有色金属中稀土元素的化学分析及应用

摘要：有色金属具有高熔点、高强度和高延展性等性能，被应用于国防、航空航天、机械、化学、电子等领域。而素有工业维生素的稀土元素可以有效净化晶界，通过各种方法来提高有色金属，甚至是有色金属合金的组织结构。文章分析了有色金属中稀土元素化学分析的作用，然后结合文献系统的举例说明稀土元素在有色金属中的化学分析和应用。

关键词：有色金属；稀土元素；化学分析；合金；金属材料 文献标识码：A

中图分类号：O65 文章编号：1009-2374（2015）22-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.027

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。

通过对相关样品的表征分析，可以发现稀土的加入可以帮助化学反应，形成大量的稀土——铝化合物，这些化合物的生成能有效提高合金的强度，同时稀土元素也可以单独对铝合金起到强化和净化的作用，从降低铝合金偏析问题出现频率的角度出发，提高高温强度。由于稀土的加入可以有效提高铝合金的性能，所以目前铝合金中稀土元素的化学分析及应用最为广泛地被应用于各个方面。

2.2 铜合金中稀土元素的化学分析及应用

利用硝酸点滴法，通过正交实验，在恒温的条件下，获取优质的钝化硝酸实验液体，借助SEM环境，分析薄膜的性能，检测稀土元素的添加对于薄膜的影响，大量的实验可以发现，稀土的添加可以提高铜合金的耐腐蚀性。特别引起科学家关注的是铜合金中对稀土La盐的利用比较广泛，所以在大电流和高压条件下，经常会采用稀土铜合金铸造。

2.3 钨合金中稀土元素的化学分析及应用

随着现代工业的高速发展，钨合金因为其良好的热稳定性、高强度、低蒸汽压和良好的延展性等综合的优良性能被广泛地应用于航天航空、冶金等众多工业领域，但是与此同时钨合金也有它的缺点，比如再结晶温度低、高温强度低等，而稀土元素的加入，因为它作为金属的维生素的原因，可以有效地细化晶粒，从而使得钨合金的性能得到较大程度的改善。

目前稀土改善钨合金主要有以下两种：

第一，稀土改性钨-铜合金电触头材料，钨-铜合金虽然结合了高耐压性和耐电烧蚀性，但是却缺乏结合力，局域性能不均匀，所以添加适量的稀土金属，从微观角度表征，发现大量的稀土元素使得基体的晶粒更加分散，达到细化晶粒的作用，同时不同稀土元素以不同的添加方式和不同的添加量加入的钨-铜合金中，起到的改性效果也是不同的。当然随着钨-铜合金材料的进一步开发，现代工业对钨-铜合金的质量和性能也提出了更高的要求，而采用钨-铜合金中稀土元素的化学分析及其应用也会有更广阔的研究前景。

第二，稀土改性钨-镍-铁（铜）合金，就我国的工业发展水平而言，钨-镍-铁（铜）合金是我国工业应用最为广泛的钨合金，它虽然具有高强度的抗拉性、弹性，而且没有磁性等特点，这些特点使得它在精密仪器工业上有广泛的应用，但是随着我国科学的进步，对它性能的要求也越来越高。大量的科学研究表明，稀土的加入可以细化钨-镍-铁（铜）合金的显微组织结构，同时可以有效提高钨-镍-铁（铜）合金的强度和拉伸率，值得一提的是，不同的稀土元素对钨-镍-铁（铜）合金性能的改变是不一样的。总而言之，钨基复合稀土材料的的确确是随着我国科学水平提高而研发的新型材料，它在原有钨合金优良的综合性能的基础上，又利用稀土元素的化学分析的作用机制，有效提高了相应的性能，相信在未来，钨基复合稀土材料会有更为广阔的研究

前景。

2.4 镁合金中稀土元素的化学分析及应用

镁合金中稀土元素具有除氢、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用，达到除气精练、净化熔体的效果；镁合金因为有良好的强度、韧性的性能，所以被广泛应用于汽车航天等行业，而稀土元素的加入可以提高镁合金的稳定性。

3 结语

总而言之，稀土元素作为金属材料的维生素，可以有效提高有色金属及其合金的强度，细化有色金属的晶粒，同时大量的研究和实践应用表面，稀土元素的加入在镁合金、铝合金、铜合金和钨合金中都取得了很好的时间效果，因此应当加强有色金属中稀土元素的化学分析及其应用的研究力度，从理论的角度分析有色金属中稀土元素的作用，从物理性能、力学性能、化学性能、工艺性能等多方面角度，探讨稀土元素的加入对有色金属性能改变的机理。

参考文献

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[2] 黎业生，董定乾，吴子平.稀土镁合金的研究现状及应用前景[J].轻合金加工技术，2006，（4）.

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[4] 刘静安，温育智.稀土在有色金属工业中的开发与应用前景[J].有色金属加工，2003，（2）.

作者简介：陈鹏，男，湖南郴州人，湖南郴州永兴县元泰应用材料有限公司质检中心助理工程师，研究方向：有色

金属。

（责任编辑：陈 倩）