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稀土在锌及锌合金中具有广泛的应用,其影响和作用主要体现在以下几个方面:
一、细化晶粒与改善组织
稀土元素在锌合金中的偏聚可以影响合金的组织转变及晶粒大小。通过添加适量的稀土,可以细化合金的晶粒,从而改善合金的组织结构。这种细化作用有助于提高合金的硬度和强度。例如,在Zn-27Al合金中添加0.005%~0.5%的La或RE后,当稀土添加量超过0.15%时,合金的组织得到明显细化。
二、形成第二相并改善性能
稀土元素还能与锌合金中的某些元素形成第二相,这些第二相通常具有硬脆的性质,并可以弥散分布在合金基体中。这些第二相的存在可以改善合金的某些性能,如耐磨性、抗腐蚀性等。同时,它们还能起到阻碍晶粒长大的作用,进一步细化合金组织。
三、抑制有害元素
稀土元素还具有抑制锌合金中有害元素的作用。例如,在含有铅和锡等有害元素的Zn-Al合金中加入适量的Ce,可以发现当Ce含量增加到一定值时,合金的强度会增加。这是因为稀土元素能够与这些有害元素形成化合物,从而减少它们对合金性能的不利影响。
四、实际应用案例
Galfan合金:20世纪80年代初,国际铅锌研究组织(ILZRO)资助比利时国立冶金研究中心(CRM)开发出商品名为Galfan的新型锌铝合金浸镀层,其成分为锌-铝5%-(镧、铈)0.05%。这种合金首先将稀土应用到热镀锌行业,并显著提高了镀层的性能。
低铝量合金镀层:中国科学院长春应用化学研究所研制成功了两种低铝量(低于1%)合金镀层,即锌-铝-稀土和锌-铝-稀土-镁。这些合金镀层的性能与Galfan合金镀层相当,并已在国内有关钢管、钢丝、型钢和可锻铸铁件镀锌生产中应用。
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