稀土在铸造铝合金中的作用_赖华清
介绍稀土在铝合金中的应用
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。
稀土金属在铸造铝合金中的应用
此外 ，稀土与硫 、磷 、 、砷等元素也及易化合 ，形成 Ｒ Ｓ Ｒ Ｒ Ｓ ，Ｒ Ｐ Ｒ Ｓ ， Ｅ ｓ 锑 Ｅ ， ＥＳ， Ｅ Ｓ， Ｅ ， Ｅ ｂ Ｒ Ａ 等化合物 ，反应生成 的稀土化合物 ，熔点高 、比重轻 ，上浮成渣 ， 而它们的微小 的质点则成 为铝结
０１ ０ ％之 间 ，共 晶硅 颗粒 不断 细化 ，继续 增大加 人量 时 ，共 晶硅仍 然细小 ，但凝 固组织 中 Ｈ现稀土 ％～ ． ６ １
收稿 日期 ：０ ０ １－６ 基金项 目： ２ ０ — ０ ； １ 基金项 目： 云南省教 育厅科学研究 基金（ 目编号：９２ ６ ｝ 项 ９ ０ ２ １
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稀 土 金属在 铸 造铝 合金 中的应 用
樊 刚，程 钢
昆明理工大学材料与冶金工程学院， 云南 昆明 ６０ ９ ） ５ ０ ３
摘 要：介 绍 了稀 土在 铝合金 铸 造 中的 作用 ，以及 它对铝合 金 组 织 、性 能的影 响 认 为 应 用稀 土 变质和精 炼工 艺为创 造环保 型铸造 业提供 了一种极 好 的选择 ，而且是提 高我 国应 用及 开发 稀 土新材料 技 术 ，实现稀 土 资 源优 势向技 术优 势 转化 的根 本 出路 ．
第一作者简介： ￣ （ ６ ）男． 樊 ｙ１ ５６ ， 副教授； ９ 主要研究方 向： 有色金属新材料的研 制与 开发
维普资讯
ｌ ４
昆 明
理 工 大
学 学Biblioteka 报 第 ２ 卷 ７
元 素偏 析现象 ．
同时 ，稀土的变质作用具有长效及重熔稳定性的特点，比用钠（ ａ、锶（ｒ Ｎ） ｓ） 作为变质剂具有 明显 的优点 稀土的变质作用只受共晶硅变化的影响，张卫文等 在研究中发现过共 晶 Ａ一ｉ １ 合金在采用稀土 ｓ 变质时出现不完全共晶组织 ，同时进一步对产生机理进行探索 ，指出为使合金的组织均匀化 ，应使初 晶分布均匀，必须尽量抑制共 晶 ｓ 成为领先相 ，由此可采取加大冷却速度 ，搅拌熔体等措施． ｉ 王经涛 等 指出 ：在 Ａ ． 和 Ａｌ 合金中加入微量稀 土能细化枝晶，减小枝晶距离 ，但稀土对铝合金枝晶 １ Ｍｇ ＿ｉ Ｉ 的细化效果与铝合金中原有合金元素的种类和数量直接相关廖 恒成等ｔ 究 了混合稀土对ｓ变质过共晶 ｓ Ｉ 研 ｒ Ａ ．ｉ １ 合金组织 的影响指出 ： ． １ ｒ ｓ Ｏ ４ ％Ｓ 变质的 Ａ —１ ％Ｓ 合金中加入稀土可使枝晶ｄ的主干长度减小 ， ０ １ ６ ｉ １． 二次枝 晶间距增 大 ，同时稀 土 在一定 程 度上 削弱 了 ｓ 的变质效 果 ． ｒ 由于稀土金属的净化 、调质作用 对有色金属都能起到细化晶粒 ，提高再结晶温度 ，从而对铸造 合金能显著地改善工艺性能 ，对变型合金能显著地提高￣ｘ 性能 ；对镍 、钴基的耐热合金能提高抗 Ｊ： ｔ ｔ 氧化和抗高温腐蚀的能力 ，对超硬合金可 以改善韧性和耐磨性 ＿ 这些性能的改善 ，都显著地提高 了生产 企业及使用单位的经济效益 ，并能为国家减少这些宝贵资源的消耗．
稀土在锌铝铸造合金中的作用
19Metallurgical smelting冶金冶炼稀土在锌铝铸造合金中的作用边明勇（新疆众和股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830013）摘 要：本文全面参考了国内外优秀文献，针对稀土在锌铝铸造合金中的作用进行了简单分析，主要是从工艺性能、显微组织、力学性能、摩擦磨损性能、抗腐蚀性能、减震性能以及尺寸稳定性等方面进行论述，希望能进一步为稀土对锌铝铸造合金的作用提供一点参考价值。
关键词：稀土；锌铝合金；工艺；作用中图分类号：TG113.12 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）12-0019-2收稿日期：2021-06作者简介：边明勇，男，生于1979年，汉族，四川人，本科，工程师，研究方向：有色金属铝的铸造和加工。
锌铝合金一般分为含铝8%的ZA-8、含铝12%的ZA-12和含铝27%的ZA-27三种铸造方式，其具有成本低、能耗低、无污染、性能优良、铸造性能耗等有点，是现代工业合金运用最为广泛的材料之一，在汽车零件制作、拖拉机零件以及模具、工艺装饰品之中的运用最为广泛，可替代某些铜合金、铝合金的铸件等。
含铝8%、12%和27%的三种铸造锌铝合金(即(ZA-8，ZA-12和ZA-27)具有机械性能优良、成本低、能耗少、无污染和铸造性能好等优点，是一种有前途的工程材料，可代替部分铜合金、铝合金和铸铁等。
此类合金可用来制造减摩耐磨零件、汽车及拖拉机配件、模具、装饰工艺品及各种结构件。
在锌铝合金铸造过程中运用稀土元素，将有效提高其工艺性能，提高其经济效益。
因此，本文深入研究了稀土对ZA-8、ZA-12、0ZA-27的组织及性能影响，并结合相关研究，从工艺性能、显微组织、力学性能、摩擦磨损性能、抗腐蚀性能、减震性能以及尺寸稳定性等方面进行综合分析。
1 稀土对锌铝合金铸造工艺性能的影响。
1.1 底缩锌铝合金的一个显著特点是在凝固过程中铸件底部出现缩孔和缩松，称为地面缩松，特别是在大壁厚的ZA-27合金壳体中。
稀土在铝、镁合金中的应用
稀土在铝!镁合金中的应用"##$%&’(%)*)+,’-./’-(0%*"$12%*12’*34’5*.6%12"$$)76郭旭涛8李培杰8熊玉华8刘树勋8曾大本9清华大学机械工程系8北京:;;;<=>?@A B1C(’)8D E F.%C G%.8B E A H?I1C01’8D E@J01C K1*8L/H?M’C N.*9M.#’-(2.*()+4.&0’*%&’$/*5%*..-%*58O6%*501’@*%P.-6%(78Q.%G%*5:;;;<=8R0%*’>摘要S稀土元素作为微量元素加入铝!镁合金中8可以净化合金熔体8细化!变质微观组织8减少夹杂T随着稀土元素加入量的增加8可以显著提高铝!镁合金的综合性能特别是高温力学性能T综述了含稀土铝合金和稀土镁合金的研究!发展和应用现状8着重介绍了稀土对铝镁合金冶炼!工艺和合金化的影响T展望了稀土铝!镁合金的发展前景T 关键词S稀土U铝合金U镁合金中图分类号S O?:=V文献标识码S"文章编号S:;;:C=W<:9X;;=>;<C;;V;C;YZ[\]^_‘]S O0.’33%(%)*)+-’-..’-(09,/>’6(-’&..$.2.*(6()’$12%*12)-2’5*.6%12’$$)76&’* #1-%+7(0.2.$(68-.+%*.’*32)3%+7(0.2%&-)6(-1&(1-.8-.31&.(0.%*&$16%)*a O0.’33%(%)*)+2)-. ,/.$.2.*(6&’*6%5*%+%&’*($7.*0’*&.(0.&)2#-.0.*6%P.#-)#.-(%.68.6#.&%’$$72.&0’*%&’$N.0’P%)-’(0%50(.2#.-’(1-.a,.6.’-&083.P.$)#2.*(8’*3’##$%&’(%)*+)-,/C&)*(’%*%*5"$’$$)76’*3,/C &)*(’%*%*545’$$)76%6-.P%.b.3b%(0(0..2#0’6%6)*(0..++.&()+,/.$.2.*(6)*2.$(%*58#-)C &.66%*58’*3’$$)7%*5)+’$$)76a O0.+1(1-.3.P.$)#2.*()+,/C&)*(’%*%*5"$’$$)76’*3,/C&)*(’%*C %*545’$$)76%6#-)6#.&(.3ac d ef g^h\S-’-..’-(0U’$12%*12"$$)7U2’5*.6%12’$$)7进入X:世纪8环境保护与新材料的应用已成为社会可持续发展的首要问题8轻质金属材料铝!镁合金的应用可以减少油耗!降低污染!提高材料使用性能8它们的发展得到广泛重视T具有i工业味精j之称的稀土元素8由于其独特的电子层结构8使其在铝!镁合金中发挥出独特的冶炼!合金化作用8在铝!镁新合金的发展历程中起着重要作用T本文综合评述稀土铝!镁合金的的研究及应用情况Tk稀土应用的意义目前8铝合金是仅次于钢铁的第二大金属结构材料8其应用越来越广泛T随着技术进步以及成本降低8近年来镁合金作为结构材料应用崭露头角8X;;;年世界原镁消费量达到=a Y l:;Y(8其中作为结构材料的约有W;m n:o8世界镁合金压铸件从:p p=年到:p p p年平均每年增长X:a X m8预计X;;=年压铸业将成为原镁的最大最终用户n X o T人们估计8镁合金有可能成为继钢铁!铝合金之后的另一种重要金属结构材料T 在第一次世界大战期间8德国人已经把稀土应用于镁合金和铝合金8他们采用稀土镁合金9含V m ,/48:a q m4*>制造飞机发动机的增压器8早于稀土在钢铁中的应用n W8=o8英国用稀土镁合金制造涡轮也获得了成功T但是8长期以来8稀土在冶金领域的应用研究主要集中在钢铁结构材料8在铝!镁合金方面8尚有很大研究发展空间T目前的研究表明S铝!镁合金中添加稀土元素8可以提高合金的强度8尤其是高温强度8改善合金的塑韧性!耐磨性!抗腐蚀性能n Y o!铸造工艺性能等8具有显著的冶炼!合金化作用T目前8在稀土元素总需要量中8与金属有关的估计占X;mrW;m n V o T我国铝土矿资源居世界第四位8铝消耗量居世界第二位8铝原料需求旺盛U而我国的稀土!镁资源占有!生产和出口均居世界第一n q8<o T我国从X;世纪V;年代中期开始在铸铁中应用稀土8稍后8扩展至钢铁!有色冶金以及其它领域n p o8有色领域主要应用于铝!镁合金T稀土在钢铁结构材料中主要作为微合金化元素使用8而在铝!镁合金中8尽管稀土价格昂贵8但是由于产品附加值高8除了利用其良好的物理冶金特;V材料工程s X;;=年<期万方数据性进行净化!变质外"还可以将其作为合金化元素使用#在稀土铝合金中一般含有稀土$%$&’(&"最多可达)*&’)+&,)-."在/-年代初"稀土铝合金年产量达到)-0)-$1,)).2在镁合金中一般含有稀土3&’))&,*."目前世界各国的含稀土铸镁合金牌号占镁合金总数的(-&以上,)).#研究稀土在铝!镁合金中的作用机制"加强应用研究"伴随铝!镁合金在结构材料领域的高速发展"将大大促进稀土的应用"提升铝!镁合金产品附加值"有利于我国资源综合利用"将我国的资源优势转化为经济优势#4稀土的作用4%5一般作用稀土元素位于元素周期表第三副族"具有较大的原子半径"在化合物中*价为特征氧化态"有时呈现3价或$价"在金属元素中化学活性仅次于碱金属和碱土金属元素#铝!镁合金中添加不同数量的稀土元素"其发挥的作用不同#添加少量稀土元素"未形成稀土金属间化合物之前"稀土元素在合金中主要起变质和细化作用"从而使合金获得一系列性能的改善#当稀土元素添加量足以生成金属间化合物!共晶复合物的金属纤维组织以及固溶强化相时"可以显著提高合金基体的高温性能,)3.#铝!镁合金中添加稀土元素"具有良好的冶炼!改善成形工艺和合金化作用#4%4冶炼作用稀土元素在铝!镁合金熔液中具有良好的净化作用#首先"稀土元素与氧!硫!氢!氮!卤族等元素具有很强的相互作用"生成产物6738*"6739*" 679"6793"67*9$"67:3"67:*"67;"67<*=<为卤族元素>等"在高温下稀土元素与碳!硅!硼反应生成67?3"673?*"67?"673?"67*?"67$?" 679@3"67A$"67A+等#同时氢在稀土中的溶解度远高于铝!镁合金"因此稀土元素可以较好地除去铝!镁合金中的氢#对于耐热铝!镁合金"由于晶界夹杂的减少"可以明显提高耐热强度等高温性能#其次"稀土能与铝!镁合金中低熔点元素砷!铋!铅!锌等作用"生成熔点较高的二元或多元化合物"这些化合物可以成渣析出"也可以成为强化相存在"避免了低熔点金属引起的红脆性问题#最后"稀土的加入影响或改善铝!镁合金金属液和熔渣的物理化学性质"诸如表面张力!流动性!粘度!夹杂溶解度等"有利于非金属夹杂的球化"促进其上浮"实现铝!镁金属液较好地去除夹杂,)*.#稀土元素在铝!镁合金中具有良好的细化!变质作用#铝镁合金中少量添加稀土元素"可以增加液态金属结晶中心!增加表面张力!增加过冷度"在析出相或生长相的表面生成一层吸附膜"阻碍晶粒继续长大"进而达到细化晶粒的目的#添加稀土还可以减小柱状晶"细化合金二次枝晶臂间距"改善晶粒形态"并在一定程度上控制材料晶粒度#镧和铕对铝合金具有强烈的变质作用"这与其具有较大的原子半径有关#稀土能够提高铝!镁合金的力学性能"在微观结构上还表现为使晶胞参数变小,)$.#4%B改善工艺作用稀土元素加入铝!镁合金可以减少熔体中的气体!夹杂"改善液态金属的流动性"因此"显著改善铸造成形工艺性能#最终可以改善铸锭质量!材料塑性"实现部分零件的以铸代锻#同时加入稀土元素"可以减小或消除铸件热裂敏感性!以及裂纹!气孔等低倍缺陷#稀土元素还可以改善铝!镁变形合金性能#提高其高温稳定性#拉拔稀土铝导线中"稀土与锆一起形成弥散分布的高熔点金属间化合物"促进铝再结晶温度提高"将耐热铝导线在3*-C和3(-C加热时"其强度残存率分别为/D&和E D%(&,)-.#4%F合金化作用稀土元素在金属结构材料中的合金化作用的大小决定于稀土与金属的相图=如稀土元素在金属中的溶解度>!稀土化合物的性质!形状!分布"稀土在金属中分布和扩散速度"以及稀土对其它合金元素的分布及扩散速度的影响等#在钢铁结构材料中"主要研究稀土的冶炼作用2而在稀土铝!镁合金中"由于产品性价比高"稀土的合金化作用得到广泛重视及研究#多相铸造铝合金的耐热性由G固溶体的化学成分!第二相的性质!形状和分布状况等因素决定#G固溶体的化学组成越复杂"组织结构越稳定"合金耐热性越好2第二相热稳定性越高"沿晶界分布的弥散度越高"晶粒越细"则越能阻碍G固溶体的变形"合金耐热性就越好#第二相的热稳定性通常可以用高温下的显微硬度H热硬性衡量"热硬性研究表明,)-."在*(-’$--C"铝合金中稀土化合物具有最高的热稳定性#铝合金基体为面心立方结构"镁合金与稀土元素皆为密排六方结构"这成为稀土元素在镁合金中最大固溶度较大!而在铝合金中较小=表)>的主要原因之一#同时"稀土元素与镁的差异较小,D."与铝的原子半径=-%)$3E I J>差异较大#因此"稀土对G铝固溶体的强化作用不大#稀土元素与其它合金元素一起形成稳定的化合物相是提高铝合金耐热性能的主要途径#而几乎所有的稀土元素对G镁固溶体都具有较好的固溶强化作用,D.#铝合金中稀土化合物相晶格结构复杂"和G固溶体的结构差别大"所形成的新相扩散过程慢"在高温)+稀土在铝!镁合金中的应用万方数据工作时溶解度变化小!在铝合金中"稀土元素往往是沿枝晶和晶界分布"形成连续和不连续的网膜!这些可以提高铝合金晶界强度和抗蠕变能力"使晶间裂纹不易扩展"进而提高合金的热强性#$%&!稀土铝合金系一般处在相图的共晶部分"’()*+合金共晶点成分为$,-*+"这些合金铸造性能良好.同时"稀土铝合金的共晶温度较高/’()*+合金为01234"稀土元素沉淀5聚集生成化合物的速度相比铝合金中常用合金元素67慢得多"这也是稀土铝合金系具有很好的耐热性的原因之一!随着铝合金中89含量增加"晶间稀土化合物数量增加"铝合金高温强度显著增加"但晶间脆性相的增多将导致合金塑性下降"因此89的添加应控制在合适的比例!:;<=$合金含有89元素<><-?%>=-":;,=0合金中稀土化合物相的数量控制在$=-为宜!考虑到利用铝@稀土多元金属间化合物增加铝合金的耐热性能"人们成功开发出快速凝固’()2><-A+)1><-*+合金"这种合金中沉淀相细小5分布均匀且稳定"使铝合金耐热性能又有了进一步突破!表B稀土在铝5镁合金的C基体中最大固溶度D E F(+$D G+H E I7H J H K L(7MK L(J F7(7N OL P Q E Q++E Q N G7RS)H E N Q7IL P E(J H7R J H E R MH E T R+K7J H E((L O K8E Q++E Q N G+(+H+R N*+;E US)’(V-=>=%=>=%=>$WS)XT V-=>W<@$,稀土在铝及铝合金中固溶度极小"能与杂质生成金属间化合物或非金属化合物"它们偏聚在晶界上"加大了过冷度"具有细化晶粒的作用"同时可以改变铝合金组元67"A+"XT的形态"减少针状晶"增加球状晶"提高铝合金机械性能!稀土还使铝合金腐蚀电位变正"增大电化学反应的电阻"从而提高铝合金的耐蚀性!稀土在镁合金中可以作为合金剂5球化剂"同时具有良好的净化熔体的作用!添加稀土元素进行合金化"可以显著提高镁合金的耐热性能"使其作为飞机5导弹以及火箭上的重要零件!研究表明"双数原子序数的稀土元素能增加镁合金的耐热强度"单数原子序数的稀土元素能增加镁合金的塑性!稀土元素可以提高镁合金的流动性"细化晶粒"强化固溶体"在镁合金中生成弥散分布的金属间化合物"强化晶界"显著提高耐热强度!固溶体型铝5镁单相合金"晶粒越大"晶格缺陷或晶界越少"即表面能越小"在高温下的稳定性越大.多相铝5镁合金中"细质点的耐热第二相对固溶体晶粒变形的阻碍作用比在粗晶粒合金中大"特别当温度高于=>0Y熔点时"第二相的作用突出!形状复杂的5热稳定性高的化合物相"在晶界形成封闭的网状或骨架状结构的化合物相"可以显著提高合金的热强性!由于经过加工变形"这一特点被消除"因此"铸造铝5镁合金的耐热性要比相同成分的变形合金好!Z应用状况目前"已开发出稀土合金对铸造铝合金的复合精变处理技术"提高了产品质量"生产成本没有增加"生产过程不对环境产生任何污染#$0&!铝合金中添加少量稀土"可以降低硅含量"提高导电率"改善铝合金的电导及热导性能"同时大大提高铝合金延展性能"这类铝合金大量用于高压传输导线#$W"$2&!一般将添加大量稀土的铝合金称为稀土铝合金"国内外典型的稀土铝合金往往添加富铈混合稀土"如国产:;<=$":;,=0等#$[&"前苏联的’\]@$合金等!较近的研究表明"重稀土钇对提高铝合金耐热性有明显效果"但由于钇的价格较高"尚未得到广泛应用!稀土铝合金可用于空气调节系统5内燃发动机零部件等在高温高压下工作的零件!$[1W年"^E J T G N L R和]Q O N G+Q_G首先报道了高温抗拉XT)*+合金"其后发现稀土镁合金的耐热性能按照XT);E"XT)*+"XT)‘M序列增高"随着研究深入"不断有适用于更高温度的稀土镁合金系列出现"其发展如图$所示a期万方数据镁合金不断出现并被应用!航空工业成为稀土镁合金发展的第一推动力"但是!由于稀土镁合金各项性能特别是耐热性能#$$%优异!蕴含着巨大的应用潜力!随着稀土镁合金价格的不断下降!稀土镁合金开始向民用方向发展"在镁合金应用市场前景广阔的汽车行业!通过压铸工艺生产的稀土镁合金产品的发展方兴未艾#&%!目前正掀起了新一轮稀土镁合金新材料研制’作用机理讨论的热潮"稀土作为合金元素应用于铝’镁合金!尚存在一些问题"首先是稀土较高的价格增加了最终产品的成本!通过研究的深入!不断提高材料使用性能!最终提高产品性价比!是稀土铝’镁合金进一步发展的动力"其次稀土合金化添加工艺始终是需要攻克的技术难关!准确把握稀土在铝’镁合金中的添加量!控制稀土铝’镁合金中间相的形成!进而使产品保持稳定’优秀的力学及其它性能!是该领域工作者重要攻关目标之一"例如国内某稀土镁合金零件生产厂目前采用如下稀土添加工艺(在不锈钢杯中装入混合稀土!加入镁合金熔体前在)**+,**-预热去潮’脱蜡!然后将不锈钢杯悬浮于镁液中!使稀土扩散溶解"这种方法保证了稀土元素在镁合金熔体中具有较好的收得率"不同的铝’镁合金!稀土的添加工艺不同!分别表现为以铝’镁稀土中间合金和单质稀土两种形式加入"最后!铝’镁合金的回收再生性能是其比塑料制品优越的特性之一!$***年全世界回收的铝废料占铝消费量的$./!达到01.23*45!但是!稀土铝’镁合金中由于稀土元素成分易于波动!给其回收再生带来一定困难!需要在今后的实践中探索成熟的回收再生工艺"6展望中国航空工业一直是稀土镁合金新材料研究的主要力量!在$*世纪&*年代末其研究曾一度达到世界先进水平"近$*余年来!中国铝合金业得到迅猛发展!而镁合金长期未得到应有的发展!稀土在铝合金中的应用研究领先于在镁合金中的应用研究!在$.* 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F5J?PF5$.*-随着中国镁资源较铝资源优势的不断显现!未来几年镁合金有望作为结构材料得到大量的应用#$&Z$9%"中国稀土镁合金的研究!前期可以跟踪瞄准俄罗斯’欧美等技术强国的发展道路!随着国内稀土镁合金材料研究水平的进步!在未来的国际市场!中国的稀土镁合金产品将显示出其强大的竞争优势"目前!高纯稀土在铝’镁合金中的应用发展大大)4稀土在铝’镁合金中的应用万方数据加快!稀土在铝"镁合金中的应用总量逐年增加#可以预见!随着稀土在铝"镁合金中的应用研究深入开展!人类认识水平和技术水平的不断提高!更加广泛的"更多系列的新型稀土铝"镁合金即将被开发"应用#加强稀土镁合金的研究!同时重视稀土铝合金的研究!是结合中国资源特色!获得新材料领域突破的重要途径#参考文献$%&刘兵’中国镁产业面临的发展机遇与挑战$(&’)**%年中国国际镁业研讨会论文集$+&’北京,中国镁业协会!)**%’-./’$)&李晓敏’压铸镁合金在汽车中的应用及其发展前景$0&’世界有色金属!)**%!123,%4.%/’$5&杜挺’稀土元素在金属材料中的应用’杜挺科技文集.冶金"材料及其物理化学$6&’北京,冶金工业出版社!%224’%%.55’$7&杜挺’稀土元素在金属材料中的一些物理化学作用$0&’金属学报!%228!1%3,42.88’$-&9(:;6<(=>??!@A B C D!9;C E0F’F G H I J K L G M M N H I O P QI R NH J K K J L O J PS N K M J K T G P H N J M N U N V I K J PW>75G P XW>-7T G Q P N L O Y TH G L I O P QG U U J Z L$(&’6B:=;9>[@!9(;C>:9\’WN K V L I J M M];P M J K T G I O J P L Q N L N U U L H R G M I$+&!F K G P V M Y K 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e L J K S I O J PO PS J U Z16N I R Z U6N I R G H K Z U G I N3$0&’0J Y K P G U J M D J U Z T N K^H O N P H N,D G K I(]%!%28)!%*143,%482.%4/-’$)4&尼尔塞茨’经营预测原理及微机应用$6&’长沙,中南工业大学出版社!%2//’基金项目,航空科学基金资助项目1*)E)%*%*3收稿日期,)**7]*)]%4b修订日期,)**7]*-])/作者简介,马丽婷1%288.3!女!硕士研究生!从事航空有机玻璃老化性能及寿命预测方面的研究!联系地址,北京/%信箱)5分箱1%***2-3#c74材料工程g)**7年/期万方数据稀土在铝、镁合金中的应用作者：郭旭涛， 李培杰， 熊玉华， 刘树勋， 曾大本作者单位：清华大学机械工程系,北京,100084刊名：材料工程英文刊名：JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING年，卷(期)：2004(8)被引用次数：21次参考文献(29条)1.FURUYAH;KOGISO N;MATUNAGA S;SENDA K Applicationsofmagnesiumalloysforaerospacestructuresystems[外文期刊] 20002.ARRYLMORDIKE MagnesiumandMagnesiumAlloys 2001(01)3.李风梅;钱鑫源;李金桂;王乐安,赵进稀土在航空工业中的应用现状与发展趋势[期刊论文]-材料工程 1998(06)4.钟俊辉稀土在合金中应用的新进展 1994(11)5.李振宏;伍虹我国稀土应用的现状与前景 1997(06)6.吴秀铭中国镁工业的现状与展望 20017.郭旭涛;李培杰;曾大本稀土耐热镁合金发展现状及展望[期刊论文]-铸造 2002(02)8.川二朗稀土的最新应用技术 19939.KARIMZADEHH;LYON P;KING J F Factors affecting the corrosion performance of elektron WE43 and WE54 magnesium casting alloys 199810.杜挺稀土元素在金属材料中的一些物理化学作用 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我国稀土在铝及其它有色金属中的运用
我国稀土在铝及其它有色金属中的运用摘要：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。
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展【摘要】本文综述了稀土对铝合金力学性能的影响研究进展。
稀土元素对铝合金的拉伸性能有着显著影响，可以提高其强度和延展性。
稀土元素还可以提高铝合金的硬度和耐磨性，使其在特定环境下具有更好的工程性能。
稀土元素对铝合金的断裂韧性和成形加工性能也有一定影响，使其更适用于不同的工程应用。
稀土元素还可以对铝合金的微观组织和晶粒细化产生影响，进一步改善材料的性能。
通过深入研究稀土元素对铝合金力学性能的影响，可以更好地指导合金的设计和应用，推动铝合金材料的发展和应用。
.【关键词】关键词：稀土，铝合金，力学性能，拉伸性能，硬度，耐磨性，断裂韧性，成形加工性能，微观组织，晶粒细化，研究进展。
1. 引言1.1 稀土对铝合金力学性能影响的研究进展稀土元素是一类在铝合金中被广泛应用的合金元素，其具有显著的改善合金性能的作用。
稀土元素的添加可以有效地提高铝合金的力学性能，包括拉伸性能、硬度和耐磨性、断裂韧性、成形加工性能以及微观组织和晶粒细化等方面。
随着对稀土元素在铝合金中影响机理的深入研究，人们对其作用机制有了更加清晰的认识。
在铝合金中，稀土元素的添加对拉伸性能的影响是显著的。
稀土元素能够提高铝合金的屈服强度和抗拉强度，同时延长合金的断裂延伸长度，从而改善合金的拉伸性能。
稀土元素还可以显著提高铝合金的硬度和耐磨性，使合金具有更好的耐磨性能，适用于高强度和耐磨性要求的工程领域。
稀土元素对铝合金的力学性能有着显著的影响。
通过对稀土元素在铝合金中的作用机制进行深入研究，可以进一步优化合金的性能，拓展合金在工程领域的应用。
2. 正文2.1 稀土元素对铝合金拉伸性能的影响稀土元素的加入可以显著提高铝合金的拉伸强度和延展性。
实验研究表明，适量添加稀土元素后，铝合金的屈服强度和抗拉强度均有所提高，同时延展性也有所增加。
这是因为稀土元素可以改善铝合金的晶界强度和晶粒结构，从而提高材料的塑性变形能力。
稀土元素对铝合金的拉伸性能有着显著的影响，能够提高材料的强度、延展性、疲劳性能和抗氧化性能，同时改善材料的晶粒细化效果，进一步提高铝合金的力学性能和耐久性。
稀土在铝合金中的应用
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。
#$主动技术干预。
在被动方法无法满足需要的时候，便需要主动技术的干预。
如利用能量转化的原理，使用太阳能收集器和光电转化器利用地热资源；提高原生能源的利用率；减少废物的产生量等。
再如，采用自然通风系统的生态建筑，当利用自然风压无法实现自然通风的时候，可以采用热压，热压与风压相结合、机械辅助等手段实现建筑的自然通风。
四、结论在建筑设计中实现智能化的整体设计概念，还需要我们付出巨大的努力。
生态化建筑设计会越来越重要，因而建筑设计新的发展趋势将主要集中在通过高质量的设备、材料、构造和构件之间的全面协调，建筑形式与新技术、新材料之间的平衡，以及人工环境和自然环境之间的协调，尽可能地减少原生能源和灰色能源的使用，尽可能多地利用可再生资源，尽可能地让人们接近自然。
稀土合金在铝合金中的应用
稀土合金在铝合金中的应用
稀土合金在铝合金中的应用主要体现在以下几个方面：
1.精炼作用：在铝合金中添加适量的稀土元素可以起到精炼作用。
稀土元素可以改善夹杂物形态，净化晶界，提高合金的纯净度。
此外，稀土元素还可以细化合金组织，提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。
2.细化作用：稀土元素在铝合金中可以起到细化作用。
通过添加适量的稀土元素，可以细化铝合金的晶粒，提高合金的强度和韧性。
3.合金化作用：稀土元素可以与铝合金中的其他元素形成合金化物，提高合金的力学性能和耐腐蚀性能。
综上所述，稀土合金在铝合金中的应用可以起到改善合金组织、提高力学性能和耐腐蚀性能的作用。
稀土在铝及铝合金中的作用
-*5*5 提高合金的耐热性能63!7!-)8 铸 造 铝 Z 硅 系 共 晶 合 金 中 添 加 -/0 -*+/混 合 稀 土!高 温 强 度 提 高 了 33/‘高 温 持 久 强 度 93))ab-)))小时;提高了 ../!而且显著地提高了 耐磨性和高温稳定性" #$%VW系 合 金 具 有 很 好 的 耐 热 性 能!经 适 当 合 金 化 后 可 在 .))a以 下 工 作 9其 它 铝 合 金 的 使 用 温 度 一 般 不 超 过 3))a;" 快 速 凝 固 的 #$%4*./cd% 3*./ed合金!可 以 在 &_3[ 以 下 长 时 间 工 作!大 大 提高了铝合金的使用工作温度" -*3 对合金光学性能的影响 稀土加入铝合金会使其表面氧化膜结构发生变
"’"’$ 提高合金的超塑性:8; 试验表明.>G和 LM可明显提高合金的超塑性#
图 " 稀土加入量对工业纯铝抗拉性能的影响 NOP’" QRRSTUVWRXQTWYUSYUWYZ[WR OY\]VU^O_‘a]^OUb_‘]cOYO]c
图 $ 稀土加入量对工业纯铝延伸率的影响 NOP’$ QRRSTUWRXQTWYUSYUWYS‘WdP_UOWYWR
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稀土对铝合金力学性能影响的研究进展
稀土对铝合金力学性能影响的研究进展【摘要】稀土元素在铝合金中起着重要作用，对其力学性能有着显著影响。
本文综述了稀土元素对铝合金强度、塑性、韧性、疲劳性能和腐蚀性能的影响。
研究表明，适量添加稀土元素可以显著提高铝合金的强度和硬度，同时改善其塑性和韧性，降低其疲劳裂纹扩展速率，并提高其抗腐蚀性能。
稀土元素与铝合金中的其他元素之间的相互作用复杂多样，需要进一步深入研究。
稀土元素对铝合金力学性能的影响是综合的，通过合理控制添加量和工艺参数，可以实现对铝合金力学性能的全面优化。
【关键词】关键词：稀土元素、铝合金、力学性能、强度、塑性、韧性、疲劳性能、腐蚀性能、综合影响1. 引言1.1 稀土对铝合金力学性能的重要性稀土元素在铝合金中的应用已经得到广泛关注，因为它们对铝合金的力学性能有重要影响。
稀土元素可以通过精细化晶粒、固溶强化、再结晶抑制等方式，显著改善铝合金的强度、塑性、韧性、疲劳性能和抗腐蚀性能。
稀土元素对铝合金的力学性能的影响机制非常复杂，既包括形成稀土含量合适的固溶体团簇的过程，也包括铸造和热处理工艺中显著影响铝合金晶粒细化的效果。
研究稀土在铝合金中的作用机理对于优化合金设计、提高合金性能具有重要意义。
随着对稀土元素在铝合金中作用机制的进一步研究，人们对稀土元素对铝合金力学性能的影响有了更深入的认识，为铝合金的合金设计和性能调控提供了理论基础。
2. 正文2.1 稀土元素对铝合金强度的影响1. 强化相形成：稀土元素可以在铝合金中形成强化相，如稀土化合物、固溶体等，通过与铝基体的相互作用，提高了合金的强度。
这些强化相的存在可以有效地阻碍位错的移动和蔓延，从而增加合金的屈服强度和抗拉强度。
2. 晶界强化：稀土元素的加入可以细化合金的晶粒，减小晶界间距，提高晶界的能量。
这种晶界的强化效应可以有效地阻碍位错的运动和扩散，从而增加合金的强度。
2.2 稀土元素对铝合金塑性的影响1. 提高合金的塑性需求：稀土元素的加入可以改善铝合金的塑性，并提高其延展性和成型性。
稀土元素对高铝钢夹杂物的影响
2 未来展望 铝是活泼金属，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约 50 埃的
致密氧化膜，使铝不会进一步氧化并能耐水 ；但铝的粉末与空气 混合则极易燃烧 ；熔融的铝能与水猛烈反应 ；高温下能将许多金 属氧化物还原为相应的金属 ；铝是两性的，即易溶于强碱，也能 溶于稀酸。铝在钢中具有较强的亲和力，在钢中具有脱氧的作用， 可细化晶粒，加强钢的韧性、延展性、耐腐蚀性。根据研究显示 ： 添加铝元素的钢中会产生氧化铝夹杂，对钢的性能造成伤害，最 终使钢报废。由此可知铝元素的添加给钢带来了负面影响。我国 有丰富的稀土资源，正在大力发展高品质稀土钢，是中国钢铁材 料升级换代的重要措施之一。稀土在钢中的作用主要是变质夹杂 物、改变钢的铸态组织、改善夹杂物的分布和尺寸及微合金化作 用。当钢中存在氧化物夹杂物时，这种氧化夹杂物的形状不发生 改变，并且有很大的危害作用，当钢中加入稀土后，稀土与氧化 夹杂物发生反应生成稀土夹杂物，稀土夹杂物在周围是群聚存在 的，且钢中夹杂物量减少。随着稀土的加入量的增加，杂质元素 与稀土元素结合生成复合夹杂物。本次研究对于开发和利用铝和 稀土微合金钢及提高钢的品质保证有着重要的作用。 参考文献
稀土在铝合金铸造中的运用探讨
稀土在铝合金铸造中的运用探讨作者：宋肖滨来源：《大东方》2018年第07期摘要：铸造铝合金具备刚性好、密度低以及强度高等特征，大量运用于民用与军用产品，特别是在航海、航空以及航天工业中发挥着重要作用。
近几年内，因为铝合金的运用日益宽泛，对于铝合金有着更高的性能需求。
在铸造铝合金中加入稀土元素便能够转变其性能与组织，以达到净化金属液与复合变质等各种要求。
关键词：稀土；铝合金；铸造；运用铝合金是当前运用最多的工业合金之一，因为铸造铝合金具备高强、轻质、优良的加工性能、耐蚀性强等优势，在电子产业、航天航空以及交通运输等领域获得了大量的运用，被运用于制造形状各异、薄壁的大中小型零部件。
一、稀土在铝合金铸造中运用的重要性分析我们国家的稀土资源加工、出口以及占有等位于全球首位。
我国在二十世纪六十年代中期在铸铁过程中运用稀土，逐渐拓展到钢铁、有色冶金及其它各个领域，有色领域大都运用于铝合金。
稀土在冶金行业的运用分析大都聚集于钢铁结构材料层面，以铝与铝合金为主导的有色金属层面，即使获得了较好的成绩，然而依然有着非常广阔的发展空间。
相关研究说明，在铝以及铝合金当中加入合适数量的稀土元素，能够加强合金的强度特别是高温强度，优化合金的耐磨性、塑性、铸造工艺性以及抗腐蚀性等等。
现阶段，在稀土元素的整体需求当中，和金属相关的占据了20%～30%。
稀土在钢铁结构材料里面被用作为微合金化元素；但是在铝合金中，除通过稀土的优良物理冶金性能实施变质、净化以外，还能够将其运用作合金化元素，即使稀土的成本高昂，然而其产品的附加值非常之高。
稀土铝合金中往往包含了4.4%～5%的稀土元素，最高能够达到13%～16%。
在九十年代初期，稀土铝合金的平均年产量高达10万吨。
当前，铝合金是排在钢铁之后的第二大金属结构原料，其运用日益广泛，我们国家同样同样已经发展成全球第一大铝制造国。
所以，全面探讨稀土在铝合金中的工作机理，更深层次地推动稀土在铝合金中的运用，进而加强铝合金的性能与附加值，对我们国家的资源充分运用，将资源优势转变成经济优势有着非常重要的意义。
稀土对铝合金影响
降低 。 而 Ｒ Ｅ 与氮 生 成 的 稳 定 化 合 物 大 部 分 以 废 渣 的 形式排出 。 依据文献 ［ ］ ， 可定性分析图２ ７ ａ中 的 犃 处 粗 大 的 晶粒 ， 含Ａ 可能为α ｌ较多 ， Ａ ｌ相 ； 犅 处可能主 要是 Ｍ ｇ 为白亮色 ； 为灰色条 Ｚ ｎ 犆 处可能主要是 Ａ ｌ Ｃ ｕ相， ２ 相， ２ 状， 这些相使得晶界 较 宽 且 绵 长 连 续 ， 晶内则是粒度不 一的块状相 。 从图 ２ ｃ中可知 ， Ｒ Ｅ 加入后与其他元素生 成的化合物 ， 富集在晶界 （ 处 ） ， 少量 固 溶 于 到 晶 内 （ 犇 犈 处） ， 使组 织 中 晶 粒 球 化 ， 树 枝 晶 也 较 小， 晶界变窄（ 犉 处） ， 故可认为 Ｒ 而 且 净 化 了 晶 界， Ｅ 不 仅 细 化 了 晶 粒， 并且其主要分布在相 界 ， 晶 粒 表 面 和 枝 晶 偏 聚 处， 且以 化合物形式存在 。 文献 ［ ］ 表明 ， 、 ８ Ｒ Ｅ 能与铝液中 Ｆ ｅ Ｓ ｉ等 杂 质 作 用 ， 生成稳 定 的 金 属 间 化 合 物 （ 、 。与 Ｒ Ｅ Ｆ ｅ Ｒ Ｅ Ｓ ｉ Ｒ Ｅ Ｓ ｉ ５、 ２） Ａ ｌ作用生成高温下不易分解的高熔点的 Ｌ ａ Ａ ｌ Ｒ Ｅ Ａ ｌ ４、 ４ 等化 合 物 ， 起 到 强 化 基 体 的 作 用。 此 外， Ｒ Ｅ 还能与铝 液中的 Ｃ 形成的 Ａ ｕ、 Ｍ ｎ 等作用 ， ｌ Ｃ ｕ Ｅ、 Ａ ｌ ｎ Ｅ、 ８ ４Ｒ ８Ｍ ４Ｒ 热稳定性高 、 熔点高 、 呈 弥散分 Ａ ｌ Ｃ ｕ Ｅ 等耐热性好 、 ２ ４ ８Ｒ 布的第二相 Ｒ 提 高 了 形 核 率， Ｅ 化 合 物 成 为 结 晶 核 心， 从而细化了晶粒 ， 使７ ０ ７ ５铝合金抗拉强度和塑韧性得 到较大改善 。 据文献 ［ ， ９， １ ０］ Ｒ Ｅ 会以金属间化合物的形式析 出， 以第二相的状态 弥 散 分 布 在 晶 粒 或 晶 界 上 ， 使凝固 过 程 中 的 过 冷 度 增 大， 这 势 必 起 到 强 化 基 体 的 作 用。 （ 能明显改善合金的组织， 当其含量 １） Ｒ Ｅ的 加 入 ，
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。
稀土元素在铝合金中的作用和应用
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％)。
稀土元素在铝合金中的作用和应用
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%)。
稀土在铝及铝合金中的作用
化, 使其表面光亮、美观。稀土对反射率的影响如图 3 所示, 稀土在 0. 12% ～0. 25% 之间, 未氧化着色的 稀土 6063 型材的反射率高达 92% [ 11] 。
Al-M g 系 光 亮 铸 造 铝 合 金 中 添 加 0. 1% ～ 0. 3% ( 质量分数) 稀土可使合金获得最好的表面光 洁度和光泽持久性[ 12] 。 1. 4 提高合金的电学性能
1 稀土对铝及铝合金性能的影响
1. 1 对合金综合力学性能的影响 1. 1. 1 稀土提高铝及铝合金综合力学性能 铝及铝合金加入适 量的稀土, 可使其 强度、硬
度、伸长率、断裂韧度和耐磨性能等综合力学性能提 高[ 2～ 7] 。
稀土加入量对纯铝的强度与伸长率的影响如图 1 和图 2 所示。铸铝 ZL 10 系合金中加入 0. 3% RE, 其 b由 205. 9M Pa 提高到 274M Pa, HB 由 80 提高 到 108[ 3] 。而 Sc 改善合金性能尤为明显( 7005 合金 加入 0. 42% 的 Sc, 其 b由 314M P a 增加到 414M Pa, 0. 2 由 282M Pa 增加到 378MP a, 塑性由 6. 8% 增加 到 10. 1% , 而且高温稳定性显著增强) 。
( 1. 东北大学 材料冶金学院, 辽宁 沈阳 110004; 2. 沈阳化工学院 材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110016; 3. 云南冶金集团总公司 科技部, 云南 昆明 650051)
摘 要: 依据文献综合介绍了稀土对铝及铝合金 的力学性能、热学性能、光学性能、电学性能、耐 腐蚀性能和工 艺性能的影响, 探讨了稀土在铝及铝合金中净化、变质和合金化作用 的微观机理, 讨论了稀土铝合金 发展中存在的 问题。
一种稀土在废铝再生铸造铝合金中的应用[发明专利]
![一种稀土在废铝再生铸造铝合金中的应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/183911e47cd184254a35351d.png)
专利名称：一种稀土在废铝再生铸造铝合金中的应用专利类型：发明专利
发明人：宋悦
申请号：CN201811055415.3
申请日：20180911
公开号：CN108998675A
公开日：
20181214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及铝合金铸造领域，尤其是一种稀土在废铝再生铸造铝合金中的应用，包括以下步骤：1）废杂铝；2）大类分选；3）分类预处理；4）分类重熔；5）配比入炉；6）添加稀土；7）精拣：燃油双室反射炉；8）成分分析；9）浇铸；10）稀土铸造铝合金锭。
该技术新颖，工艺流程合理，再生产品质量好，社会与经济效益明显，符合国家技术政策，目前国内尚无相关研究成果报道，属国内领先水平。
申请人：四会市华永兴再生资源有限公司
地址：526200 广东省肇庆市四会市龙甫镇肇庆市亚洲金属资源再生工业基地E09
国籍：CN
代理机构：深圳力拓知识产权代理有限公司
代理人：龚健
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稀土元素对ni-cr-al合金高温氧化影响机理的研究
稀土元素对ni-cr-al合金高温氧化影响机理的研究稀土元素添加到NiCrAl合金中，可以显著提高其高温氧化抗性。
这种提高抗性的机理，主要由以下几个方面构成：
1. 形成稳定的氧化物层：稀土元素可以与Al形成氧化物，这种氧化物能够在高温下保持稳定并且能够吸附氧气分子。
这样就可以形成一个稳定的氧化物层，起到防护作用，减缓了高温氧化的进程。
2. 抑制氧化反应：稀土元素还可以吸附大量的氧气分子，并抑制NiCrAl合金表面的氧化反应。
这样可以减缓合金表面氧化的速率，并有效延长合金的使用寿命。
3. 减少分解产物的析出：稀土元素可以抑制合金中的分解反应，减少有害分解产物的析出。
这些分解产物可以破坏合金的结构，导致合金失效。
综上所述，稀土元素对NiCrAl合金高温氧化抗性的提高主要是通过形成稳定的氧化物层、抑制氧化反应并减少分解产物的析出来实现的。
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稀土在铸造铝合金中的作用Effect of Rare Earth in Casting Aluminum Alloy赖华清,徐翔,范宏训(湖北汽车工业学院材料工程系,湖北十堰442002)摘 要:综述了稀土在铸造铝合金中的作用和应用概况。
指出:稀土添加在铸造铝合金中可以起到细化组织、净化熔体、减少气体和夹杂物含量、降低合金线膨胀系数、提高合金常温和高温力学性能等多方面的良好作用。
关键词:稀土;铸造铝合金;作用中图分类号:T G29 文献标识码:A 文章编号:1001-3814(2001)05-0037-03 稀土在铸造铝合金中的应用国外开展的较早,如德国在二战期间就研制了四种稀土铝合金用于制造发动机、内燃机的复杂零件。
我国在这方面的研究和应用始于20世纪60年代,虽然起步较晚,但发展较快,从机理研究到实际应用都做了大量的工作,已经取得了一些成果。
1 稀土对铸造铝合金的变质作用根据最新观点[1],铝合金变质处理大致可分三类,第一类是晶粒细化处理,主要用来细化α(Al)晶粒;第二类是共晶体变质,主要用于铝硅共晶合金;第三类是改善杂质相组织或消除易溶杂质相,如改变粗大富铁相等。
1.1 晶粒细化作用铝合金晶粒细化最有效、最实用的方法是添加含B、Ti等元素的中间合金细化剂,除最常用的Al-Ti-B 中间合金外,目前稀土元素的晶粒细化作用逐渐引起人们的重视[2～4]。
文献[4]指出,Al-Ti-B中间合金中配入适量的RE,可有效地抑制细化衰退现象,其原因是稀土元素的表面活性作用能降低铝熔体的表面张力,增加铝熔体对硼化物(TiB2)的湿润性,增大铝熔体在硼化物颗粒表面上的铺展系数,既能使TiB2的异质形核作用充分发挥,又能防止TiB2的聚集、沉淀,从而延缓衰退。
此外,稀土本身也能够细化晶粒,RE与铝及铝中的Fe、Si等可形成高熔点的细小化合物,这些化合物能起到非自发形核的作用,使晶粒得到细化。
1.2 对初晶硅细化作用高硅铝合金中初晶硅的细化一般都是采用加磷处理,现多以磷铜中间合金或磷盐的形式加入。
魏伯康等人的研究结果证明了RE对初晶硅的细化作用[5],高硅铝合金中加入微量RE(0.02%),初晶硅形态开始发生变化,出现孪晶缺陷,并开始由规则八面体向不规则多面体转化,加入量至0.1%后,初生硅形态发生急剧变化,由多面体型向长条形、(并随着RE量的增加)进而向分枝生长方式转化。
随着RE的增加,初晶硅数目增加,尺寸减小,RE达到0.5%时,细化效果最好,初晶硅可细化至50μm以下。
但也有研究结果认为,稀土对初晶硅的细化作用很小甚至无变质作用。
孙宝德等指出[6],仅仅加入稀土元素La、Y不能细化初晶硅。
尽管对稀土细化初晶硅的作用有分歧,但在磷细化初晶硅的基础上稀土可进一步细化初晶硅的认识上,大家意见基本一致,所以稀土在高硅铝合金中的应用基本上是与磷复合构成双重变质剂使用[7～9],以弥补单独加磷不能同时细化初晶硅和共晶硅的缺点,这在高硅铝活塞材料上得到了相当成功的应用。
1.3 对共晶体变质作用长期以来,铝合金一直采用钠盐作变质剂,钠变质有效期短,且腐蚀设备、污染环境。
后来发展了以Sr为代表的长效变质剂[10],但Sr会增加铝合金的吸氢倾向,同时Sr的价格较贵,应用受到限制。
近年来,关于稀土对铝硅合金变质作用的研究和应用的报道不断增多,充分肯定了稀土元素对共晶硅的良好变质作用[11～15]。
李道韫等采用Al-RE中间合金对铝硅共晶合金进行变质处理[11],结果表明,微量RE可使铝硅共晶合金获得完全变质组织,RE变质具有比钠盐变质更好的长效性及重熔性,变质后,高温保持4h,重熔两次时,变质作用基本不衰退。
张启运等研究了单一稀土元素及混合稀土对共晶铝硅合金的变质效果[13],发现Eu 具有最强的变质能力,La次之,Ce、Pr、Nd和混合稀土的变质能力稍低于La。
稀土元素的变质能力随原子半径的减小而迅速降低,到Er、Y已基本不具有变质能力。
RE的变质作用对冷速敏感,适用于金属型铸件。
多数研究认为,RE的适宜加入量为0.8%～ 1.2%,此时共晶硅由粗针状细化为短杆状或球粒状,变质后抗拉强度可增加15%～20%,相对延伸率增加 1.5～ 2.037《热加工工艺》 2001年第5期综 述 ⒇收稿日期:2001-04-24作者简介:赖华清(1964-),男,江西大余人,硕士,副教授。
DOI:10.14158/ k i.1001-3814.2001.05.017倍。
RE加入量过高共晶硅反而粗化,但当合金中含有Mg时,随Mg量增加,达到完全变质所需的稀土用量会急剧减少,因为M g对稀土的变质有激化作用[14]。
稀土除了以中间合金形式加入外,人们还研究了以稀土盐(如氯化稀土和碳酸稀土)进行变质处理的技术[15],稀土盐变质比中间合金变质具有稀土加入量少、工艺简便、变质效果好、生产成本低、稀土元素不易产生偏聚等优点,值得推广应用。
1.4 改善富铁杂质相作用文献指出[16],对含有较高铁的铝硅合金采用单一加锰的办法不能完全消除铁的危害,虽然锰能使粗大针片状富铁相Al9Fe2Si2转化为团块状的多元化合物AlSiM nFe,但这种化合物还比较粗大,影响了性能的进一步提高。
稀土能够细化加锰时形成的团块状多元化合物,而且稀土本身也有一定的去铁作用,在含有较高铁的铝合金中形成CeFe2Al10和La Fe2Al10球状三元化合物,这些化合物相密度较大,容易沉积在坩埚底部。
采用0.6%M n和0.4%～0.5%RE联合处理的方法,可以将含铁 1.10%～ 1.30%的ZL16合金的力学性能提高到原合金不含铁时的水平,说明M n-RE联合处理对消除铁的危害作用最有效。
2 稀土对铸造铝合金的精炼作用2.1 除气作用铝合金具有强烈的吸氢特性,存在于铝合金中的气体,氢占85%以上,溶于铝液中的氢是造成铝合金针孔缺陷的主要原因。
如何去除铝液中的氢,是人们普遍关注的问题。
文献[17]的研究结果表明,稀土金属(La、Y、RE)及氯化稀土(RECl3)加入铝液后,可使铝液中氢含量明显减少,针孔率降低,在最佳去氢工艺条件下,用0.2%～0.3%的稀土金属或0.4%～0.5%的氯化稀土对铝液进行去气处理,可以达到或超过用ZnCl2(0.3%)及C2Cl6(0.6%)的去氢效果。
文献[18]对混合稀土与常用精炼剂在铸铝合金中去氢效果进行了对比,结果如表1所示。
表中数据表明,加入0.2%～0.3%混合稀土后,可使铝合金液含氢量降低26%～表1 混合稀土与常用精炼剂在铸铝合金中去氢效果的对比合金种类Al-5%Cu Al-5%Si Al-11%Si Al-12%Si稀土或精炼剂种类无富铈RE无富铈RE无富铈RE无富铈RE富钇RE C2Cl6无毒精炼剂加入量(%)00.300.300.300.20.30.40.3含氢量(ml/100g)0.1370.0950.1930.1420.2710.1650.2000.0790.0830.0930.142最大去氢率(%)030.7026.4038.9060.558.553.529.060%,对于铝硅合金,随着含硅量的增加,结晶区间缩小,稀土的去氢作用逐渐增强,稀土在共晶成分的Al-12.5%Si合金中去氢效果最佳,最大去氢率为60.5%,去氢效果优于C2Cl6和无毒精炼剂。
与稀土对含氢量影响的变化趋势相对应,在铝硅合金中加入适量稀土后,可使在残压、减压及定向凝固条件下的针孔率和孔隙度显著下降,当加入0.3%的RE时,常压下的针孔率可降低55.5%～86.9%,减压下孔隙度可降低69.7%～83.0%。
导致铝液中氢含量的减少及针孔率降低主要原因是稀土具有“固氢”作用,稀土与氢有很大的化学亲合力,在高温下极易与氢作用生成REH2、REH3等稳定的氢化物[19],这些稳定的氢化物弥散分布于铝液中,使得铝液中游离氢的含量降低,而随着温度的降低,这些以化合物状态存在的氢并不会聚集和生成氢气泡。
此外,稀土是表面活性元素,能使铝液表面张力降低和流动性提高,从而减小上浮气泡的临界尺寸,使气泡被液固界面推开上浮逸出的可能性增大,这是稀土降低针孔率的另一原因。
2.2 除氧化夹杂作用铝合金铸件中主要的氧化夹杂是γ-Al2O3。
γ-Al2O3的化学稳定性极高,熔点高达(2015±15)℃,在铝液中不易分解,更为严重的是,这种表面粗糙、带有众多缝隙的γ-Al2O3会吸附大量氢,吸附氢的γ-Al2O3又是温度下降时气泡形核的现成基底,所以当铝合金中γ-Al2O3较多时,铝合金的针孔率也随之增加,除气必须除杂是铝合金液精炼应遵循的原则[1]。
表2为在Al-4%Cu合金中加入常用精炼剂和加入适量富铈混合稀土后夹杂物降低效果的对比[20]。
结果表明,当稀土加入量为0.3%时效果最佳,优于C2Cl6及铝合金无毒精炼剂的效果。
表2 稀土及精炼剂对Al-4%Cu中夹杂物相对量的影响精炼剂种类未精炼C2Cl6无毒精炼剂稀土加入量(%)00.60.40.10.30.5夹杂物相对含量(%)0.6290.3380.2560.1620.1200.171夹杂物降低率(%)046.359.474.380.972.9 注:夹杂物降低率=未精炼夹杂物含量-精炼夹杂物含量未精炼夹杂物含量稀土加入铝液后可发生下列反应[21]:2RE+Al2O3(s)=2Al+RE2O3(s)从热力学上讲,在标准状态下,稀土元素均能将γ-Al2O3中的Al还原出来,使γ-Al2O3夹杂物明显降低。
而反应生成物RE2O3的密度和熔点很高,在熔池中迅速沉降并淀积,富集在坩埚底部,从而显著减少铝液中氧化夹杂和氢的含量。
3 提高耐热性和降低线膨胀系数为提高铝合金的高温强度,通常做法是在其中加38 REVIEW Hot Working Technology 2001No.5入镍。
但近年来的一些研究结果发现,加镍对铝合金高温性能并无显著提高,并且镍在我国属于稀缺资源,价格昂贵。
在多元铝合金中加入少量稀土,能生成Al8Cu4Ce、Al24Cu8CeM n、Ce Al4、La Al4等高熔点化合物,这些化合物在高温下很稳定,成为铝合金中的热强相,呈弥散分布并与基体牢固结合,起到强化和稳定晶界的作用,延缓合金元素在高温下的扩散速度,从而提高铝合金的高温强度和耐热性。
据报道[22],添加0.5%～ 1.5%RE的共晶铝硅合金(66-1)与不含稀土的共晶铝硅合金(SAE328)相比,高温(300℃)强度提高了33%,高温持久强度(300℃,1000h)提高了44%。
在25～400℃时,Ce、La、Pr的线膨胀系数分别为6.7×10-6/℃、7.6×10-6/℃、8.6×10-6/℃,而铝在20～100℃时线膨胀系数为23.6×10-6/℃,由于稀土元素线膨胀系数比铝的小得多,铝合金中加入0.5%～1.5%稀土可降低其线膨胀系数,这对于诸如内燃机活塞等在高温下工作并对尺寸稳定性有严格要求的零件来说是十分有益的[8]。