生长, 结果导致晶粒细化, 有变质的作用。

1、变质作用变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂, 用以改变合金的结晶条件, 使其组织和性能得到改善的过程。

变质剂又称晶粒细化剂或孕育剂。

通常情况下,稀土原子半径。

又由于稀土元素比较活泼, 它熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷, 从而降低新旧两相界面上的表面张力, 使得晶核生长速度增大。

同时它还能在晶粒与合金液之间形成表面活性膜, 阻止生成的晶粒长大, 使合金的组织细化。

此外, 作为外来的结晶晶核, 铝与稀土形成的化合物在金属结晶时, 因晶核数的大量增加而使合金的组织细化。

稀土元素在金属材料中的作用与机理【摘要】稀土元素作为一种重要的新能源技术材料,在当今的研究开发中有着十分重要的意义,尤其是在建筑、工业、金属材料的运用中有着非常重要的作用。

通过稀土元素技术的综合应用,并充分考虑在当前社会环境中的整体模式,稀土元素成为一种战略元素,既是高新技术的生长点,也是新材料的宝库,在工业生产中发挥着越来越大的作用。

本文将围绕稀土元素的整体概念进行分析,并概述稀土元素在金属材料中的作用,从多方面考究稀土元素在金属材料中的机理,更好的发挥稀土元素的整体效能。

【关键词】稀土元素金属材料作用机理稀土元素在当前新能源技术的发展中有着重要的作用,尤其是在金属材料的运用中能有效降低硫含量,并且能彻底改变杂物形态。

在稀土元素的整体作用分析中,通过技术的改进措施,充分发挥稀土元素在金属材料中的净化作用、吸收作用等,形成整体的机理及功能运用模式。

因此,要整体分析稀土元素与金属材料的融合性,在整个技术运用的过程中,通过对稀土元素在金属材料中的机理的全面分析,尤其是突出在化学效应、作用发挥等多方面的整体机能,更好的推动稀土元素的作用。

在实际的操作过程中突出稀土元素的化学原理,构建更为有效的稀土元素运用机制,形成高标准的机理效能,充分发挥在金属材料中的作用。

1 简述稀土材料的整体概念1.1 概念分析稀土是历史遗留下来的名称。

稀土元素(Rare Earth Element)是从18世纪末叶开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。

稀土一般是以氧化物状态分离出来的,很稀少,因而得名为稀土(Rare Earth,简称RE或R)。

稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素。

稀土元素在镁合金中的作用及其应用(1).txt爱情是艺术，结婚是技术，离婚是算术。

这年头女孩们都在争做小“腰”精，谁还稀罕小“腹”婆呀？高职不如高薪，高薪不如高寿，高寿不如高兴。

稀土元素在镁合金中的作用及其应用..张景怀1, 2 , 唐定骧1 , 张洪杰1 , 王立民1 , 王.. 军1 , 孟.. 健1*( 1. 中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室, 吉林长春130022; 2. 中国科学院研究生院, 北京100039)摘要: 综述了稀土元素在镁合金中的主要作用和效果, 从冶金物理化学角度对稀土元素在镁合金中的作用行为进行了初步分析。

结合中国科学院长春应用化学研究所的初步研究成果介绍了含稀土镁合金Mg..Zn..RE, Mg..Al..RE, Mg..RE 等系列的性能及其应用, 展示了含稀土镁合金的优良综合性能, 特别是高强、高韧、耐热和抗蠕变性能、耐腐蚀性能, 稀土镁合金将成为研制高性能镁合金的重要方向。

关键词: 镁合金; 力学性能; 耐热性; 稀土中图分类号: TG146. 2; O614. 33.. .. 文献标识码: A.. .. 文章编号: 0258- 7076( 2008) 05- 0659- 09.. .. 镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工、易回收等优点, 在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场, 特别是在全球铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下, 镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥, 镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。

面临国际镁金属材料的高速发展, 我国作为镁资源生产和出口大国, 对镁合金开展深入研究和应用前期开发工作意义重大。

然而目前普通镁合金强度偏低、耐热耐蚀等性能较差仍然是制约镁合金大规模应用的瓶颈问题[ 1~ 5] 。

稀土元素由于具有独特的核外电子结构, 作为一种重要的合金化元素, 在冶金、材料领域起着独特的作用, 例如净化合金熔体、细化合金组织、提高合金力学性能和耐腐蚀性能等。

稀土在钢中的应用朱兆顺张建武钢集团鄂钢公司技术部，湖北省鄂州市 436002摘要：本文简要的分析了稀土在钢铁冶金中的应用。

用稀土这个高技术材料来强化和提升钢铁传统产业，在低合金钢、合金钢中加入微量稀土，提高钢质增强国际竞争力，把稀土的资源优势转化为钢材的品种优势和经济优势，具有十分重大的意义。

关键字：稀土，微合金化，弥散硬化，稀土铌重轨1.稀土的分类根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。

轻稀土（又称铈组）包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)。

重稀土（又称钇组）包括：铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、钇(Y)。

2.稀土金属的某些物理特性表1元素原子量离子半径(埃)密度(克/厘3)熔度(℃)沸点(℃）氧化物熔点(℃)比电阻欧姆厘米106R3+离子磁矩(波尔磁子)La 138.92 1.22 6.19 9205 4230 2315 56.8 0.00 Ce 140.13 1.18 6.768 8045 2930 1950 75.3 2.56Pr 140.92 1.16 6.769 9355 3020 2500 68.0 3.62 Nd 144.27 1.15 7.007 10245 3180 2270 64.3 3.68 Pm 147.00 1.14 －－－－－ 2.83 Sm 150.35 1.13 7.504 10525 1630 2350 88.0 1.55～1.65 Eu 152.00 1.13 5.166 82610 1490 2050 81.3 3.40～3.50 Gd 157.26 1.11 7.868 135020 2730 2350 140.5 7.94Tb 158.93 1.09 8.253 1336 2530 2387 －9.7Dy 162.51 1.07 8.565 148520 2330 2340 56.0 10.6 Ho 164.94 1.05 8.799 1490 2330 2360 87.0 10.6Er 167.27 1.04 9.058 1500～1550 2630 2355 107.0 9.6Tm 168.94 1.04 9.318 1500～1600 2130 2400 79.0 7.6Yb 173.04 1.00 6.959 8245 1530 2346 27.0 4.5Lu 174.99 0.99 9.849 1650～1750 1930 2400 79.0 0.00Sc 44.97 0.83 2.995 1550～1600 2750 －－－Y 88.92 1.06 4.472 1552 3030 2680 －－3.稀土的用途由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。

第一章综述在钢的冶炼中应用稀土是我国推广稀土应用最早的领域之一。

通过冶金工作者40多年的努力，我国已研制出稀土耐热钢、稀土耐磨钢、稀土耐腐蚀钢和稀土高强度低合金等钢种。

1.1 稀土的分类及用途稀土是指元素周期表中第ⅢB族镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的钪和钇，共计17种元素，是芬兰学者加多林(Johan Gado1in)在1794年发现的，当时在瑞典的矿石中发现了矿物组成类似“土”状物而存在的钇土，且又认为稀少，便定名为“稀有的土”(Baxe Earth)。

此后，又陆续发现了与此同类的多种元素，统称为稀土。

但后来研究发现，稀土在地壳中的含量要比人们想象的多得多。

如铈比锡多得多，钇也比铅多，即使含量最少的稀土元素也比铂族元素多，说明稀土并不稀少，也不是“土”，全部都是金属元素[1]。

稀土元素根据其性质的差异和分离工艺的要求一般分为轻稀土和重稀土两类，其中镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕为轻稀土。

稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，较其他金属元素都活泼，能与多种元素化合，且稀土金属的燃点很低，如铈165℃，钕270℃，极易与氧发生反应。

所有的稀土金属能在180℃-200℃的空气中被氧化成RE2O3型氧化物，稀土氧化物的熔点都很高，生成自由能负值很大，说明其氧化物都是很稳定的化合物。

由于稀土元素的性质特殊，决定了稀土的用途。

钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％-45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％-25％，镁7％-12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。

混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。

其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成丝(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。

冶金稀土添加剂运用1、黑色冶金中的应用1.1铸铁中的应用稀土在铸铁中的应用始于20世纪代。

铁水中加入稀土，稀土能与氧、硫作用，起到脱硫去氧的作用，铁水浇铸时，能促进石墨向蠕虫状或球状转变[1]。

高铬白口铸铁中加入0.8%~1.0%稀土硅铁合金，稀土促使铸铁中长条状碳化物趋于变短、细化并均匀分布，铸态组织改善，铸铁冲击韧性和抗磨性显著提高[2]。

普通灰铸铁(C2.5%~3.6%)里添加不超过0.1%的混合稀土，稀土元素与铁液中硫、氧反应，生成稀土化合物，清除石墨棱面上的表面活性元素，促使石墨向蠕球状转化，铸铁金相组织细化、均匀，材料的抗拉强度、硬度及耐磨性得到显著提高[3]。

稀土在铸铁中的突出作用表现为使石墨向球形转变;稀土元素易与Fe中O、S等有害杂质形成稀土化合物，减少铁水浇铸时气孔和裂纹的产生;稀土加入铁水中能显著提高铁水的流动性，减少冷却时偏析现象，改善铸态组织，改变非金属夹杂物的形状和分布。

因而，稀土铸铁强度提高，韧性改善，材质综合机械性能获得提升。

在铸铁中的应用已成为稀土最大应用领域之一。

稀土铸铁主要应用于冶金行业的轧辊、钢锭模;机械行业的各种齿轮、凸轮轴、各种机座;汽车行业的曲轴、气缸体、变速箱、履带;建筑行业的输水、输气管线。

在我国，随着汽车行业不断壮大以及南水北调、西气东输工程的展开，还将进一步促进稀土铸铁，稀土铸铁管的开发与应用。

1.2钢中的应用稀土大规模在钢中的应用，始于20世纪代。

随后，人们逐渐认识到稀土对钢的显微组织、夹杂物等均有良好的影响。

稀土加入弹簧钢中能起到除气，改变夹杂物形态，减小夹杂物粒度的作用，能提高钢的抗疲劳强度[4]。

耐热钢中加入0.01%～0.01%的La或Ce，稀土原子容易富集在晶界，减少晶界杂质元素，可提高钢的高温强度[5]。

重轨钢中稀土加入量约为0.01%，钢中的奥氏体晶粒尺寸明显细化，热轧态奥氏体晶粒尺寸由34.4μm减小到30.3μm，钢的冲击韧度得到显著改善[6]。

河南科技!""#$%上!$挖掘新材料和新技术的潜力。

随着科技的发展、建筑技术的进步及新型建筑材料的不断出现，设计师们有了更广阔的设计天地。

它们不仅能够为设计师在艺术形象上的突破和创新提供了更为坚实的物质基础，同时也为人类充分利用自然环境、节约能源、保护生态环境提供了可能。

&$充分利用太阳能等可再生资源。

太阳能、风能等都是取之不尽、用之不竭的能源，有着可再生，无污染的优点。

因此，太阳和风将对未来的建筑设计产生很大的影响，尤其是在建筑的外观和通风系统的设计方面。

它使人们对建筑的外立面和建筑的自然通风产生了新的理解：视觉的联系、引进日光照明、自然通风、保温隔热、遮阳、合理运用太阳能、合理运用风能。

’$注重自然通风。

空调制冷技术的诞生是建筑技术史上的一项重大进步，但空调技术也有其负面影响，对空调的过分依赖和不加限制地滥用是造成当今环境和能源问题的重要原因。

因此，自然通风是当今生态设计普遍采用的一项比较成熟和廉价的技术措施。

自然通风可以在不消耗能源的情况下达到对室内温度的调节，这有利于减少能源消耗、降低污染。

($用自然要素改善环境的小气候。

人是自然生态系统的有机组成部分，自然的要素与人有一种内在的和谐感。

自然环境是人类自下而上环境必不可少的组成部分。

因此，建筑设计中自然要素的引用成为顺理成章的事情。

#$主动技术干预。

在被动方法无法满足需要的时候，便需要主动技术的干预。

如利用能量转化的原理，使用太阳能收集器和光电转化器利用地热资源；提高原生能源的利用率；减少废物的产生量等。

再如，采用自然通风系统的生态建筑，当利用自然风压无法实现自然通风的时候，可以采用热压，热压与风压相结合、机械辅助等手段实现建筑的自然通风。

四、结论在建筑设计中实现智能化的整体设计概念，还需要我们付出巨大的努力。

生态化建筑设计会越来越重要，因而建筑设计新的发展趋势将主要集中在通过高质量的设备、材料、构造和构件之间的全面协调，建筑形式与新技术、新材料之间的平衡，以及人工环境和自然环境之间的协调，尽可能地减少原生能源和灰色能源的使用，尽可能多地利用可再生资源，尽可能地让人们接近自然。

稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响作者：魏可媛来源：《中国集体经济》2011年第08期摘要：文章阐述了稀土在钢中的作用机理主要有净化作用、变质作用和合金化作用，总结了稀土对钢性能及组织的影响和稀土的加入方法，充分发挥稀土作用，提高钢材质量，把我国的稀土资源优势转化为经济优势。

关键词：稀土；作用机理；性能稀土在传统钢铁领域中的应用，自20世纪60年就已经成为一个活跃的课题，一直以来越来越受到人们的关注，也一直存在争议。

国内外的研究者都做了大量的理论研究、实验研究和应用研究。

我国是世界RE资源大国，RE贮量和产量都远远大于其他国家，如何在钢中更好地利用这部份资源显得尤为迫切。

一、稀土元素在钢中的作用（一）净化作用微量稀土在钢中的净化作用主要表现在：可深度降低氧和硫的含量，降低磷、氢、砷、锑、铋、铅、锡等低熔点元素的有害作用，主要是可以抑制这些元素在晶界上偏聚，有净化晶界的作用，或可以与这些杂质形成熔点较高的化合物而析出排除。

后者应在稀土脱氧、脱硫之后，稀土加入量较高的情况下发生。

当稀土加入量较高时，稀土在脱氧、脱硫之后，它将会与钢中的铅、锡、砷、锑、铋等低熔点金属元素交互作用，形成熔点较高的化合物，降低低熔点金属元素的有害作用，还有一部分形成稀土夹杂物从钢液中排除，从而净化钢液。

在低碳钢中，当（[RE]+[As]）/（[O]+[S]）≥6.7即出现脱砷产物；加稀土后消除了钢的Pb脆，观察到Ce2Pb球状夹杂物；在低氧硫工业纯铁中加入少量的稀土与锑反应，并使聚集在晶界的锑转移到晶内，减少锑在α-Fe晶界上的偏析。

（二）变质作用在含有少量锰、并用铝脱氧的镇静钢中，硫化物通常以对钢的性能危害最大的第Ⅱ类形式分布在晶界。

未加入RE前，钢中夹杂物主要是长条状的MnS和少量串状的Al2O3和铝酸盐，加入RE后，形成高熔点的在晶内任意分布的球形夹杂，取代了沿晶分布的第Ⅱ类硫化物和串状Al2O3。

这种变性了的夹杂物的成份和分布取决于RE/S值和钢中的[O]及其他合金元素的含量。

稀土元素对铝系合金微观组织和力学性能影响分析稀土元素对铝系合金微观组织和力学性能的影响分析导言：稀土元素是指元素周期表中17号元素长周期中镧系元素和钇系元素的总称。

稀土元素具有丰富的电子结构、包络电子能量层次复杂、多元化的电化学性质以及特殊的磁、光、电、热等机能特性。

稀土元素作为一种重要的添加元素在合金工艺中起到了重要的作用，尤其在铝合金中具备显著的效果。

本文将从微观组织和力学性能两个方面，详细分析稀土元素对铝系合金的影响。

一、稀土元素对铝系合金微观组织的影响1. 晶粒细化作用稀土元素可以通过剪应力调整晶界能量，限制晶界移动，从而抑制晶粒长大。

当稀土元素添加量适中时，稀土元素和铝的化学反应可以消耗部分晶界能量，使得晶界移动困难，导致晶粒细化。

稀土元素还可以与其他元素形成稀土化合物，作为晶核，有助于晶粒细化。

2. 改善铸造性能稀土元素的加入可以改善铝合金的流动性、润湿性、凝固收缩等铸造性能。

稀土元素的添加可以消除铝液气孔、夹杂物等缺陷，提高合金的凝固收缩性能，并降低铝合金的凝固温度。

3. 小晶粒添加剂稀土元素可以调整晶粒的形成方式和晶粒增长，从而得到细小、均匀的晶粒。

细小的晶粒可以提高合金的强度和塑性。

二、稀土元素对铝系合金力学性能的影响1. 强度的提高稀土元素通过固溶强化、组织细化和析出强化等方式，可以显著提高铝合金的强度。

稀土元素与铝的固溶度较高，可以使铝合金晶体中形成由稀土元素形成的湮灭溶解团簇，从而增强析出相的形成和固溶溶剂的产生。

此外，稀土元素还可以通过助熔剂的作用，改善合金的成形加工性能，使得合金具有更好的强度。

2. 优异的抗蠕变性能稀土元素的添加可以显著提高铝合金的抗蠕变性能。

研究表明，稀土元素可以形成稳定的稀土阻滞剂，有效限制金属间的原子扩散，提高金属的抗蠕变性能。

3. 抗疲劳性能的改善稀土元素的添加可以改善铝合金的抗疲劳性能。

稀土元素可以在断裂表面形成一层特殊的氧化膜，形成了类似于覆盖在金属表面上的润滑膜，抑制了裂纹的扩展，从而提高了合金的抗疲劳性能。

稀土对铜及铜合金组织的影响1、净化组织工业用铜中往往含有多种杂质,虽然有些杂质含量很低,甚至低于0.001 %(质量分数，下同) ，但是这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工性能、降低导电性及导热性。

如氧、硫和铜形成的脆性化合物(Cu2O 和Cu2S) 可以降低铜的塑性，这些脆性化合物冷拉时还会产生毛刺，并降低铜的导电性、耐蚀性和焊接性能。

稀土净化铜及铜合金组织主要有两种方式: (1) 稀土与氧和硫的亲和力很强,形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用;又稀土元素很容易与原子态氢发生作用，生成RH2 或RH3 型稳定氢化物(R 代表稀土金属) ,这些氢化物以固溶体的形式溶于铜合金中，从而消除了氢的有害作用。

(2) 稀土与铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铅、铋的目的。

2、细化组织稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要体现为细化晶粒，减少或消除柱状晶，扩大等轴晶区的作用。

稀土细化铜及铜合金组织的作用机理主要存在以下三种: (1) 形成新晶核，抑制晶粒长大。

稀土在铜及其合金中能与一些元素反应形成高熔点化合物，常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小;又从凝固原理及热力学观点看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固时成分过冷增大，以树枝状方式凝固生长，同时在分枝节点处产生细颈、熔断，增多了结晶核心，从而细化了晶粒。

(2) 微晶化作用。

由于稀土元素的原子半径( 0.174nm～0.204 nm) 比铜的原子半径(0.127nm) 要大36 %～60 % ，故稀土原子很容易填补正在生长中的铜或铜合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而细化为微晶; (3) 合金化作用。

稀土在铜中的溶解度很小，一般仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。

浅析有色金属中的稀土元素1 有色金属中稀土元素的作用1.1 稀土通过化学反应可以改变有色金属中杂质的存在状态有色金属中经常有金属杂质或非金属杂质，稀土元素可以和这些杂质金属进行反应，比如与铁、硅等形成不同的化合物，这样就可以改变铝金属固有的固溶方式，导致它的电阻率不断降低。

又比如稀土元素与非金属元素因为化学反应生成高熔点的化合物，这样就导致有色金属的晶粒网络结构进行了细化，有效地稳定了晶界，从而形成高熔点的金属间化合物，提高了有色金属的综合性能。

1.2 稀土元素的加入可以降低有色金属中氢的含量因为氢，特别是融入液态金属的氢，会以原子态的形式存在，然后变成高分子，导致有色金属材料出现裂纹等问题，严重降低综合性能，并且损害其加工过程，所以减少有色金属中氢的含量越来越引起科学家的关注。

正因为如此，添加适量的稀土元素可以有效地减少氢的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明显降低铝和其合金中氢的含量，达到了非常好的减氢效果。

1.3 稀土元素能改变合金的表面张力研究表明，只要基体的表面张力有所降低，就可以有效提高金属或者合金的成型性和铸造性，金属的成型性和铸造性是衡量金属及其合金的性能的有效标准之一，大量的文献表明，在铝和铝合金中添加适量的稀土可以有效降低表面张力。

1.4 稀土的加入可以改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能有文献报道，将多种稀土进行混合，然后添加到铝中进行试验，研究结果表面，凡是添加了稀土元素的铝无论是在人造海水还是含盐水中，其耐腐蚀性和耐高温氧化都要比没有添加稀土的铝金属好，这个试验可以看出适量稀土混合物的加入可以有效改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能，而耐高温氧化和耐腐蚀性能是衡量有色金属及其合金的又一有效标准。

2 有色金属中稀土元素的化学分析及应用2.1 铝合金中稀土元素的化学分析及应用利用电化学测试的方法，用铝合金作为电极，将氢氧化钾作为稀土元素化学分析的介质，对比纯铝、铝合金在稀土元素溶液中的电化学，看试验样品，通过试验可以发现：（1）稀土元素的加入很大程度上限制了铝离子发生电离，从而提高了铝合金的耐腐蚀性能；（2）稀土元素的加入有效地抑制了放电现象，从而使合金更加均匀；（3）稀土元素的加入降低了铝作为电极反应的极化能力，从减少正差异效应的角度来提高了铝合金的稳定性，从而全方面地提高了有色铝金属合金的综合性能。

在铝合金中加入微量稀土元素，可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性及可锻性，提高硬度、增加强度和韧性。

稀土元素的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广泛的新型材料，目前稀土铝合金的产量已近全国铝产量的1／4。

稀土元素在铝合金中的作用稀土元素非常活泼，极易与气体(如氢)、非金属(如硫)及金属作用，生成相应的稳定化合物。

稀土元素的原子半径大于常见的金属如铅、镁等，在这些金属中的固溶度极低，几乎不能形成固溶体。

一般认为，稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用；此外，它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，故它有一定的除氢、精炼、净化作用；同时，稀土元素化学活性极强，它可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，结果导致晶粒细化，有变质的作用。

以下就这3方面的作用详细介绍。

1.变质作用变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂，用以改变合金的结晶条件，使其组织和性能得到改善的过程。

变质剂又称晶粒细化剂或孕育剂。

稀土元素的原子半径为0.174 ～0.204mm，大于铝原子半径(0.143mm)。

稀土元素比较活泼，它熔于铝液中，极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得晶核生长的速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化。

此外，铝与稀土形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数的大量增加而使合金的组织细化。

研究表明：稀土对铝合金具有良好的变质效果。

例如，合金化的7005铝合金铸锭本身就呈十分细小的组织。

同时值得一提的是，稀土的变质作用具有长效及重熔稳定性的特点，比用钠(Na)、锶(Sr)等变质剂具有明显优点。

稀土的变质作用只受共晶硅变化的影响。

2.精炼、净化作用稀土元素的脱氧能力比强脱氧剂Al、Mg、Ti等强，微量稀土就能使［O］脱到＜lppm(即<10-4％)。

在铝合金中加入微量稀土元素,可以显著改善铝合金的金相组织,细化晶粒,去除铝合金中气体和有害杂质,减少铝合金的裂纹源,从而提高铝合金的强度,改善加工性能,还能改善铝合金的耐热性、可塑性及可锻性,提高硬度、增加强度和韧性。

稀土元素的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广泛的新型材料,目前稀土铝合金的产量已近全国铝产量的1/4。

稀土元素在铝合金中的作用稀土元素非常活泼,极易与气体(如氢)、非金属 (如硫)及金属作用,生成相应的稳定化合物。

稀土元素的原子半径大于常见的金属如铅、镁等,在这些金属中的固溶度极低,几乎不能形成固溶体。

一般认为,稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用;此外,它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力,能生成熔点高的化合物,故它有一定的除氢、精炼、净化作用;同时,稀土元素化学活性极强,它可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附,阻碍晶粒的生长,结果导致晶粒细化,有变质的作用。

以下就这3方面的作用详细介绍。

1.变质作用变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂,用以改变合金的结晶条件,使其组织和性能得到改善的过程。

变质剂又称晶粒细化剂或孕育剂。

稀土元素的原子半径为0.174 ~0.204mm,大于铝原子半径(0.143mm)。

稀土元素比较活泼,它熔于铝液中,极易填补合金相的表面缺陷,从而降低新旧两相界面上的表面张力,使得晶核生长的速度增大,同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜,阻止生成的晶粒长大,使合金的组织细化。

此外,铝与稀土形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核,因晶核数的大量增加而使合金的组织细化。

研究表明:稀土对铝合金具有良好的变质效果。

例如,合金化的7005铝合金铸锭本身就呈十分细小的组织。

同时值得一提的是,稀土的变质作用具有长效及重熔稳定性的特点,比用钠(Na)、锶(Sr)等变质剂具有明显优点。

稀土的变质作用只受共晶硅变化的影响。

2.精炼、净化作用稀土元素的脱氧能力比强脱氧剂Al、Mg、Ti等强,微量稀土就能使[O]脱到< lppm(即<10-4%)。

稀土在冶金工业中的应用稀土在冶金领域应用已有30多年的历史，目前已形成了较为成熟的技术与工艺，稀土在钢铁、有色金属中的应用，是一个量大面广的领域，有广阔的前景，对国民经济建设具有重要意义。

一、稀土在钢中的应用稀土在钢中的应用有近30年的历史，经过对稀土金属在钢中作用规律和机理的研究，搞清楚了稀土在钢中的作用；通过添加工艺方法的实验研究，掌握了稀土加入的工艺条件、添加稀土金属的品种和加入量。

至八十年代末期，稀土在钢中的应用已没有技术方面的障碍。

我国稀土钢产量从1985年的11万吨增长到1997年的近60万吨，品种80多个。

仅武钢一家，“八五”期间就生产了160万吨稀土钢，创造经济效益3.2亿元，社会效益18.3亿元，节约外汇5000万美元。

稀土加入钢中，可起到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态等净化和变质作用，在某些钢中还能有微合金化的作用，稀土能够提高钢的抗氧化能力，高温强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性及抗裂性等。

1.稀土加入钢中的主要作用净化作用：钢中加入稀土，可以置换钢中可能生成的硫化锰、氧化铝和硅铝酸盐夹杂物中的氧与硫，形成稀土化合物。

这些化合物中有部分从钢液中上浮进入渣中，从而使钢液中的夹杂物减少，钢液得到净化，这就是稀土对钢的净化作用。

细化组织：由于稀土在钢中同夹杂物反应生成的稀土化合物熔点较高，在钢液凝固前析出，这些细小的质点，可作为非均质形核中心，降低结晶过程的过冷度，因此，不但可以减少偏析还可细化钢的凝固组织。

对夹杂物的形态控制：钢中加入稀土后，硫化锰将被在高温塑性变形能力较小的稀土氧化物或硫化物取代，这些化合物在轧制过程中不随钢一起变形，仍保持为球状，它们对钢的机械性能影响较小，所以钢中加入稀土可以提高钢的韧性，改善钢的抗疲劳性能。

在耐大气腐蚀钢中加入稀土，使钢的内锈层致密，而且与基体的结合力变强，不易脱离，可以阻止大气中O2和H2O的扩散，从而降低了腐蚀速度，加稀土的钢的耐腐蚀性比不加稀土的钢提高0.3～2.4倍。

捅要摘要采用微合金化的方法来提高铝合金的综合性能是提高铝材质量的基础研究中的重要课题。

作者所在的课题组对稀±元素Ｅｒ在铝合金中的作用进行了系统的预研工作，发现Ｅｒ在铝合金中具有积极作用。

为进一步研究稀土元素Ｅｒ在铝合金中的作用及其作用机理，本论文采用铸锭冶金法制备了六种成分不同的ＡＪ．Ｚｎ．Ｍｇ（．Ｅｒ）合金，通过硬度测试、拉伸力学性能测试、金相显微组织观察、ｘ射线衍射分析、扫描电镜观察、透射电镜观察及能谱分析等手段研究了稀土元素Ｅｒ对Ａｌ—Ｚｎ—Ｍｇ合金在不同状态下的力学性能、显微组织，热稳定性能以及时效特性的影响；初步探讨了稀土元素Ｅｒ在Ａ１．Ｚｎ．Ｍｇ合金中的存在形式，对合金显微组织的细化机理，对合金力学性能的强化机理．以及含Ｅｒ的Ａ１．Ｚｎ—Ｍｇ合金的再结晶形核机制。

结果表明：稀土元素Ｅｒ可以明显地提高ＡＩ．Ｚｎ．Ｍｇ合金的力学性能，其中添加０．１％Ｅｒ的合金，其力学性能上升的幅度最大，约为１５％。

随着Ｅｒ含量的增加，合金力学性能继续提高，但当Ｅｒ含量超过Ｏ．４％后，硬度和强度的增加不再明显。

Ｅｒ还可以抑制合金的再结晶过程，使合金的再结晶温度提高约５０。

Ｃ。

添加Ｅｒ后，Ａ１．Ｚｎ．Ｍｇ合金达到硬度峰值所用的时间缩短了，时效硬度峰值也明显提高。

关键词稀土元素Ｅｒ：ＡＩ－Ｚｎ—Ｍｇ合金：Ａ１３Ｅｒ；时效北京工业大学工学顾士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＨｏｗｔＯｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｂｙｍｅａｎｏｆｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｉｔｅｍｓ．Ｉｎｏｕｒｅａｒｌｉｅｒｓｔｕｄｉｅｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｅｆｆｏｒｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｐｅｎｔｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｒａｒｅ—ｅａｃｈｅｌｅｍｅｎｔＥｒｂｉｕｍｏｎｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｎｄｉｔｓａｌｌｏｙｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＥｒｂｉｕｍｉｓｇｏｏｄｆｏｒｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｎｄｉｔｓａｌｌｏｙｓ．ＦｏｒｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＥｒｏｎｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｎｄｉｔｓａｌｌｏｙｓ，ｓｉｘｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＡＩ—Ｚｎ—ＭｇａｌｌｏｙｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇＥｒｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｉｎｇｏｔｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ．ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＥｒａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｔｅｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅａｇｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡＩ—Ｚｎ—Ｍｇａｌｌｏｙｓｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｂｙｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔ，ｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｘ—ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎａｌｙｓｉｓ，ｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ），ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＴＥＭ）ａｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｘ—ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＤｘｓ）ａｎａｌｙｓｉｓＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅＡＩ－Ｚｎ－ＭｇａｌｌｏｙｃａｎｂｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙＥｒａｄｄｉｔｉｏｎ．ＷｈｅｎｔｈｅＥｒｃｏｎｔｅｎｔｉｓ０．１ｗｔ％，ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅｍｅｎｔｉｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔ，ｔｈａｔｉｓａｂｏｕｔ１５％．ＴｈｅｎｔｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｒｅｄｕｃｅｓｗｈｅｎｔｈｅＥｒｃｏｎｔｅｎｔｉｓｏｖｅｒＯ．４ｗｔ．％．ｔｈｏｕｇｈｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｔｉｎｕｅｓｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｅＡＩ—Ｚｎ—ＭｇａｌｌｏｙｆｒｅｅｏｆＥｒ．ＷｉｔｈＥｒａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＡＩ—Ｚｎ—Ｍｇａｌｌｏｙｉｓｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ，ｔｈａｔｉｓ，ｔｈｅｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＥｒ－ｄｏｐｅｄＡ１－Ｚｎ—Ｍｇａｌｌｏｙｉｎｃｒｅａｓｅｓａｂｏｕｔ５０。