有色金屬中稀土元素的化學分析及應用

趙志剛(黑龍江省有色金屬地質勘查研究總院 黑龍江 哈爾濱 150000)

稀土元素化學性質相對活潑，可以與金屬中的雜質等形成難熔性的化合物，因此可以起到變形和凈化的作用。由于稀土元素其良好的特性，因而在有色金屬的化學分析中應用十分廣泛。

一、稀土元素在有色金屬中的作用

1、稀土可以有效改變雜質存在狀態(tài)

稀土會與鐵、硅等雜質形成不同的化合物，在晶界析出中使原來的固溶存在方式發(fā)生改變，以此來使鋁的電阻率不斷降低[1]。在鋁鎂硅合金中加入稀土元素還能夠起到重要的強化作用，其綜合作用效果為：非金屬元素在與稀土元素的作用過程中形成了具有高熔點的化合物，其可以彌散到基體中；稀土元素將枝晶和晶粒網(wǎng)絡進行了細化；金屬元素可以和稀土元素作用形成高熔點金屬間化合物，可以有效穩(wěn)定晶界，減少粗大塊狀組織；稀土元素的加入可以明顯降低氧、氫等夾雜物的含量。

2、可以減弱非金屬雜質的影響

氫是有色金屬中經(jīng)常存在的有害雜質，融入液態(tài)金屬中的氫在凝固過程中會通過原子態(tài)的形態(tài)析出，然后其聚集成高分子，會造成晶間針孔、疏松、裂紋等問題，嚴重損害了金屬的性能和加工過程。因此減少有色金屬中氫的含量是人們在有色金屬加工鑄造中非常關注的問題，而添加適量稀土正是減少氫含量的有效途徑。將0.1%～0.3%的稀土加入到鋁和其合金中可以觀察到有效的減氫效果。

3、稀土可以使有色金屬的耐高溫氧化和耐腐蝕性能得到提高

將不同含量的混合稀土加入到鋁中制成不同的試樣，然后將其放入到人造海水和含鹽水中進行3年浸泡試驗發(fā)現(xiàn)，在人造海水和含鹽水的鋁其耐腐蝕性要比沒有添加稀土的鋁的耐腐蝕性高24%和32%，可見少量稀土的添加可以有效提高鋁的耐腐蝕性。

4、稀土可以使基體表面張力降低，有效提高鑄造性能

在鋁和鋁合金中添加適量稀土可以使其基體界面張力和表面張力得到降低，可以有效提高成型性和鑄造性。

二、例舉稀土元素在有色金屬中的化學分析

1、稀土在鋁合金中的化學分析

(1)稀土的化學分析

以25%KOH溶液作為稀土化學分析的介質溶液，利用電化學測試，將鋁合金作為電極，輔助電極選擇Pt。分析實驗：對比純鋁，鋁合金在溶液電化學中，表面覆蓋薄膜，利用丙酮清除，觀察鋁合金試驗樣本，得出結論：(1)稀土元素在鋁合金中，明顯限制鋁離子發(fā)生電離，提高鋁合金抗腐蝕能力；(2)稀土元素確保鋁合金在堿性環(huán)境中穩(wěn)定性，有效抑制放電現(xiàn)象，保障合金均勻特性；(3)抑制鋁合金析氫，降低鋁合金作為電極反應的極化能力，避免正差異效應的發(fā)生，加強鋁合金的穩(wěn)定度。

(2)稀土對鋁合金的化學作用

稀土在鋁合金中可以起到強化和凈化作用，提高鋁合金的共晶溫度。降低鋁合金偏析問題出現(xiàn)的頻率，提升高溫強度[2]。在鋁中增加稀土，可以協(xié)助化學反應，形成大量稀土-鋁化合物，如：MeA l4型化合物。化合物彌散析出，有效提高合金強度，滿足合金需求，廣泛用于汽缸蓋、曲軸箱、活塞等零件制造。

2、稀土在銅合金中的化學分析

(1)稀土的化學分析

銅合金中對稀土La鹽的利用比較廣泛，有效提高銅合金的耐蝕性。利用硝酸點滴法，評價稀土的化學分析，通過正交試驗，獲取優(yōu)質的鈍化硝酸實驗液體，在恒溫、恒濕的條件下，進行實驗，獲取轉化膜[3]。借助SEM環(huán)境，分析薄膜，性能，檢測到薄膜具備緩蝕特性，稀土能夠提高銅合金的均勻性，抵抗外界腐蝕。

(2)稀土在銅合金中的作用

在含0.12%～0.55%P，0.011%～0.45%鑭系元素，0.006%～0.45%Mg的銅合金中，經(jīng)過80%的變形量加工，導電率可以提高到95%IACS。因此，在大電流和高壓條件下使用的真空開關，經(jīng)常會采用稀土銅合金鑄造。

3、稀土在鎂合金中的化學分析

鎂合金用于汽車、航天、航空等行業(yè)中，對強度、韌度的要求比較高，提高對稀土的應用力度，滿足行業(yè)需求。通過H clo4分解，保持pH=2.0，分離F-，利用F-沉稀土中的La，以EDTA為檢測溶劑，二甲酚橙為指示劑?；瘜W測定稀土含量，確保稀土對鎂合金的穩(wěn)定作用。

結束語

稀土元素可以有效提高合金強度，細化金屬枝晶和晶粒網(wǎng)路，并能夠凈化熔體，在鎂、銅、鋁等有色金屬及其合金中取得了良好的實踐效果。因此，應當加強研究稀土元素對有色金屬及其合金的影響機理，充分分析其在有色金屬物理性能、力學性能、化學性能、工藝性能等方面的改善作用，以不斷拓展稀土應用范圍。

[1]孫偉成,張淑榮.稀土元素在鋁合金中的合金化作用[J].兵器材料科學與工程,2012,(10):61-62.

[2]黎業(yè)生,董定乾,吳子平.稀土鋁合金的研究現(xiàn)狀及應用前景[J].輕合金加工技術,2011,(35):57-58.

[3]王榮濱.稀土銅合金的研究與應用[J].有色金屬加工,2011,(14):74-75.