有色金屬中稀土元素的化學分析及應用

摘要：有色金屬具有高熔點、高強度和高延展性等性能，被應用于國防、航空航天、機械、化學、電子等領域。而素有工業維生素的稀土元素可以有效凈化晶界，通過各種方法來提高有色金屬，甚至是有色金屬合金的組織結構。文章分析了有色金屬中稀土元素化學分析的作用，然后結合文獻系統的舉例說明稀土元素在有色金屬中的化學分析和應用。

關鍵詞：有色金屬；稀土元素；化學分析；合金；金屬材料 文獻標識碼：A

中圖分類號：O65 文章編號：1009-2374（2015）22-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.027

1 有色金屬中稀土元素的作用

1.1 稀土通過化學反應可以改變有色金屬中雜質的存在狀態

有色金屬中經常有金屬雜質或非金屬雜質，稀土元素可以和這些雜質金屬進行反應，比如與鐵、硅等形成不同的化合物，這樣就可以改變鋁金屬固有的固溶方式，導致它的電阻率不斷降低。又比如稀土元素與非金屬元素因為化學反應生成高熔點的化合物，這樣就導致有色金屬的晶粒網絡結構進行了細化，有效地穩定了晶界，從而形成高熔點的金屬間化合物，提高了有色金屬的綜合性能。

1.2 稀土元素的加入可以降低有色金屬中氫的含量

因為氫，特別是融入液態金屬的氫，會以原子態的形式存在，然后變成高分子，導致有色金屬材料出現裂紋等問題，嚴重降低綜合性能，并且損害其加工過程，所以減少有色金屬中氫的含量越來越引起科學家的關注。正因為如此，添加適量的稀土元素可以有效地減少氫的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明顯降低鋁和其合金中氫的含量，達到了非常好的減氫

效果。

1.3 稀土元素能改變合金的表面張力

研究表明，只要基體的表面張力有所降低，就可以有效提高金屬或者合金的成型性和鑄造性，金屬的成型性和鑄造性是衡量金屬及其合金的性能的有效標準之一，大量的文獻表明，在鋁和鋁合金中添加適量的稀土可以有效降低表面張力。

1.4 稀土的加入可以改變有色金屬及其合金的耐高溫氧化和耐腐蝕性能

有文獻報道，將多種稀土進行混合，然后添加到鋁中進行試驗，研究結果表面，凡是添加了稀土元素的鋁無論是在人造海水還是含鹽水中，其耐腐蝕性和耐高溫氧化都要比沒有添加稀土的鋁金屬好，這個試驗可以看出適量稀土混合物的加入可以有效改變有色金屬及其合金的耐高溫氧化和耐腐蝕性能，而耐高溫氧化和耐腐蝕性能是衡量有色金屬及其合金的又一有效標準。

2 有色金屬中稀土元素的化學分析及應用

2.1 鋁合金中稀土元素的化學分析及應用

利用電化學測試的方法，用鋁合金作為電極，將氫氧化鉀作為稀土元素化學分析的介質，對比純鋁、鋁合金在稀土元素溶液中的電化學，看試驗樣品，通過試驗可以發現：（1）稀土元素的加入很大程度上限制了鋁離子發生電離，從而提高了鋁合金的耐腐蝕性能；（2）稀土元素的加入有效地抑制了放電現象，從而使合金更加均勻；（3）稀土元素的加入降低了鋁作為電極反應的極化能力，從減少正差異效應的角度來提高了鋁合金的穩定性，從而全方面地提高了有色鋁金屬合金的綜合性能。

通過對相關樣品的表征分析，可以發現稀土的加入可以幫助化學反應，形成大量的稀土——鋁化合物，這些化合物的生成能有效提高合金的強度，同時稀土元素也可以單獨對鋁合金起到強化和凈化的作用，從降低鋁合金偏析問題出現頻率的角度出發，提高高溫強度。由于稀土的加入可以有效提高鋁合金的性能，所以目前鋁合金中稀土元素的化學分析及應用最為廣泛地被應用于各個方面。

2.2 銅合金中稀土元素的化學分析及應用

利用硝酸點滴法，通過正交實驗，在恒溫的條件下，獲取優質的鈍化硝酸實驗液體，借助SEM環境，分析薄膜的性能，檢測稀土元素的添加對于薄膜的影響，大量的實驗可以發現，稀土的添加可以提高銅合金的耐腐蝕性。特別引起科學家關注的是銅合金中對稀土La鹽的利用比較廣泛，所以在大電流和高壓條件下，經常會采用稀土銅合金鑄造。

2.3 鎢合金中稀土元素的化學分析及應用

隨著現代工業的高速發展，鎢合金因為其良好的熱穩定性、高強度、低蒸汽壓和良好的延展性等綜合的優良性能被廣泛地應用于航天航空、冶金等眾多工業領域，但是與此同時鎢合金也有它的缺點，比如再結晶溫度低、高溫強度低等，而稀土元素的加入，因為它作為金屬的維生素的原因，可以有效地細化晶粒，從而使得鎢合金的性能得到較大程度的改善。

目前稀土改善鎢合金主要有以下兩種：

第一，稀土改性鎢-銅合金電觸頭材料，鎢-銅合金雖然結合了高耐壓性和耐電燒蝕性，但是卻缺乏結合力，局域性能不均勻，所以添加適量的稀土金屬，從微觀角度表征，發現大量的稀土元素使得基體的晶粒更加分散，達到細化晶粒的作用，同時不同稀土元素以不同的添加方式和不同的添加量加入的鎢-銅合金中，起到的改性效果也是不同的。當然隨著鎢-銅合金材料的進一步開發，現代工業對鎢-銅合金的質量和性能也提出了更高的要求，而采用鎢-銅合金中稀土元素的化學分析及其應用也會有更廣闊的研究前景。

第二，稀土改性鎢-鎳-鐵（銅）合金，就我國的工業發展水平而言，鎢-鎳-鐵（銅）合金是我國工業應用最為廣泛的鎢合金，它雖然具有高強度的抗拉性、彈性，而且沒有磁性等特點，這些特點使得它在精密儀器工業上有廣泛的應用，但是隨著我國科學的進步，對它性能的要求也越來越高。大量的科學研究表明，稀土的加入可以細化鎢-鎳-鐵（銅）合金的顯微組織結構，同時可以有效提高鎢-鎳-鐵（銅）合金的強度和拉伸率，值得一提的是，不同的稀土元素對鎢-鎳-鐵（銅）合金性能的改變是不一樣的。總而言之，鎢基復合稀土材料的的確確是隨著我國科學水平提高而研發的新型材料，它在原有鎢合金優良的綜合性能的基礎上，又利用稀土元素的化學分析的作用機制，有效提高了相應的性能，相信在未來，鎢基復合稀土材料會有更為廣闊的研究

前景。

2.4 鎂合金中稀土元素的化學分析及應用

鎂合金中稀土元素具有除氫、除氧、除硫、除鐵、除夾雜物的作用，達到除氣精練、凈化熔體的效果；鎂合金因為有良好的強度、韌性的性能，所以被廣泛應用于汽車航天等行業，而稀土元素的加入可以提高鎂合金的穩定性。

3 結語

總而言之，稀土元素作為金屬材料的維生素，可以有效提高有色金屬及其合金的強度，細化有色金屬的晶粒，同時大量的研究和實踐應用表面，稀土元素的加入在鎂合金、鋁合金、銅合金和鎢合金中都取得了很好的時間效果，因此應當加強有色金屬中稀土元素的化學分析及其應用的研究力度，從理論的角度分析有色金屬中稀土元素的作用，從物理性能、力學性能、化學性能、工藝性能等多方面角度，探討稀土元素的加入對有色金屬性能改變的機理。

參考文獻

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作者簡介：陳鵬，男，湖南郴州人，湖南郴州永興縣元泰應用材料有限公司質檢中心助理工程師，研究方向：有色

金屬。

（責任編輯：陳 倩）