我國稀土在鋁及其它有色金屬中的應用窺探

張 明

（中國國際工程咨詢有限公司，北京 100048）

近年來，隨著我國社會經濟環境不斷改善，國內各產業發展前景十分良好，尤其是金屬及其合金的制造企業，在企業規模和產量上都得到了有效增長，為了進一步推動企業發展，提升企業市場競爭力，企業必須要提高產品制造效率與質量，而稀土元素由于其具有很高的化學活性和原子半徑，應用到有色金屬及其合金中時往往會起到良好的效果，有效改善合金的性能，從而被廣泛應用。

1 稀土元素在鋁及其它有色金屬中應用的作用

1.1 對有色金屬的變質處理

由于稀土元素的原子半徑相對較大，所以其化學活性比有色金屬要高，在將稀土元素融于有色金屬當中時，可以起到提高有色金屬內部組織活性及其性能的作用，對有色金屬表面存在的缺陷進行填補，使得有色金屬的界面張力減弱，在有色金屬內部晶粒的表面生成一層氧化活性膜，對有色金屬進行有效保護。另外，在高溫環境下，稀土元素的融入能夠改變晶粒的形態與晶粒間的距離，從而提高有色金屬的可應用性[1]。

1.2 對有色金屬的凈化處理

有色金屬的內部都會摻雜著其它雜質，由于雜質的類型與含量不同，會對有色金屬的可應用化合物的形成造成影響，導致有色金屬無法被實際應用，或者應用效果不佳[2]。而稀土元素則可以對有色金屬內部摻雜的雜質進行有效凈化，比如稀土元素在應用到鋁反應中時，由于稀土元素的存在改變了鋁原有的固溶方式，將鋁的電阻降低，促進反應的進行。

另外，稀土元素還可以與有色金屬中的氧或者硫元素進行反應，并生成性質比較穩定的化合物RE2O3、RES等，在高溫作用下會進一步生成難溶于水的REN；同時稀土元素對有色金屬中的氫元素具有較強的吸附力，可以有效的降低有色金屬中氫的含量[3]。

1.3 對有色金屬合金化的處理

稀土元素主要以固溶的方式融入在有色金屬當中，通過固溶的方式來增加阻力，致使有色金屬內部元素錯位重組，實現對金屬元素的性能強化，并會在有色金屬內部形成含有稀土元素的新相，分均分布在有色金屬晶粒之中，最終完成對有色金屬合金化的處理[4]。

1.4 提高有色金屬的性能

稀土元素被應用到有色金屬及其合金當中，會提高合金內部的耐腐蝕性與耐高溫性，改變有色金屬及其合金的實際應用性能，在工業應用中，具有很高的應用標準，是現階段應用比較廣泛的有色金屬處理工藝。

2 稀土元素在鋁及其它有色金屬中的實際應用

2.1 稀土元素在鋁和鋁合金中的實際應用

近年來，隨著稀土元素的不斷開發與應用，其在制造鋁合金與其它含鋁制品中獲得廣泛的應用，并且取得了十足的進步，稀土元素的應用在鋁制品的除氣、除雜、細化變質等方面都起到良好的應用效果，而且對鋁合金及其它含鋁制品的熱塑性、耐腐蝕性、耐熱性等具有明顯提高作用，應用范圍與應用對象逐漸增多，應用發展前景良好。

我國在鋁和鋁合金中應用稀土元素具備較高的應用水平，其中不乏自主發明與創新，例如我國是首個利用稀土元素去抑制硅元素對鋁制品的導電性能造成損害的國家，并且成功地將電力用鋁中硅元素的最高允許含量從0.09%提高到0.14-0.15%，該技術已經得到廣泛推廣并應用到各個領域，為我國帶來巨大的經濟效益與社會效益。

2.2 稀土元素在鎂和鎂合金中的實際應用

鎂合金是近年來出現的新型合金，其強度比剛還要高，而且阻尼容量與減震性能好，因此被廣泛的應用在航天航空領域，取得良好的成績，但是鎂合金的耐熱、機械性能一般，而且鑄造、焊接也存在一定性能不足的問題。

然而，如果在鎂合金鑄造過程中加入適當的稀土元素，不但可以提升鎂合金的流動性能，還能夠降低其微孔率，提高其氣密性，改善鎂合金的熱裂和疏松情況。經過改進的鎂合金能夠在200-300攝氏度的高溫下保持較高的金屬強度與抗蠕變性能。

2.3 稀土元素在鋅合金中的實際應用

單一的鋅礦很少，鋅礦資源通常以鉛鋅礦為主，我國的鉛鋅礦資源比較豐富，全國鋅儲備量高達9000多萬噸，居于世界第四位，開采出來的鋅元素大部分被用來鍍鋅或者制造鋅合金。

國際上應用比較廣泛的熱鍍鋅合金工藝會產生較高的含鋁量，可以達到5%，對鋼制結構的熱鍍鋅鍋會造成嚴重的腐蝕，所以我國自主研發了低鋁含量的Zn-Al-RE和Zn-Al-Mg-RE兩種鋅合金，鍍鋅層的耐腐蝕性完全能夠達到實用標準，并且在鋅合金中添加稀土元素能夠使鍍液表面的張力降低，使鍍鋅層表面更加均勻、亮度更好，鋅耗量低，該合金已經廣泛應用到鍍管、鍍絲等方面，收到良好效果[5]。

2.4 稀土元素在銅和銅合金中的實際應用

由于稀土元素在高溫環境下能夠與有色金屬內部含有的氧、硫元素發生反應，從而對其產生凈化作用，并且能夠改變有色金屬內部摻雜雜質的形態，對其產生變質、合金化作用，提高有色金屬實用性能，所以在銅與銅合金中添加稀土元素能夠有效提高銅和銅合金的導電性能、機械性能與高溫塑性及抗氧化性能等，能夠有效緩解銅和銅合金在加工塑造過程中出現的脆裂問題，被廣泛應用到導電銅、電銅合金以及仿金材料等方面，應用范圍極廣。

3 結論

綜上所述，稀土元素在鋁及其它有色金屬中應用具有改變金屬固有特性、提高金色各方面性能的作用，在鋁及其它有色金屬產品的制造方面具有實際應用意義，應該得到廣泛的關注，并不斷提高制造工藝，充分利用稀土元素的特點去提高金屬制品的實用性能，將稀土元素的作用發揮出來，推動我國有色金屬制造產業的不斷發展。