1、在鋁合金中加入微量稀土元素，可以顯著改善鋁合金的金相組織，細(xì)化晶粒，去 除鋁合金中氣體和有害雜質(zhì)，減少鋁合金的裂紋源，從而提高鋁合金的強(qiáng)度，改 善加工性能，還能改善鋁合金的耐熱性、可塑性及可鍛性，提高硬度、增加強(qiáng)度 和韌性。稀土元素的加入使得稀土鋁合金成為一種性能優(yōu)良、用途廣泛的新型材 料，目前稀土鋁合金的產(chǎn)量已近全國(guó) 鋁產(chǎn)量的1/4。稀土元素在鋁合金中的作用 稀土元素非常活潑，極易與氣體（如氫）、非金屬（如硫）及金屬作用，生成相應(yīng) 的穩(wěn)定化合物。稀土元素的原子半徑大于常見的金屬如鉛、鎂等，在這些金屬中 的固溶度極低，幾乎不能形成固溶體。一般認(rèn)為，稀土元素加入到鋁合金中可起 到微合金化的作用；

2、此外，它與氫等氣體和許多非金屬有較強(qiáng)的親和力， 能生成 熔點(diǎn)高的化合物，故它有一定的除氫、精煉、凈化 作用；同時(shí)，稀土元素化學(xué)活 性極強(qiáng)，它可以在長(zhǎng)大的晶粒界面上選擇性地吸附， 阻礙晶粒的生長(zhǎng)，結(jié)果導(dǎo)致 晶粒細(xì)化，有變質(zhì)的 作用。以下就這3方面的作用詳細(xì)介紹。1. 變質(zhì)作用變質(zhì)處理是指在金屬及合金中加入少量或微量的變質(zhì)劑，用以改變合金的結(jié)晶條件，使其組織和性能得到改善的過(guò)程。變質(zhì)劑又稱晶粒細(xì)化劑或孕育劑。稀土元 素的原子半徑為0.1740.204mm大于鋁原子半徑（0.143mm）。稀土元素比較 活潑，它熔于鋁液中，極易填補(bǔ)合金相的表面缺陷，從而降低新舊兩相界面上的 表面張力，使得晶核生長(zhǎng)的速

3、度增大，同時(shí)還在晶粒與合金液之間形成表面活性 膜，阻止生成的晶粒長(zhǎng)大，使合金的組織細(xì)化。此外，鋁與稀土形成的化合物在金屬液結(jié)晶時(shí)作為外來(lái)的結(jié)晶晶核，因晶核數(shù)的大量增加而使合金的組織細(xì)化。研究表明：稀土對(duì)鋁合金具有良好的變質(zhì)效果。例如，合金化的 7005鋁合金鑄 錠本身就呈十分細(xì)小的組織。同時(shí)值得一提的是，稀土的變質(zhì)作用具有長(zhǎng)效及重 熔穩(wěn)定性的特點(diǎn)，比用鈉（Na）、鍶（Sr）等變質(zhì)劑具有明顯優(yōu)點(diǎn)。稀土的變質(zhì)作用2. 精煉、凈化作用稀土元素的脫氧能力比強(qiáng)脫氧劑 Al、Mg Ti等強(qiáng)，微量稀土就能使O脫到v lppm（即10-4%）。稀土的脫硫能力也相當(dāng)強(qiáng)，可以生成 RES或 RE2S3生成物 主要

4、取決于稀土與硫的活度或溶解度。稀土元素在金屬液中還可以與氧和硫同時(shí) 發(fā)生反應(yīng)生成RE2O2SH硫化物。稀土元素還能與P、Sn As等低熔點(diǎn)金屬元素 化合，生成REP RESn REAs等化合物。這些稀土化合物都具有熔點(diǎn)高、比重輕， 當(dāng)它們的熔點(diǎn)高于金屬冶煉溫度時(shí)，能上浮一部分成渣，它們微小的質(zhì)點(diǎn)則成為 鋁結(jié)晶過(guò)程的異質(zhì)晶核，而留在固態(tài)金屬內(nèi)的部分則能降低其危害性。稀土對(duì)氫的的吸附力特別大，能大量吸附和溶解氫，稀土與氫的化合物熔點(diǎn)較高，并且彌 散分布于鋁液中，以化合物形成的氫不會(huì)聚集形成氣泡，大大降低鋁的含氫量和3. 合金化作用 稀土在鋁合金中的強(qiáng)化作用主要有細(xì)晶強(qiáng)化、有限固溶強(qiáng)化和 稀土化合物

5、的第二 相強(qiáng)化等。當(dāng)稀土加入量不同時(shí)，稀土在鋁合金中主要以三種形式存在：固熔在 基體a (Al)中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固熔在化合物中或以化合物形式 存在。當(dāng)稀土含量較低時(shí)(低于0.1 %),稀土主要以前兩種形式分布。第一種形 式起到了有限固溶強(qiáng)化的作用，第二種形式增加了變形阻力，促進(jìn)位錯(cuò)增殖，使 強(qiáng)度提高。加入稀土后合金的鑄態(tài)組織中合金晶粒明顯減少， 二次枝晶間距有可 能細(xì)化，稀土與Al、Mg Si等元素形成的金屬間化合物呈球狀和短棒狀分布在 晶界或界內(nèi)，組織中有大量位錯(cuò)分布。當(dāng) 稀土含量大于0.3 式開始占主導(dǎo)地位。這時(shí)，稀土與合金中的其他元素開始形成許多含 稀土元素的 新相，同時(shí)使

6、第二相的形狀、尺寸發(fā)生變化，可能使得第二相從長(zhǎng)條狀等形狀轉(zhuǎn) 變成短棒狀粒子出現(xiàn)，粒子的尺寸也變得比較細(xì)小，且呈彌散分布。大部分含稀 土元素的第二相都出現(xiàn)了粒子化、球化和細(xì)化的特征，這種變化在一定程度上都 強(qiáng)化了鋁鋁合金加入稀土元素后性能的變化隨著稀土元素加入量的增加，鋁合金的強(qiáng)度、塑性均有所提高。這主要得益于稀 土元素對(duì)合金組織的改善以及彌散的 稀土化合物強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)等。添加稀 土元素可以導(dǎo)致合金斷裂過(guò)程中裂紋萌生位置與擴(kuò)展途徑發(fā)生改變，有利于合金的韌化。同時(shí)鋁合金中隨稀土含量的增加，抗拉強(qiáng)度、硬度提高，而延伸率略有 下降。由此可見，伴隨稀土的加入，合金的機(jī)械性能大有改善。稀土元素的加入

7、也可以改善 鋁合金的鑄造性能。這是因?yàn)殍F是鋁合金中非常有害 的雜質(zhì)，萬(wàn)分之幾的Fe就能形成AI+FeAI3的共晶硅，大多數(shù)含鐵相的結(jié)晶組織 都十分粗大，直接影響合金的機(jī)械性能，降低合金的流動(dòng)性，增加組織不均勻性， 添加稀土，則可以改變鐵相的存在形態(tài)，提高 鋁合金的鑄造性能。在同一溫度下，稀土鋁合金的電阻率比普通 鋁合金小得多，說(shuō)明摻入微量 稀土元 素后鋁合金的導(dǎo)電性能大大提高。這是因?yàn)橄⊥猎刈鳛楸砻婊钚栽丶拥胶辖?中，使合金的鑄態(tài)組織得以細(xì)化，減小了對(duì)傳導(dǎo)電子的散射，從而使電阻率大幅 度下降。稀土在鋁合金中可以形成熱硬性高的復(fù)雜成分化合物， 呈網(wǎng)狀分布于晶界或枝晶 間，細(xì)化了組織，有效地阻

8、礙了基體變形和晶界移動(dòng)， 從而明顯提高了合金的高 溫性能。稀土鋁合金的應(yīng)用由于稀土獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)開發(fā)出了眾多的含 稀土的合金材料，不但大量用 于軍事工業(yè)、農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、手工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)，也廣泛用作建筑材料、家庭 生活用具和體育用品等。我國(guó)鋁土礦含硅量高(0.1 %以上)，比國(guó)外的電解 鋁含硅量(0.08 %)高，直接影 響了鋁的性能，不能用作電工鋁。然而鋁中加入適量稀土元素后，性能則大有改 善。目前我國(guó)的稀土鋁導(dǎo)線主要有高強(qiáng)度 稀土鋁合金電纜，成分為AI-Mg-Si-RE， 用于高壓輸電線路；高導(dǎo)電 鋁電線，成分為AI-RE ;還有在較高溫度下使用的高 導(dǎo)電稀土鋁導(dǎo)線，其成分為AI-Z

9、r-RE。在ZJ104鑄造鋁合金中加入不同量的 稀 土元素后合金的抗拉強(qiáng)度、硬度、高溫強(qiáng)度均有所提高，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制 造業(yè)的缸體、曲軸、軸承蓋等材料中。已投入批量生產(chǎn)的 稀土鋁硅過(guò)共晶ZL117 合金在200300C下，抗拉強(qiáng)度超過(guò)德國(guó)活塞合金 KS280和KS282耐磨性能比 常用活塞合金高45倍，線膨脹系數(shù)小，已用于航空空壓機(jī)和航模發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。 稀土鋁箔是一種生產(chǎn)電子元器件較為理想的材料。稀土鋁合金能大大提高合金的強(qiáng)度、硬度、韌性，還會(huì)使表面氧化膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變 化，從而使產(chǎn)品表面光亮、美觀，提高產(chǎn)品的耐腐蝕性能。目前我國(guó)在民用鋁制品工業(yè)中已用來(lái)制造洗衣機(jī)內(nèi)缸等。添加適量稀土還可以明顯提高 鋁錳和鋁鎂合金材料的耐腐蝕性能。稀土元素的加 入在鑄造、鍛造、焊接、熱處理及表面涂層技術(shù)中都取得了良好的效應(yīng)。使用稀土鋁合金需注意事項(xiàng) 稀土元素雖然在鋁合金中的作用很大，但我們必須防止稀土加入方法不正確和使 用不當(dāng)引起的不良影響。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 注意掌握稀土元素的加入量。稀土的過(guò)量加入不但不會(huì)使 鋁合金的性能改善， 還會(huì)影響鋁合金的正常使用，甚至造成材料的報(bào)廢；2. 稀土不宜做預(yù)先脫氧、脫硫劑，當(dāng)脫氧、脫硫效果良好后再加入 稀土，不但有 深度脫氧、脫硫作用，還能很好控制氧、硫夾雜物的形態(tài)；3. 注意防止生成不均勻