稀土百科 | 稀土在有色金属及合金中的应用

稀土金属具有特殊的化学活性，除了在铝、镁金属和合金中，在铜、银、锌、难熔金属和钴、镍、钛、铅等合金中添加适量稀土也会产生奇特的效果。几十年来，我国和世界其他国家的金属材料研究人员对稀土金属在各种合金中的作用机理、新产品开发、生产和应用方面都做了大量系统的研究工作，已将其添加到铜和铜合金、银和银合金、锌和锌合金等线材、板材、带材、箔材、涂层合金和铸造（含压铸）零件中。

由于稀土的净化、细化（变质）和合金化及微合金化等作用改善了冶金和成形过程，提高了材料和零件的物化性能和使用效果，因此添加稀土的这些合金被广泛用于电力、通信、机械制造、五金零部件、家具装饰、基础设施等诸多领域。

铜及铜合金由于具有很好的导电、导热性能，良好的耐蚀性，无磁性和对水中微生物及藻类的防腐性等一系列特殊性能，以及便于铸造，易于塑性加工和良好的可焊性等工艺性能，已成为现代工业的重要材料，被广泛应用于电子、机电、航空、航天等部门。稀土元素具有它独特的性质，是冶金工业中的“维生素”，能改善铜合金的物理和力学性能，在20世纪50年代就引起了各国的重视，并着手开展这方面的研究。

随着科学技术的飞跃发展，人们对材料的性能提出了越来越高的要求。我国早在20世纪60年代就开始了稀土在铜及铜合金中的应用研究，当时的研究较多地集中在改善铜合金的冷热加工性能、耐蚀性能和耐磨性能上，并取得了一些有实用价值的成果，但这些研究一直进展缓慢，开发应用的领域也不多。直到20世纪90年代，随着应范围的扩大，研发速度加快，取得了一些突破性的进展。

银及银合金具有优异的导电性、导热性和对可见光的反射性，并具有良好的延展性，是电子工业、宇航、冶金等工业不可缺少的关键性材料，长期以来，主要被用作电接触材料、焊料、催化剂等，然而其强度和硬度低、易腐蚀、耐热性差等缺点限制了其在工业上的广泛使用。

稀土在银及银合金中的应用，虽然不像在铝、镁、铜及其合金中应用那么广泛，但是随着科学技术的发展，工农业生产及尖端科学领域对银及银合金性能的要求不断提高，利用稀土的独特性质来改善银及其合金的某些物理和力学性能，已引起世界各国不同程度的重视。国外在20世纪50年代就着手这方面的研究工作，我国在20世纪70年代也开始进行银及银合金中加入稀土的研究，并取得了不少有价值的研究成果。

古老的青铜文化使我国首先制得了锌。我国的锌产量居世界首位，大部分锌用作锌合金（其中镀锌30%~40%、压铸合金9%、铜合金12%).随着科学技术和现代工业的发展，人们对各种锌合金的性能有了更高的要求。探索低成本、高性能的多用锌合金一直是广大科研工作者的目标。稀土在金属材料中有除气、除杂的净化作用、细化晶粒变质强化作用、耐蚀作用和改善加工性能等作用。

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(锌－铝5%-(镧、铈）0.05%)新型锌铝合金浸镀层，率先把稀土应用到热镀锌行业，此后国内外对稀土在热镀锌中的应用开展了大量研究工作。

贵金属通常指金、银、钼、钯、铑、铱、锇、钌诸元素的总称。由于贵金属具有良好的导电、导热、耐氧化、耐腐蚀等性能，在电子、电气工业、民生装饰中获得了广泛应用。然而贵金属本身又存在着强度硬度低、耐高温性能差等弱点，限制了更高层次的应用。提高贵金属综合性能最实用的方法是采用多元合金化方法，其中稀土金属又是最有效而最具潜力的合金化元素。

所以说，稀土金属在贵金属中应用的首要意义是提高贵金属的性能；其次，由于稀土的作用，可以减少材料中贵金属的含量、延长其使用寿命，从而节约贵金属的消耗量。对于缺乏贵金属资源的我国，又具有重要的经济实用意义。

稀土能够改善镍基合金的热加工性能，而且还能改善合金的抗氧化和耐热强度。纯镍中添加微量稀土元素，结果产生晶粒界面偏析，使晶粒界面能量增加。在稀土含量（原子分数）在0.5x10-3%时，晶粒界面能量达到最大值。当稀土含量小于此值时，镍的强度及延性都降低，这是由于晶粒界面上形成稀土原子的单原子层的缘故。适量稀土能提高合金的强度和延性。

0.13%~0.2%轻稀土或Y及Sc加入到99.99%纯Ni中能提高600℃时的拉伸强度及抗应力破裂强度，稀土元素提高了镍的再结晶温度。涡轮机中镍基合金的主要问题是热废气反应产生的氧化作用和硫化作用。添加少量稀土后，不仅增加了镍基合金的抗氧化性能及抗硫化性能，而且增加了高温强度和热塑性，同时也可以用含稀土的特殊涂料及其涂覆方法来改善镍基合金的抗氧化及抗硫化作用。

此外，稀土也已用在钛、锆、铪、钒、铌、钽合金和发火合金及铬、钼、钨合金中。