有色金属中稀土元素的化学分析及应用.pdf

2014 年 3 月 有色金属中稀土元素的化学分析及应用 赵志 刚 （ 黑 龙江 省有 色金 属地质勘查研究总 院 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 0 0 ） 摘 要 ： 作 为 工 业 中 的 维 生 素 ， 稀 土 元 素 对 于 提 高 有 色 金 属 及 其 合 金 的 综 合 性 能 和 组 合 结 构 具 有 重 要 作 用 。 本 文 首 先 分 析 了 稀 土 元 素 在 有 色 金 属 中 的 作 用 ， 然 后 具 体 例 举 并 说 明 了 其 在 铝 合 金 、 铜 合 金 等 有 色 金 属 中 的 化 学 分 析 和 应 用 ， 以 期 为 相 关 技 术 人 员提供参考。 关键词： 有色金属 ； 稀土元素 ； 合金 稀 土 元 素 化 学 性 质 相 对 活 泼 ， 可 以 与 金 属 中 的 杂 质 等 形 成 难 熔 性 的 化 合 物 ， 因 此 可 以 起 到 变 形 和 净 化 的 作 用 。 由 于 稀 土 元 素 其良好的特性， 因 而在有 色金属的化学分 析中应 用十分广 泛 。 一 、 稀土元素在有色金属中的作用 1 、 稀土可以有效改变杂质存在状态 稀 土 会 与 铁 、 硅 等 杂 质 形 成 不 同 的 化 合 物 ， 在 晶 界 析 出 中 使 原 来 的 固 溶 存 在 方 式 发 生 改 变 ， 以 此 来 使 铝 的 电 阻 率 不 断 降 低 [ 1 ] 。 在 铝 镁 硅 合 金 中 加 入 稀 土 元 素 还 能 够 起 到 重 要 的 强 化 作 用 ， 其 综 合 作 用 效 果 为 ： 非 金 属 元 素 在 与 稀 土 元 素 的 作 用 过 程 中 形 成 了 具 有 高 熔 点 的 化 合 物 ， 其 可 以 弥 散 到 基 体 中 ； 稀 土 元 素 将 枝 晶 和 晶 粒 网 络 进 行 了 细 化 ； 金 属 元 素 可 以 和 稀 土 元 素 作 用 形 成 高 熔 点 金 属 间 化 合 物 ， 可 以 有 效 稳 定 晶 界 ， 减 少 粗 大 块 状 组 织 ； 稀 土 元 素的加入可以明 显降 低氧 、 氢等夹杂 物的含量 。 2 、 可以减弱非金属杂质的影响 氢 是 有 色 金 属 中 经 常 存 在 的 有 害 杂 质 ， 融 入 液 态 金 属 中 的 氢 在 凝 固 过 程 中 会 通 过 原 子 态 的 形 态 析 出 ， 然 后 其 聚 集 成 高 分 子 ， 会 造 成 晶 间 针 孔 、 疏 松 、 裂 纹 等 问 题 ， 严 重 损 害 了 金 属 的 性 能 和 加 工 过 程 。 因 此 减 少 有 色 金 属 中 氢 的 含 量 是 人 们 在 有 色 金 属 加 工 铸 造 中 非 常 关 注 的 问 题 ， 而 添 加 适 量 稀 土 正 是 减 少 氢 含 量 的 有 效 途 径 。 将 0. 1 % ~ 0 . 3 % 的 稀 土 加 入 到 铝 和 其 合 金 中 可 以 观 察 到 有 效的减氢效果。 3 、 稀 土 可 以 使 有 色 金 属 的 耐 高 温 氧 化 和 耐 腐 蚀 性 能 得 到 提 高 将 不 同 含 量 的 混 合 稀 土 加 入 到 铝 中 制 成 不 同 的 试 样 ， 然 后 将 其 放 入 到 人 造 海 水 和 含 盐 水 中 进 行 3 年 浸 泡 试 验 发 现 ， 在 人 造 海 水 和 含 盐 水 的 铝 其 耐 腐 蚀 性 要 比 没 有 添 加 稀 土 的 铝 的 耐 腐 蚀 性 高 24% 和 32% ， 可 见 少 量 稀 土 的 添 加 可 以 有 效 提 高 铝 的 耐 腐 蚀 性。 4 、 稀土可以使基体表面张力降低 ， 有效提高铸造性能 在 铝 和 铝 合 金 中 添 加 适 量 稀 土 可 以 使 其 基 体 界 面 张 力 和 表 面张力得到降低， 可以有 效提高成型性和 铸造性 。 二 、 例举稀土元素在有色金属中的化学分析 1 、 稀土在铝合金中的化学分析 （ 1 ) 稀土 的 化学分析 以 25% KO H 溶 液 作 为 稀 土 化 学 分 析 的 介 质 溶 液 ， 利 用 电 化 学 测 试 ， 将 铝 合 金 作 为 电 极 ， 辅 助 电 极 选 择 Pt 。 分 析 实 验 ： 对 比 纯 铝 ， 铝 合 金 在 溶 液 电 化 学 中 ， 表 面 覆 盖 薄 膜 ， 利 用 丙 酮 清 除 ， 观 察 铝合 金 试 验样 本 ， 得出 结论 ： ( 1 ) 稀土 元 素 在铝 合金 中 ， 明显 限制 铝 离 子 发 生 电 离 ， 提 高 铝 合 金 抗 腐 蚀 能 力 ； ( 2 ) 稀 土 元 素 确 保 铝 合 金 在碱 性环 境中 稳定 性 ， 有效 抑制 放电 现象 ， 保 障 合 金 均 匀 特性 ； ( 3 ) 抑 制 铝 合 金 析 氢 ， 降 低 铝 合 金 作 为 电 极 反 应 的 极 化 能 力 ， 避 免 正 差异效应的发生， 加强铝合金的稳定度 。 （ 2 ） 稀土对铝合金的化学作用 稀 土 在 铝 合 金 中 可 以 起 到 强 化 和 净 化 作 用 ， 提 高 铝 合 金 的 共 晶 温 度 。 降 低 铝 合 金 偏 析 问 题 出 现 的 频 率 ， 提 升 高 温 强 度 [ 2 ] 。 在 铝 中 增 加 稀 土 ， 可 以 协 助 化 学 反 应 ， 形 成 大 量 稀 土 - 铝 化 合 物 ， 如 ： MeAl 4 型 化 合 物 。 化 合 物 弥 散 析 出 ， 有 效 提 高 合 金 强 度 ， 满 足 合金需求， 广泛用于汽缸盖、 曲轴箱、 活 塞等零件制造。 2 、 稀土在铜合金中的化学分析 （ 1 ) 稀土的化学分析 铜 合 金 中 对 稀 土 La 盐 的 利 用 比 较 广 泛 ， 有 效 提 高 铜 合 金 的 耐 蚀 性 。 利 用 硝 酸 点 滴 法 ， 评 价 稀 土 的 化 学 分 析 ， 通 过 正 交 试 验 ， 获 取 优 质 的 钝 化 硝 酸 实 验 液 体 ， 在 恒 温 、 恒 湿 的 条 件 下 ， 进 行 实 验 ， 获 取 转 化 膜 [ 3 ] 。 借 助 SEM 环 境 ， 分 析 薄 膜 ， 性 能 ， 检 测 到 薄 膜 具备缓蚀特性， 稀土能够提高铜合金的均 匀性 ， 抵抗 外 界腐蚀 。 ( 2 ）稀土在铜合金 中的作用 在 含 0 . 1 2 % ~ 0 . 5 5% P ， 0 . 011 % ~ 0 . 45 % 镧 系 元 素 ， 0 . 0 06 % ~ 0 . 45% Mg 的 铜 合 金 中 ， 经 过 80 % 的 变 形 量 加 工 ， 导 电 率 可 以 提 高 到 9 5 % IAC S 。 因 此 ， 在 大 电 流 和 高 压 条 件 下 使 用 的 真 空 开 关 ， 经 常会采用稀土铜合金铸造 。 3 、 稀土在镁合金中的化学分析 镁 合 金 用 于 汽 车 、 航 天 、 航 空 等 行 业 中 ， 对 强 度 、 韧 度 的 要 求 比 较 高 ， 提 高 对 稀 土 的 应 用 力 度 ， 满 足 行 业 需 求 。 通 过 Hcl o 4 分 解 ， 保 持 pH= 2 . 0 ， 分 离 F - ， 利 用 F - 沉 稀 土 中 的 La ， 以 E DTA 为 检 测 溶 剂 ， 二 甲 酚 橙 为 指 示 剂 。 化 学 测 定 稀 土 含 量 ， 确 保 稀 土 对 镁 合金的稳定作用。 结束语 稀 土 元 素 可 以 有 效 提 高 合 金 强 度 ， 细 化 金 属 枝 晶 和 晶 粒 网 路 ， 并 能 够 净 化 熔 体 ， 在 镁 、 铜 、 铝 等 有 色 金 属 及 其 合 金 中 取 得 了 良 好 的 实 践 效 果 。 因 此 ， 应 当 加 强 研 究 稀 土 元 素 对 有 色 金 属 及 其 合 金 的 影 响 机 理 ， 充 分 分 析 其 在 有 色 金 属 物 理 性 能 、 力 学 性 能 、 化 学性能、 工艺性能等方面的改善作用， 以不断拓展稀土 应 用范围 。 参考文献 ： [ 1 ] 孙 伟 成 , 张 淑 荣 . 稀 土 元 素 在 铝 合 金 中 的 合 金 化 作 用 [J]. 兵 器材料科学与工程, 2012,( 10): 61- 62. [ 2 ] 黎 业 生 , 董 定 乾 , 吴 子 平 . 稀 土 铝 合 金 的 研 究 现 状 及 应 用 前 景[J]. 轻合金加工技术 , 2011 ,( 35): 57- 58. [ 3 ] 王 荣 滨 . 稀 土 铜 合 金 的 研 究 与 应 用 [J]. 有 色 金 属 加 工 , 2011, ( 14): 74- 75. 作 者 简 介 ： 赵 志 刚 （ 1981 - ） 男 汉 黑 龙 江 哈 尔 滨 人 黑 龙 江 省有色金属地质勘查研究总院 工程师 本科学历 技术管理 技术管理 179