有色金屬中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

摘要：有色金屬具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度和高延展性等性能，被應(yīng)用于國防、航空航天、機(jī)械、化學(xué)、電子等領(lǐng)域。而素有工業(yè)維生素的稀土元素可以有效凈化晶界，通過各種方法來提高有色金屬，甚至是有色金屬合金的組織結(jié)構(gòu)。文章分析了有色金屬中稀土元素化學(xué)分析的作用，然后結(jié)合文獻(xiàn)系統(tǒng)的舉例說明稀土元素在有色金屬中的化學(xué)分析和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：有色金屬；稀土元素；化學(xué)分析；合金；金屬材料 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：O65 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.027

1 有色金屬中稀土元素的作用

1.1 稀土通過化學(xué)反應(yīng)可以改變有色金屬中雜質(zhì)的存在狀態(tài)

有色金屬中經(jīng)常有金屬雜質(zhì)或非金屬雜質(zhì)，稀土元素可以和這些雜質(zhì)金屬進(jìn)行反應(yīng)，比如與鐵、硅等形成不同的化合物，這樣就可以改變鋁金屬固有的固溶方式，導(dǎo)致它的電阻率不斷降低。又比如稀土元素與非金屬元素因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的化合物，這樣就導(dǎo)致有色金屬的晶粒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)化，有效地穩(wěn)定了晶界，從而形成高熔點(diǎn)的金屬間化合物，提高了有色金屬的綜合性能。

1.2 稀土元素的加入可以降低有色金屬中氫的含量

因?yàn)闅?，特別是融入液態(tài)金屬的氫，會(huì)以原子態(tài)的形式存在，然后變成高分子，導(dǎo)致有色金屬材料出現(xiàn)裂紋等問題，嚴(yán)重降低綜合性能，并且損害其加工過程，所以減少有色金屬中氫的含量越來越引起科學(xué)家的關(guān)注。正因?yàn)槿绱?，添加適量的稀土元素可以有效地減少氫的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明顯降低鋁和其合金中氫的含量，達(dá)到了非常好的減氫

效果。

1.3 稀土元素能改變合金的表面張力

研究表明，只要基體的表面張力有所降低，就可以有效提高金屬或者合金的成型性和鑄造性，金屬的成型性和鑄造性是衡量金屬及其合金的性能的有效標(biāo)準(zhǔn)之一，大量的文獻(xiàn)表明，在鋁和鋁合金中添加適量的稀土可以有效降低表面張力。

1.4 稀土的加入可以改變有色金屬及其合金的耐高溫氧化和耐腐蝕性能

有文獻(xiàn)報(bào)道，將多種稀土進(jìn)行混合，然后添加到鋁中進(jìn)行試驗(yàn)，研究結(jié)果表面，凡是添加了稀土元素的鋁無論是在人造海水還是含鹽水中，其耐腐蝕性和耐高溫氧化都要比沒有添加稀土的鋁金屬好，這個(gè)試驗(yàn)可以看出適量稀土混合物的加入可以有效改變有色金屬及其合金的耐高溫氧化和耐腐蝕性能，而耐高溫氧化和耐腐蝕性能是衡量有色金屬及其合金的又一有效標(biāo)準(zhǔn)。

2 有色金屬中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

2.1 鋁合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

利用電化學(xué)測(cè)試的方法，用鋁合金作為電極，將氫氧化鉀作為稀土元素化學(xué)分析的介質(zhì)，對(duì)比純鋁、鋁合金在稀土元素溶液中的電化學(xué)，看試驗(yàn)樣品，通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：（1）稀土元素的加入很大程度上限制了鋁離子發(fā)生電離，從而提高了鋁合金的耐腐蝕性能；（2）稀土元素的加入有效地抑制了放電現(xiàn)象，從而使合金更加均勻；（3）稀土元素的加入降低了鋁作為電極反應(yīng)的極化能力，從減少正差異效應(yīng)的角度來提高了鋁合金的穩(wěn)定性，從而全方面地提高了有色鋁金屬合金的綜合性能。

通過對(duì)相關(guān)樣品的表征分析，可以發(fā)現(xiàn)稀土的加入可以幫助化學(xué)反應(yīng)，形成大量的稀土——鋁化合物，這些化合物的生成能有效提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)稀土元素也可以單獨(dú)對(duì)鋁合金起到強(qiáng)化和凈化的作用，從降低鋁合金偏析問題出現(xiàn)頻率的角度出發(fā)，提高高溫強(qiáng)度。由于稀土的加入可以有效提高鋁合金的性能，所以目前鋁合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用最為廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)方面。

2.2 銅合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

利用硝酸點(diǎn)滴法，通過正交實(shí)驗(yàn)，在恒溫的條件下，獲取優(yōu)質(zhì)的鈍化硝酸實(shí)驗(yàn)液體，借助SEM環(huán)境，分析薄膜的性能，檢測(cè)稀土元素的添加對(duì)于薄膜的影響，大量的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，稀土的添加可以提高銅合金的耐腐蝕性。特別引起科學(xué)家關(guān)注的是銅合金中對(duì)稀土La鹽的利用比較廣泛，所以在大電流和高壓條件下，經(jīng)常會(huì)采用稀土銅合金鑄造。

2.3 鎢合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，鎢合金因?yàn)槠淞己玫臒岱€(wěn)定性、高強(qiáng)度、低蒸汽壓和良好的延展性等綜合的優(yōu)良性能被廣泛地應(yīng)用于航天航空、冶金等眾多工業(yè)領(lǐng)域，但是與此同時(shí)鎢合金也有它的缺點(diǎn)，比如再結(jié)晶溫度低、高溫強(qiáng)度低等，而稀土元素的加入，因?yàn)樗鳛榻饘俚木S生素的原因，可以有效地細(xì)化晶粒，從而使得鎢合金的性能得到較大程度的改善。

目前稀土改善鎢合金主要有以下兩種：

第一，稀土改性鎢-銅合金電觸頭材料，鎢-銅合金雖然結(jié)合了高耐壓性和耐電燒蝕性，但是卻缺乏結(jié)合力，局域性能不均勻，所以添加適量的稀土金屬，從微觀角度表征，發(fā)現(xiàn)大量的稀土元素使得基體的晶粒更加分散，達(dá)到細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)不同稀土元素以不同的添加方式和不同的添加量加入的鎢-銅合金中，起到的改性效果也是不同的。當(dāng)然隨著鎢-銅合金材料的進(jìn)一步開發(fā)，現(xiàn)代工業(yè)對(duì)鎢-銅合金的質(zhì)量和性能也提出了更高的要求，而采用鎢-銅合金中稀土元素的化學(xué)分析及其應(yīng)用也會(huì)有更廣闊的研究前景。

第二，稀土改性鎢-鎳-鐵（銅）合金，就我國的工業(yè)發(fā)展水平而言，鎢-鎳-鐵（銅）合金是我國工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎢合金，它雖然具有高強(qiáng)度的抗拉性、彈性，而且沒有磁性等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得它在精密儀器工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用，但是隨著我國科學(xué)的進(jìn)步，對(duì)它性能的要求也越來越高。大量的科學(xué)研究表明，稀土的加入可以細(xì)化鎢-鎳-鐵（銅）合金的顯微組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以有效提高鎢-鎳-鐵（銅）合金的強(qiáng)度和拉伸率，值得一提的是，不同的稀土元素對(duì)鎢-鎳-鐵（銅）合金性能的改變是不一樣的?？偠灾u基復(fù)合稀土材料的的確確是隨著我國科學(xué)水平提高而研發(fā)的新型材料，它在原有鎢合金優(yōu)良的綜合性能的基礎(chǔ)上，又利用稀土元素的化學(xué)分析的作用機(jī)制，有效提高了相應(yīng)的性能，相信在未來，鎢基復(fù)合稀土材料會(huì)有更為廣闊的研究

前景。

2.4 鎂合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

鎂合金中稀土元素具有除氫、除氧、除硫、除鐵、除夾雜物的作用，達(dá)到除氣精練、凈化熔體的效果；鎂合金因?yàn)橛辛己玫膹?qiáng)度、韌性的性能，所以被廣泛應(yīng)用于汽車航天等行業(yè)，而稀土元素的加入可以提高鎂合金的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

總而言之，稀土元素作為金屬材料的維生素，可以有效提高有色金屬及其合金的強(qiáng)度，細(xì)化有色金屬的晶粒，同時(shí)大量的研究和實(shí)踐應(yīng)用表面，稀土元素的加入在鎂合金、鋁合金、銅合金和鎢合金中都取得了很好的時(shí)間效果，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)有色金屬中稀土元素的化學(xué)分析及其應(yīng)用的研究力度，從理論的角度分析有色金屬中稀土元素的作用，從物理性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能、工藝性能等多方面角度，探討稀土元素的加入對(duì)有色金屬性能改變的機(jī)理。

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作者簡介：陳鵬，男，湖南郴州人，湖南郴州永興縣元泰應(yīng)用材料有限公司質(zhì)檢中心助理工程師，研究方向：有色

金屬。

（責(zé)任編輯：陳 倩）