稀土材料 | 稀土镁合金

镁合金具有质轻、高比刚度、高阻尼、减振降噪、抗电磁波辐射、加工和回收时不产生污染等特点，而且镁资源丰富，可供持续发展，因此镁合金被誉为“21世纪轻质、绿色结构材料”。它揭示了在21世纪制造业追求轻量化、节能减排大潮中，镁合金会扮演更为重要角色的趋势，也预示着包括中国在内的全球金属材料的产业结构会发生改变。但是传统镁合金存在着易氧化燃烧、不耐蚀、抗高温蠕变能力差、高温强度低等弱点。

理论和实践表明，稀土是克服这些弱点最有效、最实用、最具发展潜力的合金化元素，因而利用我国丰富的镁和稀土资源，将它们科学开发利用，研发出具有我国特色的一系列稀土镁合金，将资源优势转变为技术优势和经济优势，具有重大意义。

实践科学发展观，走可持续发展途径，实践资源节约型、环境友好型的新型工业化道路，为航空、航天、交通、“三C”工业以及所有制造业提供轻质、先进、低成本的稀土镁合金支撑材料，已经成为国家、行业和许多科研人员的热点和重点任务。性能先进而又价格低廉的稀土镁合金可望成为镁合金扩大应用的突破点和发展动力。

1808年，Humphrey Davey 首次从汞合金中分馏出汞和镁，1852年Bunsen第一次使用电解法从氯化镁中电解得到镁。从此，镁及镁合金作为一种新的材料登上了历史舞台。在二次世界大战期间镁及镁合金得到了突飞猛进的发展。然而，由于纯镁的强度很低，很难作为结构材料生产工业上应用。提高镁金属强度的主要方法之一是合金化，即加入其他种类的合金元素，通过固溶、沉淀、细化晶粒、弥散强化等方式提高镁金属的强度，使其能够满足给定工作环境的要求。

稀土是镁合金的主要合金化元素，在已经开发的耐热镁合金中大多含有稀土元素。稀土镁合金具有耐高温和高强度等特点，但在初期的镁合金研究中，由于价格昂贵，稀土仅限于用在特定材料，稀土镁合金主要应用于军事和航空航天领域，但随着社会经济的发展，对镁合金性能提出了更高的要求，加之稀土成本的降低，稀土镁合金在航空航天、导弹、汽车、电子通信、仪表等军工和民用领域均有了较大拓展。稀土镁合金的开发概括来看大致分为四个阶段：

第一阶段：在20世纪30年代，人们发现在镁铝合金中加入稀土元素可以提高合金的高温性能。

第二阶段：1947年，Sauerwarld 发现在Mg-RE合金中加入Zr元素可以有效地细化合金晶粒。这一发现，解决了稀土镁合金的工艺问题，真正为耐热稀土镁合金的研究和应用奠定了基础。

第三阶段：1979年，Drits等发现添加Y对镁合金有非常有益的影响，这是在开发耐热稀土镁合金方面的又一重要发现，以此为基础，开发出了一系列耐热高强的WE型合金。其中，WE54合金在室温和高温下，其抗拉强度、抗疲劳强度及抗蠕变性能都能够和铸造铝合金相媲美。

第四阶段：主要指从20世纪90年代开始，人们为了得到性能更加优越的镁合金，满足高技术领域的需求，开始了对Mg-HRE(重稀土）合金的探索。对于重稀土元素来说，除去Eu和Yb,在镁中的最大固溶度大约为10%~28%,最大可以到41%.和轻稀土元素相比较，重稀土元素固溶度大，而且固溶度随着温度的降低而迅速下降，具备很好的固溶强化和沉淀强化作用。

镁合金存在着巨大的应用市场，特别是在全球铁、铝、铜等金属资源日益紧缺的大背景下，镁的资源优势和产品优势将得到充分发挥，镁合金将成为一种迅速崛起的工程材料。面临国际镁金属材料的高速发展，中国作为镁资源生产和出口大国，对镁合金开展深人的理论研究和应用开发尤为重要。然而，目前普通镁合金产品成品率低，抗蠕变性差，耐热、耐蚀等性能较差等仍然是制约镁合金大规模应用的瓶颈。

稀土元素具有独特的核外电子结构，因此，它作为一类重要的合金化元素，在冶金、材料领域起着独特的作用，例如净化合金熔体、细化合金组织、提高合金力学性能和耐腐蚀性能等。作为合金化元素或微合金化元素，稀土已经被广泛应用于钢铁及有色金属合金中。在镁合金领域，尤其是在耐热镁合金领域，稀土突出的净化、强化性能逐渐被人们认识，稀土被认为是耐热镁合金中最具使用价值和最具发展潜力的合金化元素，其独特的作用是其他合金化元素所不能取代的。