稀土元素在鎂合金中產(chǎn)生的作用

對(duì)于稀土元素在鎂合金中產(chǎn)生的主要作用和效果,可以從物理冶金和化學(xué)冶金兩方面來分析。

    (1)稀土和鎂的晶體結(jié)構(gòu)類似性。大部分稀土元素在使用溫度下的晶體結(jié)構(gòu)與鎂相似,為密排六方結(jié)構(gòu)(hcp),因此具有較高的固溶度。某些MgRE亞穩(wěn)相為六方相(超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),DO19),易和鎂基體形成共格/半共格關(guān)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(shù)的增加而減小,這種現(xiàn)象稱為“鑭系收縮”。但在Eu和Yb處呈現(xiàn)兩個(gè)峰值,稱為“雙峰效應(yīng)”。大部分稀土元素與鎂的原子半徑之差在15%以內(nèi),所以大部分稀土元素在鎂中具有較高的固溶度(有些高達(dá)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(shù)的增加而增大,恰恰在Eu和Yb處形成兩個(gè)低谷，我們稱之為“雙谷現(xiàn)象”，這種現(xiàn)象與Eu和Yb原子半徑遠(yuǎn)大于鎂原子半徑有直接關(guān)系。

    (3)稀土元素的電負(fù)性變化范圍大，電負(fù)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(fù)性為1.31，稀土元素與鎂的電負(fù)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(fù)性相差越大，越易形成金屬間化合物，生成的化合物越穩(wěn)定。

    (4)三價(jià)的稀土元素增強(qiáng)合金基體中Mg2+間的結(jié)合力。稀土金屬多以三價(jià)形式溶于二價(jià)鎂基體中,提高合金基體的電子云密度,增強(qiáng)鎂合金中原子間的結(jié)合力。此外,稀土原子的質(zhì)量和半徑都比鎂原子大,從而能夠減慢原子的擴(kuò)散速率,有助于提高合金力學(xué)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)。合金熔煉時(shí)稀土易于在合金液表面聚集,形成MgO、RE2O3等多元復(fù)合致密氧化物層,減輕氧化現(xiàn)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(xì)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(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此與雜質(zhì)反應(yīng),可以生成熔點(diǎn)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(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好的第二相化合物,這些化合物在高溫下不易長(zhǎng)大變形或分解,有助于提高合金的強(qiáng)度和耐熱性能。

    (6)促進(jìn)時(shí)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(shí)效強(qiáng)化的基本條件。試驗(yàn)證明，Gd、Tb、Y和Sc都促使鎂合金具有顯著的時(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定。本儀器采用高頻感應(yīng)加熱爐燃燒樣品，紅外線吸收法測(cè)試樣品中碳硫兩元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測(cè)量范圍 ：碳 （C）0.0001% ～ 10.000% （可擴(kuò)至99.999%）；硫 （S）0.0001% ～ 3.5000% （可擴(kuò)至99.999%）；測(cè)量誤差： 碳符合 ISO9556 標(biāo)準(zhǔn)；硫符合 ISO4935 標(biāo)準(zhǔn) ，分析時(shí)間： 25 ～ 60s 可調(diào)，一般在 35s 左右。

                南京諾金高速分析儀器廠

                   2023年5月10日