稀土元素在鎂合金中產生的作用

對于稀土元素在鎂合金中產生的主要作用和效果,可以從物理冶金和化學冶金兩方面來分析。

    (1)稀土和鎂的晶體結構類似性。大部分稀土元素在使用溫度下的晶體結構與鎂相似,為密排六方結構(hcp),因此具有較高的固溶度。某些MgRE亞穩相為六方相(超點陣結構,DO19),易和鎂基體形成共格/半共格關系,這是稀土鎂合金通常具有很好的高溫蠕變抗力的原因之一。

    (2)各稀土原子與鎂原子的半徑之差相似,但又互不相同,因此,在鎂中的固溶度各異。鑭系元素的原子半徑隨原子序數的增加而減小,這種現象稱為“鑭系收縮”。但在Eu和Yb處呈現兩個峰值,稱為“雙峰效應”。大部分稀土元素與鎂的原子半徑之差在15%以內,所以大部分稀土元素在鎂中具有較高的固溶度(有些高達10%~20%,而稀土元素在鋼和鋁中的溶解度僅有千分之幾)。稀土元素在鎂中的最大固溶度隨原子序數的增加而增大,恰恰在Eu和Yb處形成兩個低谷，我們稱之為“雙谷現象”，這種現象與Eu和Yb原子半徑遠大于鎂原子半徑有直接關系。

    (3)稀土元素的電負性變化范圍大，電負性之差越小，越容易形成固溶體，反之易形成化合物。鎂的電負性為1.31，稀土元素與鎂的電負性相差越小，稀土元素在鎂中的固溶度越大。相反，原子間的電負性相差越大，越易形成金屬間化合物，生成的化合物越穩定。

    (4)三價的稀土元素增強合金基體中Mg2+間的結合力。稀土金屬多以三價形式溶于二價鎂基體中,提高合金基體的電子云密度,增強鎂合金中原子間的結合力。此外,稀土原子的質量和半徑都比鎂原子大,從而能夠減慢原子的擴散速率,有助于提高合金力學性能,尤其是抗高溫蠕變性能。

    (5)稀土元素是鎂合金的表面活性元素,易與鎂合金中的合金化元素發生化學反應。合金熔煉時稀土易于在合金液表面聚集,形成MgO、RE2O3等多元復合致密氧化物層,減輕氧化現象,提高合金的起燃溫度,有利于合金的熔鑄;合金液凝固過程中,稀土元素在固液界面前沿富集,可提高成分過冷度,細化合金組織(基體和第二相);適量的稀土能降低合金液的表面張力,有助于提高合金鑄造性能。稀土元素是典型的金屬元素,其活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬,能和絕大部分元素發生化學反應,因此與雜質反應,可以生成熔點高、密度大的化合物,從而被除去,如鎂合金中常見的氫、氧化物夾雜、硫和鐵等。另一方面,稀土元素與鎂或合金化元素生成熔點高、熱穩定性好的第二相化合物,這些化合物在高溫下不易長大變形或分解,有助于提高合金的強度和耐熱性能。

    (6)促進時效硬化效果。稀土,尤其是重稀土(Yb除外），在鎂中固溶度隨著溫度的下降而降低，具備固溶-人工時效強化的基本條件。試驗證明，Gd、Tb、Y和Sc都促使鎂合金具有顯著的時效硬化特性。

NJ-HW868A高頻紅外碳硫分析儀適用于鋼鐵、有色金屬、水泥、礦石、玻璃、陶瓷及其它金屬、非金屬材料中碳硫兩元素質量分數的測定。本儀器采用高頻感應加熱爐燃燒樣品，紅外線吸收法測試樣品中碳硫兩元素質量分數。測量范圍 ：碳 （C）0.0001% ～ 10.000% （可擴至99.999%）；硫 （S）0.0001% ～ 3.5000% （可擴至99.999%）；測量誤差： 碳符合 ISO9556 標準；硫符合 ISO4935 標準 ，分析時間： 25 ～ 60s 可調，一般在 35s 左右。

                南京諾金高速分析儀器廠

                   2023年5月10日