淺談稀土在泡沫鋁合金中的應用

摘 要:本文首先對泡沫鋁以及稀土的有關情況進行了簡要介紹，并通過文中所使用的方法對稀土在泡沫鋁合金中的作用進行了分析和研究，最終得出了一些有益的結論。

關鍵詞:稀土泡沫鋁合金稀土鋁合金

中圖分類號:TG115文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0070-01

1 引言

在如今的新材料、新能源、信息、生物、空間科技以及海洋開發領域，稀土金屬都具有重要的作用，當將其作為添加劑的時候，對于鋁合金具有凈化、變質、精煉、除氧化夾雜的作用，能夠有效增加鋁合金的機械性能，從而使泡沫鋁的力學性能得到有效提升。可以看出，稀土泡沫鋁合金的開發有著廣闊的發展前景。

2 研究過程及方法

2.1 實驗材料

本次實驗所使用的原料主要包括Si(97%)、Al(99%);添加劑主要包括增粘劑、稀土和自制的發泡劑，元素質量分數詳見表1。

2.2 試驗設備

本次試驗所使用的設備分別為12號坩堝、坩堝電阻爐、自己制作的攪拌裝置、全數字式電液伺服材料試驗機以及燒杯和電子天平。

2.3 實驗方案

我們首先將硅、鋁放到坩堝內對其進行加溫，熱熔化后保持恒溫狀態，待其溫度充分均勻后將特質的含有稀土元素的添加劑放入其中，并進行迅速攪拌，使其均勻的混合到一起，這就是稀土鋁合金的熔煉階段。熔煉結束后，將含有自制增粘劑的坩堝加熱到300℃，然后把熔煉好的稀土鋁合金倒入其中，并通過自制的攪拌器進行充分攪拌。當熔體達到實驗所要求的粘度之后，再加入自制的發泡劑并繼續攪拌，直到彌散均勻后保持恒溫狀態。

3 結果分析

3.1 稀土的加入對泡沫鋁合金抗壓屈服度所造成的影響

當加入稀土元素的質量分數小于0.4%的時候，泡沫鋁合金的抗壓屈服強度會隨著元素溶入量的增加而不斷升高;當加入的稀土元素的質量分數等于0.4%的時候，其抗拉強度和延伸率將會達到最大值;當加入的稀土元素的質量分數大于0.4%的時候，稀土元素的繼續加入將不會對抗拉強度和延伸率造成更大的影響。

鋁合金和泡沫鋁合金在所添加稀土元素相同的時候，會表現出近似相同的趨勢，說明鋁合金基體的力學性能將會對泡沫鋁合金的抗壓屈服強度造成較大的影響。

3.2 對不同機體泡沫金屬抗壓強度的分析

從圖1我們可以看出，在彈性階段，稀土泡沫鋁合金的曲線相對于泡沫鋁合金來說更陡，而泡沫鋁合金則比泡沫鋁的更陡，反映出在彈性模量方面，稀土泡沫鋁合金、泡沫鋁合金、泡沫純鋁之間是一個遞增的關系。另外，我們也可以知道，加入了稀土的泡沫鋁合金的抗壓屈服強度要超過其余兩種泡沫金屬。

3.3 稀土對于泡沫合金抗壓強度的增強機理

在本次試驗中，當稀土元素被添加之后，合金的晶體結構開始得到有效改善，其中，鋁合金的晶粒的開始明顯細化。究其原因，主要是因為在稀土元素被加入后，會與其他的合金元素共同形成一些微小的、呈顆粒狀分布在基體中的化合物，這樣就有效縮短的二次枝晶的間距，減少了二次枝晶的數量，同時，還能對其中雜質元素的有害作用進行消除，對晶界起到了一個很好的凈化作用，進一步提升了合金的力學性能。雖然稀土元素的加入能夠有效減小晶粒的尺寸，但是如果稀土元素的添加過量，熔體則會表現出流動性降低、粘度增加的趨勢，說明在鋁合金中，稀土元素不僅沒有得到很好的溶解，反而會因為飽和而析出一些獨立的顆粒，所以說，過量的添加稀土元素，將會使枝晶組織變粗，導致合金性能的進一步下降。

4結語

通過顯微觀察我們可以發現，在一定濃度范圍內，稀土添加劑的使用將會在鋁合金和基體相之間形成配位數大的過渡相物質，同時對鋁合金也有一個變質和細化晶粒的作用，能夠有效增加泡沫合金的力學性能。但是如果過量加入稀土元素，那么熔體則會表現出流動性降低、粘度增加的趨勢，稀土元素也會因為飽和而析出一些獨立的顆粒，使枝晶組織變粗，導致合金性能的進一步下降。因此在實際應用的過程中，應通過反復試驗找到最佳的加入量，從而在最大程度減少稀土元素使用量的同時取得更好的使用效果。