我国稀土在铝及其它有色金属中的应用窥探

2019-01-03张明

中国金属通报 2019年10期

张明

（中国国际工程咨询有限公司，北京 100048）

近年来，随着我国社会经济环境不断改善，国内各产业发展前景十分良好，尤其是金属及其合金的制造企业，在企业规模和产量上都得到了有效增长，为了进一步推动企业发展，提升企业市场竞争力，企业必须要提高产品制造效率与质量，而稀土元素由于其具有很高的化学活性和原子半径，应用到有色金属及其合金中时往往会起到良好的效果，有效改善合金的性能，从而被广泛应用。

1 稀土元素在铝及其它有色金属中应用的作用

1.1 对有色金属的变质处理

由于稀土元素的原子半径相对较大，所以其化学活性比有色金属要高，在将稀土元素融于有色金属当中时，可以起到提高有色金属内部组织活性及其性能的作用，对有色金属表面存在的缺陷进行填补，使得有色金属的界面张力减弱，在有色金属内部晶粒的表面生成一层氧化活性膜，对有色金属进行有效保护。另外，在高温环境下，稀土元素的融入能够改变晶粒的形态与晶粒间的距离，从而提高有色金属的可应用性[1]。

1.2 对有色金属的净化处理

有色金属的内部都会掺杂着其它杂质，由于杂质的类型与含量不同，会对有色金属的可应用化合物的形成造成影响，导致有色金属无法被实际应用，或者应用效果不佳[2]。而稀土元素则可以对有色金属内部掺杂的杂质进行有效净化，比如稀土元素在应用到铝反应中时，由于稀土元素的存在改变了铝原有的固溶方式，将铝的电阻降低，促进反应的进行。

另外，稀土元素还可以与有色金属中的氧或者硫元素进行反应，并生成性质比较稳定的化合物RE2O3、RES等，在高温作用下会进一步生成难溶于水的REN；同时稀土元素对有色金属中的氢元素具有较强的吸附力，可以有效的降低有色金属中氢的含量[3]。

1.3 对有色金属合金化的处理

稀土元素主要以固溶的方式融入在有色金属当中，通过固溶的方式来增加阻力，致使有色金属内部元素错位重组，实现对金属元素的性能强化，并会在有色金属内部形成含有稀土元素的新相，分均分布在有色金属晶粒之中，最终完成对有色金属合金化的处理[4]。

1.4 提高有色金属的性能

稀土元素被应用到有色金属及其合金当中，会提高合金内部的耐腐蚀性与耐高温性，改变有色金属及其合金的实际应用性能，在工业应用中，具有很高的应用标准，是现阶段应用比较广泛的有色金属处理工艺。

2 稀土元素在铝及其它有色金属中的实际应用

2.1 稀土元素在铝和铝合金中的实际应用

近年来，随着稀土元素的不断开发与应用，其在制造铝合金与其它含铝制品中获得广泛的应用，并且取得了十足的进步，稀土元素的应用在铝制品的除气、除杂、细化变质等方面都起到良好的应用效果，而且对铝合金及其它含铝制品的热塑性、耐腐蚀性、耐热性等具有明显提高作用，应用范围与应用对象逐渐增多，应用发展前景良好。

我国在铝和铝合金中应用稀土元素具备较高的应用水平，其中不乏自主发明与创新，例如我国是首个利用稀土元素去抑制硅元素对铝制品的导电性能造成损害的国家，并且成功地将电力用铝中硅元素的最高允许含量从0.09%提高到0.14-0.15%，该技术已经得到广泛推广并应用到各个领域，为我国带来巨大的经济效益与社会效益。

2.2 稀土元素在镁和镁合金中的实际应用

镁合金是近年来出现的新型合金，其强度比刚还要高，而且阻尼容量与减震性能好，因此被广泛的应用在航天航空领域，取得良好的成绩，但是镁合金的耐热、机械性能一般，而且铸造、焊接也存在一定性能不足的问题。

然而，如果在镁合金铸造过程中加入适当的稀土元素，不但可以提升镁合金的流动性能，还能够降低其微孔率，提高其气密性，改善镁合金的热裂和疏松情况。经过改进的镁合金能够在200-300摄氏度的高温下保持较高的金属强度与抗蠕变性能。

2.3 稀土元素在锌合金中的实际应用

单一的锌矿很少，锌矿资源通常以铅锌矿为主，我国的铅锌矿资源比较丰富，全国锌储备量高达9000多万吨，居于世界第四位，开采出来的锌元素大部分被用来镀锌或者制造锌合金。

国际上应用比较广泛的热镀锌合金工艺会产生较高的含铝量，可以达到5%，对钢制结构的热镀锌锅会造成严重的腐蚀，所以我国自主研发了低铝含量的Zn-Al-RE和Zn-Al-Mg-RE两种锌合金，镀锌层的耐腐蚀性完全能够达到实用标准，并且在锌合金中添加稀土元素能够使镀液表面的张力降低，使镀锌层表面更加均匀、亮度更好，锌耗量低，该合金已经广泛应用到镀管、镀丝等方面，收到良好效果[5]。

2.4 稀土元素在铜和铜合金中的实际应用

由于稀土元素在高温环境下能够与有色金属内部含有的氧、硫元素发生反应，从而对其产生净化作用，并且能够改变有色金属内部掺杂杂质的形态，对其产生变质、合金化作用，提高有色金属实用性能，所以在铜与铜合金中添加稀土元素能够有效提高铜和铜合金的导电性能、机械性能与高温塑性及抗氧化性能等，能够有效缓解铜和铜合金在加工塑造过程中出现的脆裂问题，被广泛应用到导电铜、电铜合金以及仿金材料等方面，应用范围极广。