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 150000)

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%KOH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：MeA l4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0.12%～0.55%P，0.011%～0.45%镧系元素，0.006%～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95%IACS。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H clo4分解，保持pH=2.0，分离F-，利用F-沉稀土中的La，以EDTA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。

[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.