我國稀土在鋁及其它有色金屬中的應(yīng)用窺探

張 明

（中國國際工程咨詢有限公司，北京 100048）

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟環(huán)境不斷改善，國內(nèi)各產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分良好，尤其是金屬及其合金的制造企業(yè)，在企業(yè)規(guī)模和產(chǎn)量上都得到了有效增長，為了進一步推動企業(yè)發(fā)展，提升企業(yè)市場競爭力，企業(yè)必須要提高產(chǎn)品制造效率與質(zhì)量，而稀土元素由于其具有很高的化學(xué)活性和原子半徑，應(yīng)用到有色金屬及其合金中時往往會起到良好的效果，有效改善合金的性能，從而被廣泛應(yīng)用。

1 稀土元素在鋁及其它有色金屬中應(yīng)用的作用

1.1 對有色金屬的變質(zhì)處理

由于稀土元素的原子半徑相對較大，所以其化學(xué)活性比有色金屬要高，在將稀土元素融于有色金屬當(dāng)中時，可以起到提高有色金屬內(nèi)部組織活性及其性能的作用，對有色金屬表面存在的缺陷進行填補，使得有色金屬的界面張力減弱，在有色金屬內(nèi)部晶粒的表面生成一層氧化活性膜，對有色金屬進行有效保護。另外，在高溫環(huán)境下，稀土元素的融入能夠改變晶粒的形態(tài)與晶粒間的距離，從而提高有色金屬的可應(yīng)用性[1]。

1.2 對有色金屬的凈化處理

有色金屬的內(nèi)部都會摻雜著其它雜質(zhì)，由于雜質(zhì)的類型與含量不同，會對有色金屬的可應(yīng)用化合物的形成造成影響，導(dǎo)致有色金屬無法被實際應(yīng)用，或者應(yīng)用效果不佳[2]。而稀土元素則可以對有色金屬內(nèi)部摻雜的雜質(zhì)進行有效凈化，比如稀土元素在應(yīng)用到鋁反應(yīng)中時，由于稀土元素的存在改變了鋁原有的固溶方式，將鋁的電阻降低，促進反應(yīng)的進行。

另外，稀土元素還可以與有色金屬中的氧或者硫元素進行反應(yīng)，并生成性質(zhì)比較穩(wěn)定的化合物RE2O3、RES等，在高溫作用下會進一步生成難溶于水的REN；同時稀土元素對有色金屬中的氫元素具有較強的吸附力，可以有效的降低有色金屬中氫的含量[3]。

1.3 對有色金屬合金化的處理

稀土元素主要以固溶的方式融入在有色金屬當(dāng)中，通過固溶的方式來增加阻力，致使有色金屬內(nèi)部元素錯位重組，實現(xiàn)對金屬元素的性能強化，并會在有色金屬內(nèi)部形成含有稀土元素的新相，分均分布在有色金屬晶粒之中，最終完成對有色金屬合金化的處理[4]。

1.4 提高有色金屬的性能

稀土元素被應(yīng)用到有色金屬及其合金當(dāng)中，會提高合金內(nèi)部的耐腐蝕性與耐高溫性，改變有色金屬及其合金的實際應(yīng)用性能，在工業(yè)應(yīng)用中，具有很高的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的有色金屬處理工藝。

2 稀土元素在鋁及其它有色金屬中的實際應(yīng)用

2.1 稀土元素在鋁和鋁合金中的實際應(yīng)用

近年來，隨著稀土元素的不斷開發(fā)與應(yīng)用，其在制造鋁合金與其它含鋁制品中獲得廣泛的應(yīng)用，并且取得了十足的進步，稀土元素的應(yīng)用在鋁制品的除氣、除雜、細化變質(zhì)等方面都起到良好的應(yīng)用效果，而且對鋁合金及其它含鋁制品的熱塑性、耐腐蝕性、耐熱性等具有明顯提高作用，應(yīng)用范圍與應(yīng)用對象逐漸增多，應(yīng)用發(fā)展前景良好。

我國在鋁和鋁合金中應(yīng)用稀土元素具備較高的應(yīng)用水平，其中不乏自主發(fā)明與創(chuàng)新，例如我國是首個利用稀土元素去抑制硅元素對鋁制品的導(dǎo)電性能造成損害的國家，并且成功地將電力用鋁中硅元素的最高允許含量從0.09%提高到0.14-0.15%，該技術(shù)已經(jīng)得到廣泛推廣并應(yīng)用到各個領(lǐng)域，為我國帶來巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。

2.2 稀土元素在鎂和鎂合金中的實際應(yīng)用

鎂合金是近年來出現(xiàn)的新型合金，其強度比剛還要高，而且阻尼容量與減震性能好，因此被廣泛的應(yīng)用在航天航空領(lǐng)域，取得良好的成績，但是鎂合金的耐熱、機械性能一般，而且鑄造、焊接也存在一定性能不足的問題。

然而，如果在鎂合金鑄造過程中加入適當(dāng)?shù)南⊥猎?，不但可以提升鎂合金的流動性能，還能夠降低其微孔率，提高其氣密性，改善鎂合金的熱裂和疏松情況。經(jīng)過改進的鎂合金能夠在200-300攝氏度的高溫下保持較高的金屬強度與抗蠕變性能。

2.3 稀土元素在鋅合金中的實際應(yīng)用

單一的鋅礦很少，鋅礦資源通常以鉛鋅礦為主，我國的鉛鋅礦資源比較豐富，全國鋅儲備量高達9000多萬噸，居于世界第四位，開采出來的鋅元素大部分被用來鍍鋅或者制造鋅合金。

國際上應(yīng)用比較廣泛的熱鍍鋅合金工藝會產(chǎn)生較高的含鋁量，可以達到5%，對鋼制結(jié)構(gòu)的熱鍍鋅鍋會造成嚴(yán)重的腐蝕，所以我國自主研發(fā)了低鋁含量的Zn-Al-RE和Zn-Al-Mg-RE兩種鋅合金，鍍鋅層的耐腐蝕性完全能夠達到實用標(biāo)準(zhǔn)，并且在鋅合金中添加稀土元素能夠使鍍液表面的張力降低，使鍍鋅層表面更加均勻、亮度更好，鋅耗量低，該合金已經(jīng)廣泛應(yīng)用到鍍管、鍍絲等方面，收到良好效果[5]。

2.4 稀土元素在銅和銅合金中的實際應(yīng)用

由于稀土元素在高溫環(huán)境下能夠與有色金屬內(nèi)部含有的氧、硫元素發(fā)生反應(yīng)，從而對其產(chǎn)生凈化作用，并且能夠改變有色金屬內(nèi)部摻雜雜質(zhì)的形態(tài)，對其產(chǎn)生變質(zhì)、合金化作用，提高有色金屬實用性能，所以在銅與銅合金中添加稀土元素能夠有效提高銅和銅合金的導(dǎo)電性能、機械性能與高溫塑性及抗氧化性能等，能夠有效緩解銅和銅合金在加工塑造過程中出現(xiàn)的脆裂問題，被廣泛應(yīng)用到導(dǎo)電銅、電銅合金以及仿金材料等方面，應(yīng)用范圍極廣。

3 結(jié)論

綜上所述，稀土元素在鋁及其它有色金屬中應(yīng)用具有改變金屬固有特性、提高金色各方面性能的作用，在鋁及其它有色金屬產(chǎn)品的制造方面具有實際應(yīng)用意義，應(yīng)該得到廣泛的關(guān)注，并不斷提高制造工藝，充分利用稀土元素的特點去提高金屬制品的實用性能，將稀土元素的作用發(fā)揮出來，推動我國有色金屬制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。