稀土在铅基合金中的应用
《稀土元素对Zn-25Al-5Mg-2.5Si合金组织和力学性能的影响》
《稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响》篇一一、引言随着科技的发展，合金材料因其优良的物理和机械性能被广泛应用于各个领域。
其中，Zn-Al-Mg-Si系合金以其优异的铸造性能和机械性能成为了众多研究者关注的焦点。
而稀土元素的加入则被视为进一步改善合金性能的有效途径。
本篇论文主要探讨了稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金的组织和力学性能的影响。
二、稀土元素与合金的相互作用稀土元素因其独特的电子结构和物理化学性质，在合金中具有显著的细化晶粒、提高强度和耐腐蚀性等作用。
当稀土元素加入到Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金中时，会与合金中的元素发生交互作用，形成一种更稳定、更均匀的微观结构。
三、稀土元素对合金组织的影响1. 晶粒细化：稀土元素的加入显著地细化了合金的晶粒，使合金的微观结构更加均匀。
这种晶粒细化效应能够提高合金的力学性能，特别是抗拉强度和韧性。
2. 相结构变化：稀土元素的加入会影响合金的相结构，形成新的相或改变原有相的形态和分布。
这些新相或改变后的相能够有效地提高合金的硬度和耐磨性。
四、稀土元素对合金力学性能的影响1. 抗拉强度：由于晶粒细化和相结构的变化，稀土元素的加入显著提高了合金的抗拉强度。
抗拉强度的提高使得合金在承受拉伸力时不易断裂，提高了其使用寿命。
2. 韧性：稀土元素的加入能够改善合金的韧性，使合金在受到冲击或振动时不易产生裂纹或断裂。
这种改善有助于提高合金的安全性和可靠性。
3. 硬度与耐磨性：由于新的相或改变后的相的形成，稀土元素的加入提高了合金的硬度和耐磨性。
这使得合金在高温、高压、高磨耗等恶劣环境下具有更好的性能表现。
五、实验结果与讨论通过实验，我们观察了不同稀土元素含量对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响。
结果表明，适量稀土元素的加入能够显著细化晶粒，改变相结构，从而提高合金的抗拉强度、韧性和硬度等力学性能。
稀土元素的结构与材料学性能
1、Ln3+的基态，4f轨道与正常的价电子轨道5d6S6P相比属内层，因此4f电子被有效地屏蔽起来，成为一种希气型结构的离子，所以f电子在通常情况下，不参加成键，难以杂化，只有更高能量的5d6S6P可以形成共价键，但CFSE相当小,约1000cm-1。 2、Ln3+离子半径比较大,是希气结构的离子与Ca2+、Sr2+、Ba2+相似。 Ca2+ 3S23P6 99pm Ba2+ 5S25P6 134pm Ln3+ 4f n5S25P6 106.1～85pm Al3+ 2S22P6 51pm
稀土镁合金比强度较高，对减轻飞机重量，提高战术性能具有广泛用前景。
1
2
在冶金工业中的应用：稀土钛合金 70年代初，北京航空材料研究院（简称：航材院）在Ti－A1－Mo系钛合金中用稀土金属铈（Ce）取代部分铝、硅，限制了脆性相的析出，使合金在提高耐热强度的同时，也改善热稳定性能。
2、在石油化工
早在50年代我国仿制的飞机和导弹的蒙皮、框架及发动机机匣已采用稀土镁合金，70年代后，随着我国稀土工业的迅速发展，航空稀土开发应用跨入了自行研制的新阶段。新型稀土镁合金、铝合金、钛合金、高温合金、非金属材料、功能材料及稀土电机产品也在歼击机、强击机、直升机、无人驾驶机、民航机以及导弹卫星等产品上逐步得到推广和应用。
1、在冶金工业中的应用：稀土镁合金
稀土镁合金强度高，对减轻飞机重量，提高战术性能具有广泛的应用前景。中国航空工业总公司研制的稀土镁合金包括铸造镁合金及变形镁合金约有10个牌号，很多牌号已用于生产，质量稳定。稀土元素在镁合金中溶解度大，因而有明显的热处理强化作用。在铸造和变型镁合金中加入金属钕、钇显著地提高强度和工艺性能。
稀土在铜及铜合金中的作用
稀土在铜及铜合金中的作用一、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。
稀土在金属基复合材料中的应用
稀土在金属基复合材料中的应用
赵初明１， 高 立２， 谭业发２， 蔡 滨２， 郝胜强２
（ １ ． 总装工程兵科研一所， 江苏 无锡 ２ １ ４ ０ ３ ５ ； ２ ． 解放军理工大学 机械装备系， 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ） 摘要： 稀土在金属材料冶炼和各种复合材料制备中具有广泛应用。论述了稀土在金属基复合材料中的应用现状， 分 析了稀土在改善金属基复合材料增强体和基体表面、 界面性能过程中的作用机理， 指出了稀土元素用于金属基复合 材料可以提高金属基体与增强相的润湿性， 促进金属基体的细化， 并有一定的脱氧脱硫净化界面的作用。总结提出 了稀土在采用不同工艺制备的金属基复合材料中的添加方法及选用原则。 关键词： 稀土； 金属基复合材料； 界面性能； 润湿性 中图分类号： Ｔ Ｇ ４ ２ １ 文献标识码： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ６－ ０ ７ ０ ７ （ ２ ０ １ １ ） １ １－ ０ １ １ ４－ ０ ２
（ １ ）
。稀土
式（ １ ） 的反应使得原来的 Ａ ｌ ／ Ａ ｌ Ｏ ｌ ／ Ｌ ａ Ｏ ２ ３ 润湿体系变为 Ａ ２ ３ 用液相包 裹 法 对 亚 微 米 Ａ ｌ Ｏ ２ ３ 表面进行稀土氧化物 Ｙ Ｏ 使Ａ ｌ Ｏ ｌ 基体间的润湿性得到明显改善， 改 ２ ３ 改性， ２ ３与 Ａ
８ ］ 善的机理是产生了如下的界面反应 ［
２ 稀土在复合材料制备的应用形式
２ ． １ 以稀土金属的形式添加到复合材料中 稀土金属活性高、 熔点低， 添加到复合材料过程中需要 特别控制其与氧气的接触， 因而稀土金属主要用于液态浸渗 技术、 液态搅拌浇铸、 烧结、 激光熔覆等无氧或稀氧的冶炼 过程。 热喷涂技术中， 若将稀土金属粉末直接混合到喷涂粉末 中， 稀土金属在喷涂过程中将与氧发生反应， 而起不到预期 效果。范鹏等将合金配料在感应炉中熔化， 将稀土金属压入 合金熔体后 进 行 雾 化 制 粉 制 备 了 含 有 稀 土 金 属 的 合 金 粉 末
铅基稀土合金作为正极板栅的阳极膜性能
（华南师范大学 化学 与环境学 院 “ 摘 要 广州 ５ ００ ；株洲冶炼 集团股份有 限公 司 １０ ６ 株洲 ）
采用交流阻抗（ Ｉ） 交流伏安 （ Ｃ 、 环伏安 （ Ｖ） 腐蚀失重实验 等方法研 究了铅・ 锡－ 银 ＥＳ 、 Ａ Ｖ） 循 Ｃ 、 钙一 铝一
文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ５ ８ ２ ｌ ）８０ ５ －５ １０ － １ （ｏ ｏ ０ － ５０ ０ ９ 中 图分 类 号 ：６ ６ ０４
Ｄ ：０．７ ４ Ｓ ． ． ０ ５ ２ １ ． ０ ３ ＯＩ １ ３ ２ ／ Ｐ Ｊ １ ９ ． ０ ０ ９ ７ ９
铅 酸 电池 自发 明后作 为 电源使用 已经 有 １０多年 的历史 ， ５ 在化 学 电源 中一直 占有绝 对优 势 ， 为铅 作 酸 电池 的板栅 材料从 最初 的只有 两块铅 板作 为 电极 ， 用 Ｐ —ｂ合金板 栅发 展到 Ｐ－ａ 金 ， 到使 ｂｓ ｂｃ 合 经历 了
第２ ７卷 第 ８ 期
２１ ００年 ８月
应 用 化 学
Ｃ Ｎ Ｅ Ｊ ＲＮＡＬ Ｏ Ｐ Ｌ Ｅ ＨＥＭＩＴＲ ＨＩ ＥＳ ＯＵ Ｆ Ａ Ｐ ＩＤ Ｃ Ｓ Ｙ
Ｖ０． ７ Ｎｏ ８ １２ ．
Ａｕ ． ０１ ｇ２ ０
铅 基 稀 土 合 金作 为正 极 板 栅 的 阳极膜 性 能
通讯联 系人 ： 陈红雨 。 教授 ， 男， 博士生导师 ； － ａｌｈｃｅ ＠ｓｎ ．ｄ ．ｎ Ｅ ｍ ｉ：ｙｈ ｎ ｃ ｕ ｅｕ ｃ ；研究方向 ： 铅与铅酸蓄电池 ， 阳能级多晶硅和环境材料 太
应 用 化 学
第２ ７卷
交流 电 ， 以 １ｍＶ ｓ 并 ／ 的速率 线性 电位扫描 至 一１２Ｖ， ． 同时记 录阻抗实 数部分 （ 随 电位 （ 的变 化 。 ｚ） Ｅ）
稀土金属的最新应用
稀土金属的最新应用引言稀土金属材料可以分成稀土金属合金以及稀土金属间化合物两大类。
稀土金属合金有稀土铸铁、稀土钢铁合金、稀土有色金属合金等，多为结构材料。
稀土金属间化合物则是稀土金属与其他金属或类金属之间形成的具有一定化学成分、晶体结构和显著金属结合键的物质，原子遵循着某种有序化的排列。
这些金属间化合物在稀土合金相图中被称为稀土金属中间相。
稀土金属间化合物主要有稀土磁性材料、稀土储氢材料、稀土热电材料( YbAl3，CePd3，YbxCo4Sb12，CeNiSn) 、热电子发射材料( LaB6 单晶) 、超导材料( LaAl，LaAl2，LaSi3) 等，多为功能材料。
一、稀土金属在冶金及其结构材料上的应用稀土是活泼的,易与氧、氢、氮、硫和其他元素结合成化合物,但不易与碳结合。
在炼钢工艺中稀土用来生产较纯的、不含气体的钢,其含硫低,夹杂少。
硫化物夹杂呈球形,热轧时仍为球形,它均匀布于晶内,这就增加钢的热塑性和可弯曲性,使其韧性更加各向同性。
加稀土处理过的钢达到较高的屈服强度和冲击韧性,并具有较低的脆性转变温度。
它使低合金钢获致较高的硬度,很高的耐磨和抗蚀性能,使含高铬的铁素体不诱钢获得更高的抗氧化能力,在循环加热试验中结果良好,并可替代镍铬合金作发热体用。
稀土促进了铸铁中的石墨化和球化,细化了石墨体,铁素体和共晶体;从而提高了铸铁的延性、韧性和强度。
制延性铸铁时,加铈可减少镁的添加量,因而防止了镁的挥发和烧损。
随着稀土的添加,灰口铁成为较有延性的,白口铁更为耐磨,使可加工铸铁的热处理时间缩短,而合金铸铁可获得更好的抗蚀和抗氧化能力。
稀土在金属中添加的量虽然不多，但是应用领域非常广，而且带来的附加价值高，仍有很大的发展空间。
除了在铸铁、钢铁以及有色金属中的应用外，在稀土金属间化合物方面的应用也开始受到关注，如B2 型稀土金属间化合物由于具有良好的室温塑性而受到人们的关注，在这种稀土金属间化合物中发现应力诱导相变有助于提高材料的塑性。
稀土对铝及其合金的影响及其作用
稀土对铝及其合金的影响及其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。
稀土在铝硅合金中主要是起变质作用,使针、片状共晶硅变成球粒状,使初晶硅的尺度有所减小。
不同稀土的变质能力不同,La和Eu具有强烈的变质作用,而混合稀土和Ce只有中等程度的变质能力。
镧系元素的变质能力与其原子半径有密切的关系,随着原子半径由La的0.187nm减小到Er的0.175nm时,其变质能力逐渐减小。
大体上原子半径小于0.18nm,变质作用即减小到没有实际意义的程度。
不同稀土元素的变质能力可用临界变质冷却速度(Vc)来衡量,Vc越小,则其变质效果越明显;当V小于Vc时,任何浓度的稀土元素均不能引起合金变质,这是稀土与其他变质剂的主要差别之一。
对Al-Si系的研究表明,变质处理工艺直接影响着稀土的变质效果。
获得稳定变质组织的关键是减少稀土的烧损,并防止稀土偏聚,使稀土迅速均匀地扩散到铝液中;为获得稳定的变质组织,应尽可能提高变质温度,变质后加强静置,精炼后严格扒渣,并且尽可能不用卤族元素熔剂进行精炼和覆盖。
稀土金属及合金制备工艺的研究与应用
稀土金属及合金制备工艺的研究与应用一、引言稀土金属是指在地壳中含量很少的一类金属元素。
由于其化学特性的多样性和特殊性，在众多领域中有着广泛的应用。
稀土金属制备工艺则是指利用各种合成化学方法，从原料中提取出所需的稀土金属元素，并制备成可应用的稀土金属合金。
本文将介绍稀土金属及合金制备工艺的研究现状与应用领域。
二、稀土金属的特性与制备工艺稀土金属具有一些独特的特性，如：良好的稳定性、卓越的催化性能、磁性、光电性能以及特殊的电学性能等等。
由于其特殊性，稀土金属被广泛应用于多个领域，如冶金、催化、电子、能源等。
稀土金属的制备过程通常通过以下几个步骤：提取原料、分离稀土金属元素、精细合成等。
1.1提取原料稀土金属的提取过程是非常重要的一个步骤。
通常情况下，稀土金属由稀土矿石和废旧催化剂等原料提取。
稀土矿石矿床储量较大，其中包括了多种稀土金属元素。
催化剂中含有的稀土金属则来自工业生产中的不同过程。
通过提取各类原料中的稀土金属元素，得到的原料经过大量的处理可以用于稀土金属的制备。
1.2分离稀土金属元素稀土金属的分离工作主要是基于其化学性质，将不同的稀土金属元素分离后，进行缩合反应和分离，最终得到相应稀土金属。
1.3精细合成精细合成是指通过物理化学手段，将提取的稀土金属元素与其他元素合成成稀土金属材料。
在此过程中，控制合成条件和合成过程中材料微观结构和化学状态的变化，对提高稀土合金材料的性能有着重要意义。
通常情况下，精细合成的方法包括冶金、熔盐电解、热化学还原等。
三、稀土合金的应用领域稀土金属合金由于其多种特殊的物理、化学特性，已经被广泛应用于许多领域，如环保、能源、电子、医疗、冶金等等。
3.1稀土合金在环保领域的应用稀土材料在环保领域有着广泛应用，例如使用稀土材料作为有机催化剂可以有效的促进氧化还原反应，使用稀土催化剂对污染气体进行处理，降低空气污染程度等。
此外，一些稀土元素也可以被应用于储能系统、太阳能电池等，从而达到又不损失能量的环保目的。
稀土在低合金及合金钢中的应用
稀土在低合金及合金钢中的应用
稀土是指存在于地球上地壳中的17种稀有金属元素，具有良好的物理化学性质和广泛的应用前景。
在低合金及合金钢中，稀土可以通过形成包括稀土元素的化合物和合金来提高钢材的性能。
首先，稀土在低合金钢中的应用主要是通过添加钕、铈、镧等稀土元素来提高其耐磨性和耐蚀性。
这是因为稀土元素可以与钢中的碳、硅等元素形成坚硬且耐腐蚀的氧化物和硫化物，从而提高钢材的抗磨性和耐蚀性。
同时，稀土还可以防止钢材的氢脆现象，提高其韧性和塑性。
稀土添加量通常在0.01-0.05%之间。
其次，稀土还可以通过改善低合金及合金钢的组织和晶界来提高其性能。
稀土元素在钢的熔炼过程中可以与非金属夹杂物结合，形成易于被热处理和机械加工的粗大晶粒，从而降低了钢材的碳化物析出速率和脆性，提高了韧性和塑性。
此外，稀土还可以通过提高钢材的耐高温性能来应用于高温合金钢中。
稀土元素可以与钢中的铬、钼等元素形成高温稳定的化合物，从而提高钢材的抗烧蚀、耐氧化、耐氧化还原性和高温强度。
总而言之，稀土在低合金及合金钢中的应用是多方面的，其通过改善钢材的结构和组织、提高其抗磨性、耐蚀性、耐高温性能等方面来提高钢材的性能，有着广泛的应用前景。
稀土在铝、铜、镁合金中的作用与应用
稀 土 ，合 金 的 流 动 性 可 提 高 ８ ， 合 金 中 气 体 含 量 ０
维普资讯
《 Ｊ－ 铝 ｊ ｒ》 ￣
综 述 评 论
２ ０ Ｖｏ ． ５． ９ ０ ２． １２ Ｎ ４
稀 土 在 铝 、 、 合 金 中 的 作 用 与 应 用 铜 镁
宋 永 安 王 嘉 欣
（． 庆 有 色 金 属 研 究 所 ． 重 庆 Ｉ重 ４ ０ ３ ； ． 林 麦 达 斯 铝 业 公 司 ．吉 林 辽 源 Ｉ６ ０ ） ００９ ２吉 ３ ２ ０
在高 新技 术 、 防 、 子 、 力 、 讯 、 器 仪 表 、 国 电 电 通 仪 交
通运输、 工 、 轻 日用五 金 、 筑装 饰 等 各 行 各 业 都 获 建 得 了广 泛 的应 用 。随着 技 术 的发 展 ，对 这些 合 金 性 能 的要 求也 愈 来愈 高 。镁合 金 在 我 国的 应 用刚 开 始 起步 ， 由于 镁合 金 密度 小 、 量轻 、 重 比强 度高 ，而 且
（ ． ｏ ｇ ｉ ｇＮｏ ｆｒ ｏ ｓＭｅａｓＲｅ ｅ ｒ ｈＩ ｓｉｕ ｅ ２ ＪｌｎＭＲＤＡＳ Ｃ ．， ｄ， ｉ ｎＬ ａ ｙ ａ ３ ２ ０ １ Ｃｈ ｎ ｑｎ ｎ ｅ ｒ ｕ ｔｌ ｓａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ ； ． ｉ ｉ ｏ Ｌｔ Ｊｌ ｉｏ ｕ ｎ １ ６ ０ ） ｉ
关 键 词 ：稀土 ；铝 台 金 ；铜 台 金 ；镁 合 金 ；作 用 与 应 用
Ｅｆ ｅｃｔｏｆ Ｒ ａｒ ａｒ ｈ ｎ １ Ｃ ｕ ｆ ｅＥ ｔ ｉ Ａ ， ａｎｄ Ｍ ｇ Ａ ｌ ｏｙｓ ｌ ａｎｄ Ｉ ｓ Ａ ｐｐｌ ｃ ｉ ｔ ｉ ａｔ ｏｎ
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％)。
稀土的应用及运用范围
稀土的应用及运用范围稀土元素是指在地壳中含量极少的一组元素，它们共同具备高度的磁性、发光性以及化学活性。
稀土元素所具备的这些独特性质，决定了它们在现代工业、科技、医药等领域的应用受到了广泛的关注与重视。
稀土元素已成为现代化工业的基石，下面我们就对稀土元素的应用及运用范围进行详细的说一下。
1. 稀土材料稀土元素可以制备出多种稀土材料。
其中，稀土永磁材料的应用是最为广泛的。
这种材料硬度高、磁性强，能够存储大量的磁能，被广泛应用于电机、计算机硬盘马达、汽车喇叭等领域。
除了永磁材料外，稀土还可以制备出多种红外吸收材料、发光材料、晶闸管控制材料、高温超导材料等。
这些材料具备了许多独特的物理、化学性质，能够被广泛应用于各种领域。
2. 稀土金属稀土元素可以用于制备纯度高的稀土金属。
这种金属在各类电子设备的零部件中有着十分广泛的应用，例如计算机硬盘马达、电视机图像管、移动电话震动马达、微型电机等。
稀土金属也被用于制造特种合金、电焊条、钎料、热敏电阻、玻璃、陶瓷等产品。
3. 稀土催化剂现代工业生产中，催化剂的应用几乎涵盖了所有的领域。
稀土中的一些元素被广泛应用于配制催化剂，特别是在石油化工行业中。
稀土催化剂具有反应效率高、选择性强、寿命长等优点，对提高工业产品的质量以及生产效率具有重要的作用。
4. 稀土医药稀土元素的应用也拓展到了医药领域。
近年来，对稀土元素在医药领域的应用进行了深入的研究。
其中，常用的稀土元素有钆、镧、铕、铥等。
这些元素可以用于制备核医学产品、MRI的造影剂、动脉造影剂等。
稀土元素在治疗某些疾病时还具有较好的药效。
5. 稀土光电稀土元素在光电领域中的应用也十分广泛。
稀土元素可以用于制备发光材料、激光材料、红外吸收制冷剂、X射线像素等。
这些产品在摄影、照明、通讯等领域中有着广泛的应用。
综上所述，稀土元素在现代工业、科技、医药等领域中的应用范围广泛，且随着科技的发展，稀土元素的应用也将不断地拓展。
此外，稀土资源的保护与开发问题也受到了广泛的关注。
稀土金属的用途
稀土金属的用途
稀土金属是指在地壳中含量极少的17种金属元素的总称。
它们具有独特的物理、化学和磁学性质，广泛应用于现代技术和工业领域。
以下是稀土金属的具体用途：
1. 稀土永磁材料
稀土永磁材料是稀土金属最主要的应用之一。
它们具有高磁能积、高矫顽力、高抗腐蚀性和耐高温等特点，在电子、通讯、汽车、医疗器械等行业中得到广泛应用。
2. 新能源材料
稀土金属在新能源材料领域也有着广泛应用。
稀土元素可以用于制造太阳能电池、风力发电机、燃料电池等产品，提高其能量转换效率。
3. 光电显示材料
稀土金属是制造彩色显示器的重要原材料。
它们可以用于制造荧光粉、光纤、激光等，提高显示屏的颜色饱和度和亮度。
4. 稀土金属催化剂
稀土金属可以作为催化剂用于化学反应中，如汽车尾气净化、石油炼制、化学合成等。
稀土金属催化剂可以提高反应效率，降低能源消耗和污染排放。
5. 稀土光源
稀土金属可以用于制造LED照明灯、荧光灯等光源产品。
稀土光源具有高效、长寿命、色彩丰富、环保等优点，是未来照明市场的主流。
6. 稀土医药
稀土金属在医药领域中也有广泛应用。
稀土元素可以用于制造医用激光、核医学药物、诊断试剂等，提高医疗技术水平和治疗效果。
7. 稀土冶金
稀土金属在冶金领域中也有重要应用。
稀土元素可以用于炼钢、铸造、电解铝、镁合金等方面，提高金属材料的强度、延展性和耐腐蚀性。
稀土金属在现代工业和科技领域中扮演着重要角色。
稀土元素的应用范围越来越广泛，为人类社会的发展和进步做出了重要贡献。
稀土 合金材料
稀土合金材料
稀土合金材料是指由稀土元素与其他金属元素合金化而成的材料。
稀土元素是指周期表中的镧系元素和钇系元素，具有特殊的电子结构和独特的物理化学性质，因此在合金中起着重要的作用。
稀土合金材料具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
稀土合金材料具有优异的磁性能。
稀土元素中的铕、钆、铽等元素具有较高的磁矩，可以使合金具有较高的磁导率和磁饱和磁感应强度。
因此，稀土合金材料广泛应用于电子元器件、磁记录材料和电动机等领域。
稀土合金材料具有良好的耐腐蚀性能。
稀土元素具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，可以增强合金的耐腐蚀性能。
例如，镧系元素能够形成致密的氧化膜，阻止金属基体进一步被腐蚀。
因此，稀土合金材料被广泛应用于化工、航空航天等领域，用于制造耐腐蚀设备和零件。
稀土合金材料还具有良好的热稳定性和高温强度。
稀土元素的独特结构和晶格调控能力使稀土合金材料具有较高的热稳定性和抗高温氧化性能。
稀土合金材料可以在高温下保持较高的强度和硬度，因此被广泛应用于航空航天、能源等领域，用于制造高温结构件和耐高温设备。
稀土合金材料还具有良好的光学性能和电学性能。
稀土元素具有丰
富的能级结构和特殊的电子跃迁行为，因此稀土合金材料具有特殊的光学性质。
稀土合金材料还具有良好的电学性能，可以用于制造电子元器件和光电器件。
总的来说，稀土合金材料具有独特的物理化学性质和优异的性能，在许多领域都有重要应用。
然而，由于稀土元素的稀缺性和开采难度高，稀土合金材料的生产成本较高。
因此，如何提高稀土资源的利用效率，开发替代稀土元素的合金材料，是当前稀土合金材料研究的重点之一。
(整理)惰性电极材料的发展趋势及应用前景
惰性电极材料国内外研究现状和发展趋势一、惰性电极材料国内外研究现状1、铅和铅基合金电极铅及铅基合金电极是广泛用于硫酸及硫酸盐介质、中性介质和铬酸盐介质中的不溶性阳极。
铅阳极具有价格便宜、容易成形、表面氧化物即使破损也能自行修复、在硫酸电解液中操作稳定等优点，所以当湿法炼锌技术开始工业生产时，人们自然地选用金属铅作为电积锌不溶阳极的材质。
但长期生产实践发现铅阳极具有致命缺点：（1）铅阳极重量大、强度低，在使用中易发生弯曲变形，造成短路，降低电流效率。
（2）铅阳极导电性能不够好，电能消耗比较大。
随着国民经济的不断发展，对金属锌的质量要求越来越高，但我国大部分电解锌工厂很难生产纯度高的一级锌，在高温季节时，甚至生产二级锌也难保证。
主要问题是锌中含铅量偏高。
如果电解液中存在氯离子，Cl-可能取代PbO2晶格中的氧离子，引起晶粒间的破坏，造成铅阳极被氯离子严重腐蚀。
因此，逐渐被铅银合金阳极所取代。
基于纯铅阳极的以上缺点，很久以前就开始研究用铅合金代替纯铅。
不论是任何一种合金添加元素，其目的都是为了提高阳极的电化学催化性能和耐腐蚀性能以及合金的机械强度。
前人曾对Ag、Ca、Ba、Sr、Sn、Mn、Co、Tl、Bi、Se、Te、As等众多的金属及非金属与铅形成的合金用作酸性溶液中的析氧阳极进行了大量的研究，获取了大量的基本数据。
1.1 铅银合金Tainton以及bey分别在1929年和1936年发表了用铅银合金阳极代替纯铅阳极，一系列研究和实践证明，铅-银合金具有最优越的性能。
银是析氧反应的催化剂，作为合金元素，少量（1%左右）银的加入使制得的惰性阳极可以降低氧的析出超电位，与纯铅相比，超电位可降低200mV以上，而且，银的加入使生成的二氧化铅膜致密，较耐腐蚀。
虽然铅银合金阳极比纯铅阳极性能要优越得多，但其析氧电位仍然很高，由于银会因氧化腐蚀而溶解，进入溶液中的银离子会使铅银阳极比纯铅阳极电积时的电流效率低、电能消耗较大，另外，Pb仍能进入电积锌中。
稀土应用于电化学储能的研究进展
稀土应用于电化学储能的研究进展刘肖燕;李欣茹;李和兴【摘要】储能是实现清洁能源替代传统化石能源的关键,其核心是开发高效储能材料,其中稀土材料由于独特的电子结构,在电化学储能各领域显示出了巨大应用的前景.主要综述了稀土在铅酸蓄电池、镍氢电池、固体氧化物燃料电池(SOFC)、锂离子电池、超级电容器和锂硫电池中的研究和应用现状,期望发展系统功能材料合成和组装技术,拓展其在未来储能中的应用.%The exploration of energy storage materials has been accompanied by the development of rare earth materials and their applications.Rare earth materials are widely used in various fields of electrochemical energy storage.In this paper,we review the latest applications of rare earth materials in lead-acid batteries,nickel-metal hydride batteries,solid oxide fuel cells,lithium-ion batteries,super capacitors,and lithium-sulfur batteries.Also,the important role of rare earth materials in electrochemical energy storage is introducedhere.Hopefully,rare earth materials will have a wider application prospect and brighter future in energy storage.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(046)006【总页数】11页(P769-779)【关键词】稀土材料;新能源;电化学储能【作者】刘肖燕;李欣茹;李和兴【作者单位】上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;美国加州大学洛杉矶分校化学与生物分子工程学院,洛杉矶90095;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234【正文语种】中文【中图分类】O646.21能源是社会的粮食,国民经济发展的基石.大力开发绿色可再生能源,是解决人类社会和谐可持续发展的首要课题.而风能、水能、太阳能、潮汐能等绿色可再生能源都存在着地域限制、不连续、不稳定和不容易控制等问题.因此,实现能源的有效存储和利用成为可再生能源应用的关键.电化学储能是目前进步最快的储能技术之一,从最初的铅酸蓄电池到绿色的镍氢电池、燃料电池、锂离子电池、超级电容器、锂硫电池,电池的能量密度不断得到提高.稀土元素具有特殊的4f5d电子结构,其配位数的可变性(6～12)决定了它们具有某种“后备化学键”或“剩余原子价”的作用.因此,稀土功能材料和稀土掺杂在电化学储能领域得到广泛的应用[1-2].本文作者综述了稀土材料在电化学储能方面应用的研究进展.稀土在铅蓄电池中主要应用于板柵材料.板柵是铅酸蓄电池的重要部件之一,主要采用铅基合金,包括铅锑合金和铅钙合金来制备.但是传统的铅基合金板柵存在容易形成导电性差的钝化膜、析氢/氧过电位较低、抗蠕变性能和深放电循环性能较差等问题.在铅基合金中添加稀土元素可以起到减小钝化膜电阻、提高析氢/氧过电位、改善合金力学性能及抗腐蚀性能的作用.Chen等[3]制备了La掺杂的Pb-Ca-Sn-Al合金,并对不同La的掺杂量对电池性能的影响进行了研究.研究表明,La的添加量为0.01%、0.03% 和0.10%(质量分数)时,可以有效细化Pb-Ca-Sn-Al合金晶粒,抑制Pb(II)氧化物的生长,同时促进PbO2的生长,提高钝化膜的导电性,从而减少铅酸蓄电池早期的容量衰减,延长电池的寿命.仝明信等[4]研究表明,Ce的加入可使合金的抗拉伸强度增加10%,伸长率增加两倍,阳极腐蚀速率下降,析氢减少.由此可说明Ce的添加不但提高了合金的强度还能增加合金的塑性,同时提高了合金的耐腐蚀性能.Liu等[5]采用电化学方法对添加Ce的Pb-Ca-Sn合金进行研究,表明Ce的添加可以抑制阳极膜中高阻抗Pb(II)化合物的生长,降低腐蚀膜的阻抗,从而提高合金的抗腐蚀性能.另外,Sm[3]、Y[6]、Yb[7]、Nd[8]、Pr、Gd、Eu等[9]稀土金属元素添加的铅合金作为铅酸蓄电池的板栅材料也可以在一定程度上改善板柵的力学性能和耐腐蚀性能,提高蓄电池的电化学稳定性和寿命.稀土储氢合金作为镍氢电池的负极是其在电化学储能领域重要的应用之一.镍氢电池是一种新型绿色电池,与传统的镍镉电池相比,能量密度更高,更环保[10].稀土储氢合金主要有LaNi5型储氢合金(AB5型) 和 La-Mg-Ni系储氢合金(AB3型、A2B7型)两类.为了进一步提高镍氢电池的电化学性能,研究者对负极稀土储氢合金的改进主要包括合金多元化、合金表面处理和添加功能性添加剂三种途径.合金多元化是提高储氢合金电极性能的基本途径,包括优化A侧稀土元素组成和调节B侧元素取代两种方法.单相LaNi5合金的结构是CaCu5六方型,氧化物的稳定性和晶胞体积大小与体内间隙尺寸大小有关,降低氢化物的稳定性会提高相转变的速度,合金多元化后仍保持CaCu5型单相结构,但晶胞参数和间隙大小会有变化.Adzic等[11]对不同La和Ce比例的La1-xCexB5合金材料进行了研究,结果表明,当x>0.2时,随着Ce含量的增加,合金的单胞体积下降,造成电池容量的衰减.同时,Ce在合金表面可以形成氧化膜,减缓充放电过程中合金的腐蚀.Wang等[12]研究了(La1-xDyx)0.8Mg0.2Ni3.4Al0.1合金中加入Dy对其结构和电化学性能的影响.结果表明,微量的Dy的加入可以提高(Lax,Mg1-x)2Ni7相的含量,从而提高电极的储氢容量.如图1所示,当x为0.05时,电极的最高放电比容量可达到390.2mA·h·g-1,在300 mA·g-1电流密度下循环100次后容量保持率为82.7%.Liao等[13]系统研究了AB3型合金La2Mg(Ni1-xCox)9 (x=0.1～0.5)中Co含量对合金电化学性能的影响.Co含量的增加可以减小合金吸放氢过程中的体积变化,抑制合金的粉化,提高电化学容量和循环稳定性.对稀土系储氢合金进行表面修饰可以改善合金表面的导电性、电催化活性及耐腐蚀性,目前常见的合金表面修饰的方法主要有化学镀、电化学镀、真空蒸镀、机械化处理合金、酸碱处理、氟化处理、氢化处理等.在合金的表面包覆一层金属膜,可以起到增加导电性、增强合金抗粉化和抗氧化能力的作用.南俊民等[14]在酸性条件下对AB5型储氢合金进行了表面化学镀铜,通过控制处理液中铜的含量和pH值可以调节铜的包覆量和包覆速度,从而提高电极的初期放电容量.同时,铜的包覆也提高了电极的放电电压.熊义辉等[15]设计了一种专用的电镀装置,电化学方法处理可以获得均匀的Cu镀层,对合金电极的循环稳定性和电化学容量有良好的作用.同时,电化学镀Cu的方法也比化学法更容易控制,废液排放少.吴锋等[16]采用真空蒸镀的方法分别对储氢合金进行了镀铜和镀银的处理.研究表明,修饰后的电极内阻均可降低约30%,在5 C倍率下放电容量可提高约200 mA·h·g-1,放电平台电压提高了0.10 V.Ikeya等[17]通过机械球磨的方法在MmNi3.5Al0.7Co0.8(Mm为混合稀土,如:La、Ce、Nd、Pr等)合金的表面包覆了一层金属(Co、Ni或Cu),包覆层金属与合金颗粒之间结合紧密.包覆Co的MH-Co 电极循环稳定性大大提高(MH为储氢合金),500次循环后的放电比容量仅下降10%,而未处理的MH合金则下降了50%.采用具有腐蚀性的酸或碱对合金进行处理,改变其表面的结构和组份,可以显著改善电极的活化性能及倍率放电性能.陈立新等[18]采用不同pH值的缓冲溶液对Mm(NiCoMnAl)5合金进行表面改性,pH值为4.5的缓冲溶液浸渍处理2 h可以有效提高合金的活化性能、初始放电容量和循环稳定性,但对高倍率下的放电性能改善不明显.苏小笛等[19]研究了有机酸处理的合金表面,处理后形成催化活性较高的富Ni、Co层,增加合金比表面积,这使合金在碱液中的抗腐蚀性能和电化学反应速度得到提高.张玉洁等[20]通过电化学方法研究了储氢合金MmNi3.8Co0.75Mn0.4Al0.2在6 mol KOH及6 mol KOH+KBH4混合液处理后的电化学性能.两种溶液的处理后合金颗粒分布均匀,表面变得粗糙,因此电催化活性增加.尤其加入还原剂KBH4的混合液处理后的合金电极,电化学性能更优.陈卫祥等[21]分别对热碱液中加入次亚磷酸钠、硼氢化钾、次磷酸钠、氧化亚钴等还原剂对稀土储氢合金表面处理进行了研究,电极的放电比容量和稳定性均得到提高.另外,热碱处理储氢合金工艺简单、成本低廉.此外,采用氟化或氢化的方法对储氢合金进行表面改性,也可以显著改善电极的吸放氢催化活性,提高镍氢电池的性能[22].在储氢合金粉末中加入功能性的添加剂也是提高电极性能的一种有效途径.目前添加剂主要分为三类:金属单质、过渡金属氧化物和碳基材料.Feng等[23]分别在AB5型储氢合金中加入了金属Ni粉.研究表明,Ni粉的加入可以减小合金颗粒尺寸,提高电极的导电性和抗腐蚀性,因而电极的倍率放电性能和循环稳定性均得到提高.此外,金属Ag、MoCo3、MoNi3和WCo3合金[24]也被用作添加剂提高储氢合金电极的电化学性能.RuO2、Co3O4、V2O5等过渡金属氧化物对界面反应具有良好的催化作用,可以提高合金电极吸放氢的动力学性能.Zhang等[25]研究了不同过渡金属氧化物添加剂对La1.3CaMg0.7Ni9合金电化学性能的影响.研究发现,部分过渡金属氧化物具有良好的催化活性,添加的TiO2、Cr2O3及ZnO与合金相互作用,不仅降低了电极的电荷转移阻抗还促进了H2的吸放,因此电池的性能得到显著提高.石墨、乙炔黑及碳纳米管碳基材料[26]等可以增加合金电极的导电性,提高储氢负极合金的比表面积,改善催化活性,从而提高镍氢电池的放电比容量和循环性能.除了作为镍氢电池的负极储氢合金,稀土元素在制备高性能的镍氢电池正极材料中也有广泛的应用.镍氢电池正极材料的活性物质为氢氧化镍,是一种P型半导体,电子和离子传导率都较低,导致充放电过程中部分活性物质无法参与反应,进而导致正极容量的损失.通过化学掺杂或者物理性的添加和包覆稀土材料可以明显改善正极的电化学性能.研究者制备出Y元素掺杂或者Y与其他金属共掺杂的Ni(OH)2正极材料[27-28],实验证明,掺杂氢氧化镍表面电阻降低,晶体缺陷扩大,可以抑制析氧副反应,提高电极的电子离子导电率.类似的,La、Sr、Nd、Ce、Lu等其他稀土元素掺杂的氢氧化镍正极材料也表现出较优异的电化学性能[29].此外,稀土氧化物或者氢氧化物直接添加或者包覆在Ni(OH)2中也可以改善电极的导电性,提高析氧过电位. 燃料电池是一种将燃料内的化学能直接转化为电能的装置,按照电解质的不同可以分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC).稀土作为一类具有特殊功能的材料,在SOFC、MCFC、PEMFC等燃料电池中均有一定的应用,其中在SOFC中的应用最为广泛.本文作者重点介绍稀土元素在SOFC中的应用. SOFC通过燃料与氧化剂气体通过离子导电氧化物形成的电化学反应将化学能转换为电能,其组成部分包括电解质、阴极、阳极和连接体.电解质是SOFC的核心组成部分,其主要功能是传导离子.稀土元素可作为电解质的主体或者掺杂部分应用于SOFC,主要应用于 ZrO2基、CeO2基和LaGaO3钙钛矿基等几类电解质.在ZrO2系电解质中,稀土元素主要用于ZrO2的掺杂,以提高电解质的导电率和稳定性,已报道的掺杂稀土元素包括:Y、Dy、Sc、Yb、Gd、Sm等[30].其中Sc掺杂可以获得较高的离子电导率.Badwal等[31]制备了摩尔分数为17% Sc2O3掺杂的ZrO2电解质(ScSZ表示Sc2O3-ZrO2),其离子电导率可达0.12 S·cm-1.但是,ScSZ 长期在高温下工作时容易老化,且Sc的成本较高,限制了其应用.Y掺杂的氧化锆(YSZ)离子电导率较高、电子电导率低、稳定性好、机械强度高是目前应用最为广泛的电解质.Zhao等[32]制备了摩尔分数为8% Y2O3掺杂的ZrO2,在800 ℃下离子电导率可达到0.05 S·cm-1.Y的掺杂使材料在低温下形成稳定的萤石结构,提高了氧离子空位浓度和间隙阳离子浓度,提高氧离子的电导率.纯的CeO2基电解质的离子电导率较低,但是其相对于阴极材料的化学稳定性高于掺杂的氧化锆电解质.掺杂稀土元素(如:La、Gd、Sm、Y等)可以提高电解质的离子导电性,其中,Y掺杂的CeO2表现出较高的电导率.Steele等[33]研究了不同稀土元素掺杂的CeO2电解质,其电导率如表1所示,可看出Y掺杂的电解质在不同温度下均表现出较高的电导率.Liu等[34]制备了YSZ/Gd掺杂CeO2(GDC)复合的电解质,Gd的掺杂可以提高GDC电解质的离子电导率,同时,薄层YSZ的引入是为了保护GDC电解质不被还原,防止电子导电.另外一类与稀土元素密切相关的电解质是以掺杂LaGaO3为典型代表的钙钛矿系.Ishihara等[35]研究了不同稀土离子掺杂的LaGaO3的离子导电率,研究表明(La0.9Nd0.1)0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ的氧离子导电率可以达到0.5 S·cm-1.Majewski等[36]报道了 Mg、Sr双掺杂的LaGaO3,扩大了晶格,进一步增大氧离子电导率.Sr和Mg共掺杂LaGaO3(LSGM)的氧离子电导率高于典型的YSZ和掺杂氧化铈,是最有潜力的SOFC电解质材料之一[37].SOFC的阴极材料主要是钙钛矿型的ABO3材料,其中A=La、Sr,Gd等稀土元素,B=Mn、Fe、Co、Ni等过渡金属元素.稀土掺杂的LaMnO3是传统的阴极材料,掺杂可以提高材料的电导率,同时影响材料的膨胀系数等,改善其电化学性能[38].但是这类材料在高温下的离子导电性较差,且随电池操作温度的降低,阴极极化严重.Inagaki等[39]高温热解制备了La0.6Sr0.4CoO3-δ阴极材料,与传统LaMnO3材料相比,离子导电率和催化活性均得到提高,在300 mA·cm-2的电流密度下,阴极极化仅为25 mV.Lee等[40]对不同掺杂量的Nd1-xSrxCoO3-d(0<x<0.5)进行了研究,材料的电导率随x的增大而增大,在x=0.4时达到最大值.此外,La1-xSrxCo0.2Fe0.8O3-δ(x=0.2～0.4)、La1-ySryNi1-xFexO3-δ、Nd0.7Sr0.3Fe1-xCoxO3-δ(0≤x≤0.8)等[41-42]双掺杂的阴极材料也得到较广泛的研究,电导率和催化活性都得到一定程度的提高.SOFC中阳极是燃料气和从电解质中迁移过来的氧离子的反应场所,因而需要满足对燃料气具有良好的氧化催化活性、良好的电子导电性及多孔、耐高温等要求.稀土掺杂氧化物作为支撑与Ni复合的金属陶瓷是一种常用的阳极材料,比如Ni-YSZ、Ni-Cu-YSZ、Ni-Y2O3-ZrO2-TiO2等[43-44].其中,稀土的添加可以限制Ni金属的增长和团聚,保持阳极的多孔性,同时提高阳极材料的氧离子导电性.掺杂CeO2(DCO)做支撑的Ni-DCO材料表现出较好的催化活性和稳定性,已经被广泛应用在中低温SOFC中[45].此外,钙钛矿型的导电陶瓷,如La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3等,也表现出较稳定的电化学性能[46].SOFC的连接体主要起到导电、导热、隔开阴极的氧化气和阳极的燃料气的作用,因此需要较高电子电导率、低离子电导率、高稳定性和热导率.目前研究较多的是掺杂的LaCrO3、掺杂YCrO3陶瓷和金属合金.掺杂LaCrO3和掺杂YCrO3的SOFC耐高温,在强氧化和强还原气氛中均稳定,电子电导率较高,与电池其他组元相容性好.但不易烧结,造成加工困难,还会发生镉蒸气挥发毒化,导电性下降等问题[47-48].金属合金连接材料具有较高的电导率、导热性等优点,但是也更容易被腐蚀和氧化.因此,稀土离子及稀土氧化物也常用于金属合金的掺杂来降低成本和提高其抗氧化性、抗腐蚀性[49].随着能源存储和利用需求的日益增长,锂离子电池因其高能量密度、可循环利用、无记忆效应、适用温度宽等优点已被广泛应用于电子产品、电动车、航空航天、国防军事等各个领域.锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液等部分组成,其中稀土材料的应用主要集中在正极材料中.目前锂离子电池的正极材料主要有层状结构的钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFePO4)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4)以及层状三元材料(LiNixCoyMnzO2)等.这些正极材料均存在制备时易团聚、充放过程中锂离子脱嵌受阻、结构易变形等问题.采用微量La3+、Ce4+、Y3+、Sc3+、Gd3+、Tm3+、Ho3+、Lu3+等稀土离子对锂离子电池的正极材料进行掺杂可以增加材料的晶胞体积、使材料形成均一的颗粒、改善锂离子的扩散条件,从而提高电池的容量和循环稳定性[50-51].Ghosh等[52]制备了不同La3+掺杂量的LiCo1-xLaxO2,研究表明随着掺杂量的增加,晶胞体积不断增大,正极材料的结构得到稳定.摩尔分数为5.0%掺杂的材料容量保持率比未掺杂材料提高了10倍.Zhao等[53]通过固态法制备了LiFe1-xNdxPO4/C (x=0～0.08)正极材料,晶体结构未发生变化(图2a),包覆碳后的LiFe0.4Nd0.6PO4/C在0.2 C时放电比容量为165 mA·h·g-1,循环100次后的容量保持率可达 92.8%,稳定性良好(图2b).稀土离子掺杂的层状三元材料LiNixCoyMnzO2也可以有效降低阳离子的混排程度,增加晶体结构稳定性、降低电荷转移阻抗.Zhong等[54-55]分别制备了Ce、Y掺杂的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2,该正极材料的层状结构得到稳定,电化学性能也得到提高. 除了采用掺杂技术以外,采用稀土元素氧化物、氟化物等对正极材料进行表面包覆可以有效限制活性物质直接与电解液接触,进而防止活性物质流失,提高电极材料与电解液界面的稳定性.Sivakumar等[56]制备了2%(质量分数) CeO2包覆的LiFePO4材料,增强了材料的离子和电子导电性,提高电极的倍率放电性能.类似的,La2O3、SrO/Li2O/La2O3/Ta2O5/TiO2等稀土氧化物应用于LiCoO2正极材料,电极电化学性能也得到一定程度提高.此外,研究证明YF3、LaF3等[57-58]包覆的LiNixCoyMnzO2材料离子电子导电性得到提高,促进了电荷转移,因此电极的比容量和倍率性能均得到提高.同时,稀土化合物YPO4的包覆还有利于电极形成稳定的SEI膜,以提高电极的稳定性,延长电池使用寿命[59].超级电容器是一种常见的电化学储能体系,具有功率密度大、循环寿命长、适用温度宽等优点.稀土元素作为掺杂离子及作为赝电容的活性材料,在超级电容器领域也有一定的应用.Xu等[60]采用共沉淀的方法制备了Yb掺杂的α-Ni(OH)2,在0.2 C电流密度下,放电比容量为295.1 mA·h·g-1,比未掺杂材料高出60 mA·h·g-1.Lv等[61]设计制备了一种Er掺杂的新型电容器材料Er@TiO2,明显提高了TiO2的放电容量.CeO2本身也可以作为一种电容器的电极材料来进行储能[62],通常研究者将其与石墨烯复合来提高其导电性[63].Ji等[64]用水热法制备CeO2/RGO作为电容器电极材料,放电比容量为265 F·g-1且循环稳定性良好.此外,研究者还将CeO2与其他赝电容电极材料复合制备成具有一定纳米结构的复合电极,在充放电过程中协同作用,提高复合材料的电容量和稳定性[65-66].锂硫电池理论比容量高达1 672 mA·h·g-1,是传统锂离子电池的10倍,因此,近年来吸引了大量的关注.将稀土材料应用于硫电极,利用稀土金属离子与硫阴离子之间的作用来抑制多硫化锂在正负极之间的穿梭,提高电池的性能.Sun等[67]将La2O3修饰的碳材料作为硫电极的基体,既增加了电极导电性,又可有效控制硫阴离子.如图3所示,该电极在不同倍率下的容量和循环稳定性均有提高,其中1 C下比容量为1 043 mA·h·g-1,循环100次后仍能保持在799 mA·h·g-1.Li等[68]也将Ce掺杂的碳材料作为基体进行了锂硫电池的组装,同样起到提高比容量和稳定性的效果.CeO2、Y2O3等[69-70]稀土金属氧化物修饰的碳材料被直接用作硫电极的基体或者修饰锂硫电池的隔膜,都对电池性能有显著的提高.随着新能源的不断开发,电化学储能系统也不断更新和进步,新型的储能系统和储能材料也层出不穷.稀土材料作为一类具有特殊功能的材料始终伴随着储能的发展,在铅酸蓄电池的板柵材料、镍氢电池的负极储氢合金、正极添加剂,燃料电池的电解质、阴极、阳极,锂离子电池正极材料、超级电容器、锂硫电池中具有广泛的应用.稀土合金、稀土离子或者稀土化合物的引入,对储能材料的结构、性质及电化学性能都有显著的影响.但是,由于稀土材料本身价格较高,在未来研究中如何降低材料的成本也是研究的重点之一.因此,通过精确掌握稀土离子或者化合物的作用机理,通过微量的掺杂或者添加,对储能材料进行显著改性,具有重要意义.通过最大化利用稀土材料的优势,降低成本,使其在未来储能领域及产业化方面的应用前景更加广阔.【相关文献】[1] 陈昆峰,李宫,梁晰童,等.稀土改性电化学储能电极材料的研究进展 [J].硅酸盐学报,2016,44(8):1241-1247.Chen K F,Li G,Liang X T,et al.Rare earth element ion modified electrochemical energy storage electrode materials-a short review [J].Journal of the Chinese Ceramic Society,2016,44(8):1241-1247.[2] 闫慧忠.稀土在化学电源中的应用 [C].稀土产业论坛专家报告集,中国包头:中国稀土学会,2011. Yan H Z.The application of rare earth materials in electrochemical power source [C].Rare Earth Industry BBS Report,Baotou:Chinese Society of Rare Earth,2011.[3] Chen H Y,Li S,Li A J,et al.Lead-samarium alloys for positive grids of valve-regulated lead-acid batteries [J].Journal of Power Sources,2007,168(1):79-89.[4] 仝明信,林冠发.稀土铅基板栅材料的性能研究 [J].理化检验(物理分册),2006,42(02):60-62,71. Tong M X,Lin G F.The study of the properties of the lead-based grid materials with rare earth additive [J].Ptca (part:A phys test),2006,42(02):60-62,71.[5] Liu H T,Yang J,Liang H H,et al.Effect of cerium on the anodic corrosion of Pb-Ca-Sn alloy in sulfuric acid solution [J].Journal of Power Sources,2001,93(1):230-233.[6] 魏杰,王东田,栾中华,等.Addition of Ce as additive to Pb-Ca-Sn-Al grid alloy for lead acid battery [J].Journal of Harbin Institute of Technology,2003,10(1):28-30.Wei J,Wang D T,Luan Z H,et al.Addition of Ce as additive to Pb-Ca-Sn-Al grid alloy for lead acid battery [J].Journal of Harbin Institute of Technology,2003,10(1):28-30.[7] Li D G,Wang J D,Chen D R.Influence of ytterbium on the electrochemical property of PbCaSn alloy in sulfuric acid solution [J].Journal of Power Sources,2012,210:163-171. [8] 杨春晓,王会锋,马敏,等.铅-镱合金在硫酸溶液中的阳极行为 [J].复旦学报(自然科学版),2005,44(6):1023-1027,1032.Yang Ch X,Wang H F,Ma M.Anodic behavior of Lead-Ytterbium alloy in sulfuric acid solution [J].Journal of Fudan University(Natural Science),2005,44(6):1023-1027,1032.[9] Liu H T,Zhang X H,Zhou Y B,et al.The anodic films on lead alloys containing rare-earth elements as positive grids in lead acid battery [J].Materials Letters,2003,57(29):4597-4600.[10] 张怀伟,郑鑫遥,刘洋,等.稀土元素在储氢材料中的应用进展 [J].中国稀土学报,2016,34(1):1-10. Zhang H W,Zheng X Y,Liu Y,et al.Application and development of rare earth-based hydrogen sstorage materials [J].Journal of the Chinese Socirty of Rare Earths,2016,34(1):1-10.[11] Adzic G D,Johnson J R,Reilly J J,et al.Cerium Content and Cycle Life of Multicomponent AB5 Hydride Electrodes [J].Journal of The ElectrochemicalSociety,1995,142(10):3429-3433.[12] Wang B,Chen Y,Liu Y.Structure and electrochemical properties of (La1-xDyx)0.8Mg0.2Ni3.4Al0.1 (x=0.0～0.20) hydrogen storage alloys [J].International Journal of Hydrogen Energy,2012,37(11):9082-9087.[13] Liao B,Lei Y Q,Chen L X,et al.Effect of Co substitution for Ni on the structural and electrochemical properties of La2Mg(Ni1-xCox)9 (x=0.1～0.5) hydrogen storage electrode alloys [J].Electrochimica Acta,2004,50(4):1057-1063.[14] 南俊民,杨勇,林祖赓.铜包覆AB5型金属氢化物电极的电化学性能研究 [J].电源技术,1998,22(5):6-9.Nan J M,Yang Y,Lin Z G.Investigations of electrochemical performance of copper-coated AB5 type metal hydride electrodes [J].Chinese Journal of Power Sources,1998,22(5):6-9. [15] 熊义辉,沈建荣,林根文,等.用电镀方法在贮氢合金粉末表面包覆铜的探索 [J].电源技术,1997,21(3):8-1,48.Xiong Y H,Shen J Y,Lin G W,et al.Method of plating Cu on surface of hydrogen-storage alloy powder [J].Chinese Journal of Power Sources,1997,21(3):8-10,48.[16] 吴锋,李汉军,杨凯.银对贮氢合金电极表面修饰的研究 [J].电池,2005,35(1):14-16.Wu F,Li H J,Yang K.Research on the surface modification of the MH electrode with silver [J].Battery bimothly,2005,35(1):14-16.[17] Ikeya T,Kumai K,Iwahori T.Mechanical process for enhancing metal hydride for the anode of a Ni-MH secondary battery [J].Journal of the ElectrochemicalSociety,1993,140(11):3082-3086.[18] 陈立新,徐建红,雷永泉.缓冲溶液浸渍处理对贮氢合金Mm(NiCoMnAl)5电化学性能的影响 [J].稀有金属材料与工程,2001,30(1):58-60.Chen L X,Xu J H,Lei Y Q.Effect of buffer solution surface treatment on electrochemical performances of Mm(NiCoMnAl)5 hydrogen storage alloy [J].Rare Metal Materials and Engineerng,2001,30(1):58-60.[19] 苏小笛,刘昭林,徐印,等.贮氢合金电极有机酸处理研究 [J].电池,1997,27(6):263-265,271.Su X D,Lin Z L,Xu Y,et al.Surfaee Treatment of Hydrogen storage alloy electrodeby organic Acids [J].Battery Bimothly,1997,27(6):263-26,271.[20] 张玉洁,杨猛,丁毅,等.表面处理对储氢合金电化学性能的影响研究 [J].表面技术,2008,37(4):9-11,17.Zhang Y J,Yang M,Ding Yi,et al.The effect of surface treatment on electrochemical performance of hydrogen storage alloy [J].Surface Technology,2008,37(4):9-11,17. [21] 陈卫祥.MH 电极表面化学还原处理正交实验 [J].电源技术,1998,22(5):16-18,39.Chen W X.Orthogonal experiment of chemical reducing treatment of MH electrode surface [J].Chinese Journal of Power Sources,1998,22(5):16-18,39.[22] 邓超,史鹏飞,张森,等.LaNi5型储氢合金表面修饰及其电化学性能研究 [J].无机化学学报,2005,21(3):446-450.Deng C,Shi P F,Zhang S,et al.Surface modification and prpperty sduty of LaNi5 Hydrogen storage alloy [J].Chinese Journal of Inorganic Chemistry,2005,21(3):46-450.[23] Feng H,Liu X,Tian X,et al.Electrochemical properties of theMm0.3Ml0.7Ni3.55Co0.75Mn0.4Al0.3 alloy mixed with Ni powder [J].International Journal of Hydrogen Energy,2009,34(4):1886-1889.[24] Liu J,Wang W H,Ye S H,et al.The chemical preparation of Mo(W)Co(Ni) and their influence on hydrogen storage electrode [J].Journal of Alloys andCompounds,1999,285(1):263-266.[25] Zhang P,Wei X,Liu Y,et al.Effects of metal oxides addition on the performance ofLa1.3CaMg0.7Ni9 hydrogen storage alloy [J].International Journal of Hydrogen Energy,2008,33(4):1304-1309.[26] Fernández P S,Filippín A N,Real S G,et al.Single walled carbon nanotubes as supports for metal hydride electrodes [J].International Journal of HydrogenEnergy,2010,35(11):5864-5868.[27] Ren J,Zhou Z,Gao X P,et al.Preparation of porous spherical α-Ni(OH)2 and enhancement of high-temperature electrochemical performances through yttrium addition [J].Electrochimica Acta,2006,52(3):1120-1126.[28] Zheng H Z,Zhu Y J,Lin X R,et al.The influence of Na2CO3 content and Ni2+ concentration on the physicochemical properties of nanometer Y-substituted nickel hydroxide [J].Materials Science and Engineering:B,2013,178(20):1365-1370.[29] 邢春晓,刘长久,吴华斌,等.复合掺杂Nd(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)非晶态Ni(OH)2电极活性材料的制备及其表征 [J].桂林工学院学报,2009,29(4):502-506.Xing C X,Liu C J,Wu H B.Preparation and characterization of electrode activity material Nd(III) and Zn(II) multiplex doped amorphous Ni(OH)2 [J].Journal of Guilin University of Technology,2009,29(4):502-506.[30] Shao Z,Tadé M O.Electrolyte materials for IT-SOFCs,intermediate-temperature solid oxide fuel cells:Materials and applications [M].Berlin:Springer,2016:15-57.[31] Badwal S P S,Ciacchi F T.Oxygen-ion conducting electrolyte materials for solid oxide。
稀土金属的用途
稀土金属的用途一、什么是稀土金属稀土金属是指在自然界中非常少见的17种元素，包括镧系元素和钪系元素。
它们具有独特的物理和化学性质，广泛应用于多个领域。
二、稀土金属的用途1. 磁性材料稀土金属是制造强磁性材料的重要原料。
例如，钕铁硼磁铁由氧化钕、氧化铁和氧化硼组成，具有高磁能积和高抗腐蚀性能。
这种材料广泛应用于电机、发电机、计算机硬盘驱动器等领域。
2. 光学玻璃稀土金属可以改变玻璃的光学特性，使其具有特定的吸收和发射光谱。
这种特性被广泛应用于太阳能电池板、荧光灯管、激光器等领域。
3. 催化剂稀土金属可以作为催化剂来加速化学反应。
例如，锆基催化剂可以将汽油中的硫去除，减少空气污染；三价铈可以将废气中的有害物质转化为无害物质。
4. 稀土永磁材料稀土金属可以制成永磁材料，具有高磁能积、高抗腐蚀性和高耐温性等特点。
这种材料广泛应用于电机、发电机、计算机硬盘驱动器等领域。
5. 电子产品稀土金属可以用于制造电子产品，例如荧光粉、LED灯珠和液晶显示器等。
这些产品具有高亮度、高对比度和低功耗等特点。
6. 新能源稀土金属在新能源领域中也有广泛的应用。
例如，钕铁硼磁铁可以用于制造风力发电机；三价铈可以作为核反应堆的控制棒材料。
7. 医药稀土金属还可以用于医药领域。
例如，镧系元素可以作为X线造影剂；铈系元素可以作为放射性同位素治疗癌症。
8. 环保稀土金属也被广泛应用于环保领域。
例如，镧系元素可以作为废水处理剂；三价铈可以将废气中的有害物质转化为无害物质。
三、稀土金属的市场前景稀土金属在现代工业中有着广泛的应用，随着经济的发展和科技的进步，其市场前景十分广阔。
据市场研究机构预测，未来几年内，稀土金属市场将保持高速增长。
其中，永磁材料、新能源和电子产品等领域将成为稀土金属需求增长最快的领域。
四、稀土金属产业的发展现状目前，中国是全球最大的稀土金属生产国。
然而，在过去几年中，由于环境污染和资源浪费等问题，中国政府开始限制对外出口并加强对该行业的监管。
稀土元素有什么应用
稀土元素有什么应用元素周期表中，第ⅢB族第6周期57号元素的位置上，包括从镧到镥15种元素，称为镧系元素。
镧系元素和钇称为稀土元素（广义的稀土也包括钪），这是18世纪沿用下来的名称，因为当时认为这些元素稀有，它们的氧化物既难溶又难熔，因而得名。
稀土元素性质相似，并在矿物中共生，难以分离。
稀土元素具有特殊的物质结构，因而具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，有着极为广泛的用途。
（1）结构材料在钢铁中加入适量稀土金属或稀土金属的化合物，可以使钢得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等等。
（2）磁性材料稀土金属可制成永磁材料，稀土永磁材料是本世纪60年代发展迅速的新型功能材料。
如SmCO5、Sm2CO17、Sm2Fe17Nx等磁性能优良的材料。
稀土金属能制成磁光存储记录材料，用于生产磁光盘等。
（3）发光材料稀土金属的氧化物可作发光材料，如彩色电视机显像管中使用的稀土荧光粉，使画面亮度和色彩的鲜艳度都提高许多。
金属卤化物发光材料能制成节能光源。
稀土金属还能制成固体激光材料、电致发光材料等，电致发光材料可用于大面积超薄型显示屏。
（4）贮氢材料用稀土金属制成的贮氢材料广泛用于高容量充电电池的电极。
（5）催化剂在石油化工中，稀土金属主要用于作催化活性高、寿命长的分子筛型的催化剂，可以用于石油裂化、合成橡胶等工业。
近来，科学家正致力于研究用稀土金属作为汽车尾气净化的催化剂。
（6）超导材料北京有色金属研究总院发明的“混合稀土-钡-铜-氧超导体”为高温超导体的研究和应用开拓了新的途径，荣获第23届国际发明展览会金奖。
（7）特种玻璃在石英光导纤维中掺入某些稀土金属，可大大增强光纤的传输能力。
在玻璃工业中，用稀土金属作澄清剂、着色剂，可以使玻璃长期保持良好的透明度。
玻璃中若加入某些稀土金属的氧化物可使玻璃染成黄绿色、紫红色、橙红色、粉红色等。
稀土金属化合物也常用于陶瓷的颜料。
（8）精密陶瓷在陶瓷电容器的材料中加入某些稀土金属，可提高电容器的稳定性、延长使用寿命。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有
色
金
属
N H N ; 2 1 1 H O )J 2 6 + P )
，N 5 K M . 3 3 K . " J ( Q "--#
稀土在铅基合金中的应用
李
"， 鑫!， 王 #， 涛!， 魏绪钧!， 徐秀芝!
（ 沈阳 ! ；% 北京 ! ； ! "东北大学， ! # # # $ "北京矿冶研究总院， # # # & & 沈阳 ! ） ’ "沈阳新松机器人自动化股份有限公司， ! # # ! (
［ ］ " = # 。 性能， 已取得了一些研究成果
近代 电 解 锌 厂 均 使 用 铅 = 银 二 元 合 金 （含 银 ， 该合金的缺点是使用大量的金属 . / 3 0! ! . 0） 银， 机械强度较低， 容易变形， 从而引起短路， 使用寿 命不长， 影响析出锌的产品质量等。探索新的阳极 材质已成当务之急， 有人试用过石墨、 四氧化三铁、 二氧化锰、 二氧化铅等作为阳极材质， 但由于技术上 的原因， 未能应用于工业生产实践。最近锌电解阳 极板的研究集中在两方面： 完善现有铅 = 银合金阳 极预处理和强化阴阳极间绝缘处理； 开发新型铅基 多元合金阳极。试验发现， 加入碱土金属钙、 锶、 钡 的铅基多元合金是较理想的阳极材质， 目前正在国 内外许多湿法炼锌厂推广应用。在铅银合金阳极中 添加钙锶等碱土金属， 是适当降低含银量的有效途 径之一。原沈阳冶炼厂较成功地开发出了四元合金 ） 阳极板， 组成为 （’ ( :) * . ! 0、 + . " 3 0 !. # 0、 , 余量是 $ 。其中 ’ % (和 ) *作为硬化剂代替. 3 0! ， 生产应用获得成功， 阳极制作成本显 . / 3 0的 + , 著降低， 效益可观。 目前铅基四元合金阳极在国内已有多家电解锌 厂应用， 同二元铅银合金阳极相比， 电流效率提高 电耗降低 ! ・ ／ 阳极寿 . 3 0! ! . 0， ! ! 3 ? @ A B锌， 命大于! . 3年。德国鲁尔电锌厂已在" -世纪< -年 代将铅基四元合金阳极投入工业生产， 效果与我国 研制的四元合金阳极相同。加拿大科明科公司特利 尔电锌厂作了 $ % & ’ ( & + B电 , 三元合金阳极日产 8
图, " （" ） 合金中 # $ % & $ ’ ( # $ % & $ ’ ( $ * + 添加稀土对其硬度的影响
# $ & ? ’ ( ( ) * + , ( . ) ) . + /0 ) + . 1 3 . E E $ + $ , 2, 2/ . E 2 ) 3 3 % （ ） , (6 7 8 9 . 8 : -6 7 8 9 . 8 : 8 ; 1 1 , %. 5
图! 稀土对 " # $ % & $ ’ (合金析氧电位的影响
! " $ % & ’ ’ ( ) * + ’ , , ( ( , * ./ ( * 0 1 + 2( 0 ( ) * , + + * ( 2 * " 0 # 3 + ’ + 4 ( 26 ( + 1 " * " + 2+ 27 8 9 : 9 ; , 2 + 6 ( 5 # 3
要： 研究稀土对铅基合金机械性能、 耐腐蚀性能和电化学性能的影响。结果表明， （ ） 合金中添加 $ % & ’ ( & ) * & + . " / 0+ , , ， 银含量由 降为 ， 析氧过电位降低约 。用该合金作锌电解用阳极板， 可满足锌电解阳极板对合金 . # 01 2 . " / 0 . ! # 3 0 ! 4 5 材料的硬度和耐蚀性要求， 降低锌电解的槽电压， 同时降低阳极板生产成本和锌电解生产成本。 关键词： 金属材料； 稀土铅基合金； 合金化； 锌电解； 阳极板 : ； : ； 中图分类号： 6 7 ! 8 9 . 8 3 6 7 ! 8 9 . ! " 6 ; < ! # 文献标识码： + 文章编号： （ ） ! ! = " ! ! " # " = ! 3 = # 摘
# ／ （ 的硫 耐腐蚀性测试： 以 ! C! . " < 3 D 4 ! 3 E） , 酸为电解液， 各电解池串联， 以! 4 + 的电流进行
。 恒电流加速腐蚀试验， 腐蚀时间大约为! 3 F ! 3 F后 将板栅合金取出， 溶去表面氧化膜， 吹干、 称量， 根据 质量损失评价各合金材料的耐腐蚀性能。 电化学性能测试： 采用三电极体系， 铅基合金作 工作电极、 ／ 纯$ G G ) H B作辅助 , , " 8 电极作参比电极、 电极。采用美国 2 7 I 7J K F L M ! / # 电化学综合测试 仪， 动电位法测量各合金阳极极化曲线， 从而进一步 求出各合金的析氧过电位。通过比较各合金阳极极 化的曲线， 考查稀土含量对合金析氧过电位的影响。
收稿日期： " " = ! = ! 9 万方数据 作者简介： 李 鑫 （ ， 男， 新疆塔城市人， 工程师， 硕士 ! > / # =）
! 实验方法
! " ! 合金制备 已有的研究成果表明， 稀土在铅基合金中的最
［ ］ 佳范围为 . " 0 !. 8 0 8 。试验中分别配制稀
土含量为 . ! 0， . " 0， . # 0， . 8 0， . 3 0， . / 0， . ! 0， . 3 0的铅基稀土合金及不含稀土 的合金试样。将已配制好的 $ % & ’ ( & ) * & + , 合金按相 同工艺条件重熔、 浇铸。为保证分析的准确性和一 致性， 合金一次浇铸成片状、 圆柱状和棒状 # 种形 状， 其中片状合金两片， 分别用作加速腐蚀试验中的 阳极片和阴极片， 圆柱状合金两块， 一块作硬度分 析， 一块作成分分析， 棒状合金一根， 作合金电化学 性能测试用工作电极。 ! " # 合金性能测试 硬度测试： 以布氏硬度作为评测标准。
图! 不同稀土含量对 " # $ % & $ ’ ( 合金耐蚀性的影响
# $ & " ’ ( ( ) * + , ( . ) ) . + /0 ) + . 1 * , 2 + ) 2 + , 2* , , 3 $ , 2 % ) 3 $ 3 + $ 4 $ + (6 7 8 9 . 8 : . 1 1 , 5, 5
测试结果表明， 6 7 8 9 . 8 : 8 ; %合金中添加稀土后 硬度有所下降， 但下降幅度不大， 仍能满足锌电解阳 极板对硬度的要求。从 6 7 8 ! >9 .和 6 7 8 ! >D ’中 间合金的表观现象来看， 6 7 8 ! >9 .中间合金的硬度 远远大于 6 说明在 6 7 8 ! >D ’ 中间合金， 7 8 9 . 8 D ’合 金中， 对硬度起主要影响作用的是 9 ， . D ’ 虽对提高 铅板的硬度有一定作用， 但远不如 9 .的作用大。
?稀土对铅基合金物理性能的影响
图) 不同稀土含量对 " # $ % & $ ’ ( $ * + 合金耐蚀性的影响
# $ & ! ’ ( ( ) * + , ( . ) ) . + /0 ) + . 1 * , 2 + ) 2 + , 2* , , 3 $ , 2 % ) 3 $ 3 + $ 4 $ + (6 7 8 9 . 8 : 8 ; . 1 1 , 5, % 5
电解锌生产实践表明， 9 0 以上的电能消耗在 锌电解的阳极过程， 阳极的电化学稳定性和机械强 度直接影响电解的运行指标、 阴极析出锌含铅量及
［ ］ ! 铅银阳极的消耗 。
锌工业试验， 不久将大规模应用于工业生产。 锌电解用阳极板合金材料研究中， 在铅基合金 中添加各种有效元素改善和提高阳极板合金的各项
F 稀土对铅基合金电化学性能的影响
作为锌电解用阳极板合金， 除要求具有高的耐 蚀性和一定的硬度外， 电化学性能尤其重要， 要求具 有较低的析氧过电位， 这样可降低锌电解过程的槽 电压， 从而降低电耗。图 F 为稀土对 6 7 8 9 . 8 : -合金 析氧过电位的影响。 由图F可以看出， 析 6 7 8 9 . 8 : -合金与纯铅相比， 氧电位明显低。添加稀土 6 7 8 9 . 8 : -的合金与未添 加稀土的合金相比， 析氧电位明显降低。稀土添加 量在< 析氧电位随稀土含量 & < < >! < & < ? >范围内， 的增加而降低； 稀土含量超过 < 析氧电位 & < ? > 时， 又有所增加。在铅钙锶合金中添加适量稀土可降低 合金析氧过电位约F < 0 G。此外在铅钙锶合金中添
第 G期
李
鑫等：稀土在铅基合金中的应用
@ H
加稀土可明显提高其耐蚀性能， 因此可以认为， 该合 金作为锌电解阳极板具有较好的应用前景。
表明， 含D $ D E F> & 和D $ G H F? 8 9 : 9 ; , 9 ? 9 > & #的 7 # 合金的析氧电位为 @ 明显高于含 D $ A H G C， $ D E F> & 和D $ @ E < F? 8 9 : 9 ; , 9 ? 9 > & 合金的析氧电位 #的 7 # 且相对于不含 > （D @ $ A < I C， &的 7 8 9 : 9 ; , 9 ? $ G H F # ） 合金， 虽然 ? 但由于稀土元素 ? # # 的含量也较高， 对合金析氧电位的影响， 添加稀土后合金的析氧电 位远远低于不含稀土的7 （ ） 合金。 8 9 : 9 ; , 9 ? D $ G H F? # # 说明稀土对降低 7 8 9 : 9 ; ,合金析氧电位有明显的效 果， 而加入 ? 8 9 : 9 ; ,合金的析氧电位。 #则明显提高 7 考虑锌电解的实际情况， 添加D ， 将? $ D E F> & #含量降 低一半， 既可以保证锌电解阳极板的耐蚀性， 又降低了 阳极析氧过电位， 从而降低槽电压， 减少电耗。可以认 为， 在7 8 9 : 9 ; , 9 ? & 部分取代 ? #合金中用 > #用于锌 电解阳极板， 具有很好的应用前景。