張哲濤

（新疆紫金鋅業(yè)有限公司，新疆烏恰 845450）

從目前的發(fā)展趨勢看，我國在不斷發(fā)掘稀土元素的利用價值，結(jié)合資源豐富的優(yōu)勢，深入研究各種富含稀土元素的有色金屬，不僅改善了產(chǎn)品性能，同時增加了社會和經(jīng)濟(jì)效益。稀土元素具有化學(xué)性質(zhì)，同時也有電子結(jié)構(gòu)特點，劃分為兩組，分別是輕稀土和重稀土。一般稀土元素不具備放射性，在化學(xué)處理的過程中，分離其中微量放射性物質(zhì)，所以不具備放射特性。不論是國際上，還是國內(nèi)，都對稀土元素在產(chǎn)品中使用的允許劑量進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，在安全限制內(nèi)，不會危害人體，所以稀土元素產(chǎn)品比較安全。

1 稀土元素在有色金屬中的應(yīng)用

1.1 在鋁合金中應(yīng)用

在鋁合金中添加稀土元素，對細(xì)化晶粒具有促進(jìn)作用，同時也可以將熔體凈化，使氣體含量、氧化雜質(zhì)減少，以此提升精煉效果，有助于提升材料各種性能，包括物理性能、機(jī)械性能等等。稀土元素作為合金元素，可以降低Al中其他元素的固溶度，使合金更加疏松，降低雜質(zhì)鐵帶來的影響危害，使鋁合金有更高的耐熱性能。對于其他合金元素來說，可以促進(jìn)偏析作用[1]。試驗表明，在鋁合金中加入適量稀土元素，可以提升金屬組織致密程度。通常，加入1%的釔即可改善鋁合金的耐高溫性能。例如，與普通鋁合金相比，在300-350℃的環(huán)境中，加釔鋁合金的強(qiáng)度更高，可以提升1 倍，如果在400℃的環(huán)境中，強(qiáng)度可以提升50%。如果在Al-RE 導(dǎo)線中加入稀土，則抗拉強(qiáng)度會有所提升，可以改善導(dǎo)線質(zhì)量，合格率也能大幅提升，可以達(dá)到80%。

1.2 在銅合金中應(yīng)用

在銅中，稀土元素的濃度較低，加入稀土普遍和其他元素化合，產(chǎn)生懸浮的高熔點化合物，凝固的過程中還會產(chǎn)生異質(zhì)晶粒，可以采用機(jī)械手段控制晶粒長大，細(xì)化晶粒?？s短凝固時間，同時將柱狀晶區(qū)縮小，避免偏析。細(xì)化晶粒可以改善銅合金機(jī)械性能。稀土對無氧銅組織具有一定影響，加入稀土可以提升電導(dǎo)率，如果超過0.02%，則電導(dǎo)率和稀土加入量成反比。增加稀土也可以提升抗張強(qiáng)度、顯微硬度，如果超過0.2%，則進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，不會明顯增加。稀土也可以提升再結(jié)晶溫度，使銅合金的高溫性能得到改善。加入0.0015-0.398%的微量稀土，可以提升銅冷加工峰值，使其達(dá)到100℃，在晶粒度細(xì)化方面發(fā)揮著明顯的作用。在增強(qiáng)耐磨性方面，加入稀土元素，使銅合金具有更高的焊接性。稀土可以改善合金偏析，對相形態(tài)產(chǎn)生影響，使合金組織細(xì)化[2]。在鑄造的過程中，具有改善機(jī)械性能的效果，可以用它替代錫青銅ZQSu6—3—3 制作滑輪軸承，也可以在軸瓦材料制作中應(yīng)用。在銅合金中，稀土應(yīng)用較為廣泛，不僅可以在導(dǎo)電銅材料中應(yīng)用，以此改善機(jī)械性能、導(dǎo)電效果、抗腐蝕性能。還可以縮小導(dǎo)體截面積，達(dá)到節(jié)省銅材的效果。因為稀土銅具有較高的導(dǎo)電率和強(qiáng)度，所以是節(jié)能材料，會帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 在鎂合金中應(yīng)用

在鎂合金中，廣泛應(yīng)用稀土元素。例如，Er含量超過10%的鎂合金，在250℃的條件下，具有很高的強(qiáng)度和彈性極限，可以在高溫條件下使用該金屬。在室溫條件下，固態(tài)鎂中的鉺溶解度較好，延展性也比較好。1mv7 合金可以在室溫和高溫下使用，是一種性能較好的結(jié)構(gòu)材料。深入研究含有Ag 加Yt 的稀土鎂合金，提升Yt含量，使其達(dá)到5-7%，然后加入Di，此時生成的鎂合金，在250℃的條件下，可以改善力學(xué)性能和抗蠕變性，同時也能強(qiáng)化延展性、鑄造性。要在520℃的條件下，才能析出硬化型鎂合金，需要進(jìn)行8h 的溶液處理，然后進(jìn)行200℃淬火，需要16-22h。不含Y 的鎂合金成分包括Ag、RE、Th、Zr 和鎂。這是一種鎂—釷合金，并且添加稀土的合金。該合金需要控制Th 含量，不能超出1.5-2.4%的范圍，這樣才能確保高溫條件下有良好的性能。

2 有色金屬中稀土元素的化學(xué)分析

2.1 分析鋁合金稀土元素

如前文所述，稀土元素在鋁合金中發(fā)揮重要作用，可以改善鋁合金性能。對其進(jìn)行化學(xué)分析，可以采用電化學(xué)實驗的方式。在實驗的過程中，鋁合金為電極，選擇氯化氫作為介質(zhì)。實驗可知，加入稀土元素可以降低合金放電現(xiàn)象，稀土元素使金屬鋁/鋁合金加速，通過這種方式，使鋁合金元素分布更加均勻，同時也能強(qiáng)化鋁合金的使用性能[3]。不僅如此，對鋁合金電分離現(xiàn)象也具有一定的組織作用，在鋁合金中添加稀土元素之后，氯離子移動的自由度受限，鋁合金耐腐蝕性能隨之增強(qiáng)。如果在鋁合金中添加稀土元素，對鋁元素的極化能力具有限制作用，使鋁合金更加穩(wěn)定可靠，優(yōu)化該金屬的整體性能，使該金屬可以在各種行業(yè)、領(lǐng)域中應(yīng)用。

2.2 分析鎢合金稀土元素

鎢合金中的稀土元素也具有改善性能的作用，在實驗的過程中，需要參考多種資料文獻(xiàn)。鎢合金的穩(wěn)定性、耐高溫性較好，所以具有很高的利用率，可以在各個行業(yè)中應(yīng)用。為強(qiáng)化鎢合金性能，可以在鎢合金中加入稀土元素。稀土元素可以細(xì)化晶粒，有助于增強(qiáng)鎢合金的延展性，使該合金有更高的強(qiáng)度，能促進(jìn)其他性能的提升。如果在銅鎢合金中添加稀土元素，則耐電腐蝕性能、耐壓性能都會有所提升，可以使稀土元素更加穩(wěn)定。在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的過程中，鎢合金應(yīng)用廣泛，其在強(qiáng)度、蒸氣壓、延展性等方面具有較高的應(yīng)用優(yōu)勢。為了更進(jìn)一步強(qiáng)化鎢合金性能，可以采用稀土改性的方式。通過這種方式，使其成為鎢-鎳-鐵合金。該合金是目前應(yīng)用最廣泛的鎢合金，具有很高的彈性，相比于其他金屬元素，該合金沒有磁性，所以某些特殊條件下具有較高的應(yīng)用優(yōu)勢。也可以對鎢-銅合金電觸頭材料進(jìn)行改性，如果單純和原本的性質(zhì)結(jié)合改變，可以使耐壓性增強(qiáng)，但會影響結(jié)合力。所以，應(yīng)該采用稀土元素，強(qiáng)化合金的耐壓性，同時也能提升耐電腐蝕性。

2.3 分析鎂合金稀土元素

在鎂合金中，采用化學(xué)分析的方式對稀土元素的使用進(jìn)行分析。如果將稀土元素添加在鎂合金中，具有去除雜質(zhì)的作用，通過凈化鎂合金中的氧、硫等元素，強(qiáng)化鎂合金的穩(wěn)定性，使鎂合金更加可靠。如果想要增強(qiáng)鎂合金的延展性，可以適當(dāng)加入稀土元素。從目前的情況看，我國鎂合金應(yīng)用較為廣泛，在航天、汽車等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中均有應(yīng)用。不論在高溫，還是在腐蝕條件下，鎂合金結(jié)構(gòu)都具有較高的穩(wěn)定性，可以保障產(chǎn)品性能。例如，在航空發(fā)動機(jī)中，可以采用Mg-RE-Zr合金，符合205℃條件下要求的強(qiáng)度，同時具有滿足需求的抗蠕變性能。

3 結(jié)語

綜上所述，在有色金屬中，稀土元素發(fā)揮著十分重要的作用，可以改善有色金屬性能，使有色金屬在各個行業(yè)、領(lǐng)域中的應(yīng)用更加廣泛。為充分發(fā)揮稀土元素在有色金屬中的作用，需要對有色金屬中的稀土元素進(jìn)行化學(xué)分析，掌握在不同金屬中的化學(xué)性質(zhì)，然后采用合理的添加方式，使有色金屬性能得到改善。