而且在荧光、磁性、激光、光纤通讯、贮氢动力、超导等材料范畴有着不行短少的效果直接影响着光学仪器、电子、航空航天、核工业等新式高技能工业展开的速度和水平。这些技能成功运用于军事技能

　　稀土新材料在现代军事技能中所发挥的特别效果,广泛引起各国政府和专家的高度重视,如被美国、日本等国家有关部门列为展开高技能工业和军事技能的要害元素。

　　严厉讲，一切的稀土元素都有必定的军事用处，但在国防和军事范畴发挥最要害效果的应该是激光测距、激光制导、激光通讯等范畴的运用。

　　效果包含净化蜕变和合金化两个方面,即首要是脱硫、脱氧和去除气体,消除低熔点有害杂质的影响,细化晶粒和安排,影响钢的相变点然后进步钢的淬透性和力学功用等,军工科技人员运用稀土的这一性质,研发了不少适于兵器运用的稀土材料。

　　早在60年代初期,我国兵器工业就开端了稀土在装甲钢和炮钢上的运用研讨,先后出产了601、603、623等稀土装甲钢,创始了我国坦克出产中的要害原材料立足于国内的新纪元。

　　60年代中期,我国又在原某种优质碳素钢中参加0.05%的稀土,制成了稀土碳素钢。这种稀土钢较原碳素钢的横向冲击值进步了70%～100% , - 40℃时的冲击值进步近1倍。选用该钢制作的大口径药筒经靶场射击实验证明,完全能满意技能要求,现在我国已定型投产,完结了我国在药筒材料方面以钢代铜的多年夙愿。

　　稀土高锰钢用于制作坦克履带板,稀土铸钢用于制作高速脱壳穿甲弹的尾翼、炮口制退器和火炮结构件,可削减加工工序,进步钢材的运用率,并能到达战术技能指标。

　　曩昔,我国前膛弹弹体材料均选用以优质生铁参加30% ~ 40%的废钢而制成的半钢性铸铁,由于其强度低、脆性大、爆破后的有用杀伤破片数量少且不尖利以及杀伤威力弱等原因,一度捆绑了前膛弹弹体的展开。自1963年后,选用稀土球墨铸铁制作各种口径的迫击弹,使其力学功用进步1 ~ 2倍,有用杀伤破片数量成倍增加,破片刃口尖利,大大进步了杀伤威力。我国用这种材料制作的某型加农炮炮弹和野战炮炮弹战役壳体,其有用杀伤破片数和密布杀伤半径比钢质壳体技高一筹。

　　稀土具有很高的化学活性和较大的原子半径,参加到有色金属及其合金中,可细化晶粒、避免偏析、除气、除杂和净化以及改进金相安排等效果,然后到达改进机械功用、物理功用和加工功用等归纳意图。国内外材料作业者运用稀土的这一性质,研宣布了新式稀土镁合金、铝合金、钛合金、高温合金,这些产品在歼击机、强击机、直升机、无人驾驶机、以及导弹卫星等现代军事技能上取得了广泛的运用。

　　稀土镁合金比强度较高,能减轻飞机分量,进步战术功用,具有广泛的运用远景。我国航空工业总公司(以下简称中航总)研发的稀土镁合金包含铸造镁合金及变形镁合金约有10个商标,许多商标已用于出产,质量安稳。例如:以稀土金属钕为首要增加元素的ZM 6铸造镁合金已扩展用于直升机后减速机匣、歼击机翼肋及30 kW发电机的转子引线压板等重要零件。中航总与有色金属总公司联合研发的稀土高强镁合金BM 25已代替部分中强铝合金,在强击机上取得运用。

　　70年代初,北京航空材料研讨院(简称:航材院)在Ti—A1—M o系钛合金顶用稀土金属铈(Ce)代替部分铝、硅,约束了脆性相的分出,使合金在进步耐热强度的一同,也改进了热安稳功用。以此基础上,又研宣布了功用杰出的含铈的铸造高温钛合金ZT3。它与世界同类合金比较,在耐热强度及工艺功用方面均具有必定的优势。用它制作的压气机匣用于W PI3Ⅱ发动机,每架飞机减重达39 kg,进步推重比1.5% ,此外削减加工工序约30% ,取得了显着的技能经济效益,填补了我国航空发动机在500℃条件下运用铸钛机匣的空白。研讨标明,含铈的ZT3合金安排中存在着细微的氧化铈质点。铈化合了合金中的一部分氧,构成了难熔的、高硬度的稀土氧化物质点Ce2O3。这些质点在合金形变进程中阻止了位错运动,进步了合金高温功用,铈夺取了一部分气体杂质(尤其是在晶界上的),就有或许在使合金强化的一同,坚持杰出的热安稳功用。这是在铸造钛合金中运用难溶质点强化理论的初次测验。此外航材院在钛合金溶模精细铸造工艺中,经多年研讨,选用了特其他矿化处理技能,研宣布了安稳廉价的氧化钇砂料与粉料,它在比重、硬度和对钛液的安稳性上,都到达了较好的水平,而在调理操控壳料浆功用上,表现出更大的优胜性。用氧化钇型壳制作钛铸件的杰出长处是:在铸件质量和工艺水平与钨面层工艺适当的条件下,能制作比钨面层工艺更薄的钛合金铸件。现在,该工艺已广泛用于制作各种飞机、发动机及民品铸件。

　　中航总研发的含稀土耐热铸造铝合金HZL206,与国外含镍的合金比较,具有优胜的高温文常温力学功用,并已到达国外同类合金的先进水平。现已用于直升机和歼击机作业温度达300℃的耐压阀门,代替了钢和钛合金。减轻了结构分量,已投入批量出产。稀土铝硅过共晶ZL117合金在200～300℃下的拉伸强度超越西德活塞合金KS280和KS282,耐磨功用比常用活塞合金ZL108进步4～5倍,线胀大系数小,尺度安稳性好,已用于航空附件KY—5,KY—7空压机和航模发动机活塞。稀土元素参加铝合金中,显着改进显微安排和机械功用。稀土元素在铝合金中的效果机制为:构成涣散散布,细微的铝化合物起着显着的第二相强化效果;稀土元素的参加起到了除气净化效果,然后削减合金中气孔的数量,进步合金的功用;稀土铝化合物作为异质晶核细化晶粒和共晶相,也是一种蜕变剂;稀土元素促进了富铁相的构成和细化,削减了富铁相的有害效果。α—A1中铁的固溶量随稀土参加量的增加而削减,也对进步强度和塑性有利。

　　纯稀土金属因其化学性质生动,极易同氧、硫、氮效果生成安稳的化合物,当遭到剧烈冲突与冲击发生火花时,可点着易燃物。因而,早在1908年它就被制成打火石。现已查明, 17种稀土元素中有铈、镧、钕、镨、钐和钇等六种元素具有特别杰出的纵火功用。人们将稀土金属的纵火性制成了各式焚烧兵器,例如美国“马克—82型”227 kg航弹选用稀土金属内衬,除了发生爆破杀伤效应处,还发生纵火效应。美国空对地“阻尼人”火箭战役部内装108个稀土金属方棒作内衬,代替部分预制破片,静爆破实验证明,其点着航空油料的才能比无内衬的高44%。

　　由于纯稀土金属的价格较为贵重,各国在焚烧兵器中广泛选用价廉的复合稀土金属。复合稀土金属焚烧剂经高压装填于金属壳体中,焚烧剂密度为(1.9 ~ 2.1)×103㎏/m 3,焚烧速度1.3～1.5 m m /s,火焰直径约500 m m ,火焰温度高达1 715～2 000℃。其焚烧后火热体火热持续时刻善于5m in。美军在侵越战役中,用发射器发射的一种40 m m纵火榴弹,其内装填的点着内衬就用混合稀土金属制成的。当弹体爆破后,每一片带有点着内衬的破片都可点着方针。其时该弹的月产量达20万发,最高达26万发。

　　分量为100 g的稀土焚烧合金可构成200 ~3 000个火种,覆盖面积大,与穿甲弹、破甲弹的杀伤半径适当。为此,展开焚烧威力的多功用弹药成为现在中外弹药展开的主攻方向之一。关于穿甲弹和破甲弹,其战术功用要求在击穿敌坦克装甲之后,还能将其油料、弹药点着,以完全炸毁坦克。关于榴弹则要求在其杀伤范围内点着军需物资和战略设备等。据悉,美国制作的一种塑料稀土金属焚烧弹,其弹体由玻璃纤维增强的尼龙制成,内装混合稀土合金弹芯,用于抵挡装有航空燃料及类似的方针具有较佳效果。

　　稀土元素具有防辐射特性。美国国家中子截面中心选用高分子材料为基材,增加或不增加稀土元素制成了两种厚度为10 m m的板材进行防辐射实验。结果标明,稀土高分子材料的热中子屏蔽效果优于无稀土高分子材料5 ~ 6倍。其间增加钐、铕、钆、镝等元素的稀土材料的中子吸收截面最大,具有杰出的抓获中子的效果。现在,稀土防辐射材料在军事技能中的首要运用包含以下几个方面。

　　美国选用1%硼和5%的稀土元素钆、钐和镧,制成厚度为600m m的防辐射混凝土,用于屏蔽游泳池式反响堆裂变中子源。法国选用石墨为基材增加硼化物、稀土化合物或稀土合金,研发成一种稀土防辐射材料。这种复合屏蔽材料的填料要求散布均匀并制成预制件,依据屏蔽部位的不同要求,别离置于反响堆通道的四周。

　　它由四层单板组成,总厚度为5 ~ 20 cm。第一层用玻璃纤维增强塑料制成,选用无机粉末增加2%的稀土化合物为填料,以阻滞快中子、吸收慢中子;第二层和第三层,是在前者之中再参加硼石墨和聚苯及占填料总量10%的稀土元素,以阻滞中能中子和吸收热中子;第四层选用石墨代替玻璃纤维,参加含25%稀土化合物,吸收热中子。

　　将稀土防辐射涂料涂在坦克、舰艇、掩蔽部和其它军事配备上,能够起到防辐射的效果。

　　稀土氧化钇可用作沸水反响堆(BW R)中铀燃料的可燃吸收体。在一切元素中,钆吸收中子的才能最强,每个原子约4 600靶,每个天然钆原子在失效前均匀吸收4个中子。当与可裂变的铀混合时,钆可促进焚烧,下降铀的耗费并进步能量输出。氧化钆不象碳化硼那样发生有害的副产品氘,在核反响时既能与铀燃料又能与它的包覆材料般配。用钆代替硼的长处是钆能与铀直接混合,以避免核燃料棒胀大。据统计,现在全世界方案兴修的核反响堆149座,其间115座压水堆运用稀土氧化钆。稀土钐、铕和镝已用作中子增殖反响堆的中子吸收剂。稀土钇在中子中抓获截面小,可用作熔盐反响堆的管材。增加稀土钆和镝的薄箔可用作航天、核工业工程中中子探场仪,少数的稀土铥和铒用作密封管中子发生器的靶材料,稀土氧化铕—铁金属陶瓷用于制作改进型反响堆操控支承板。稀土钆还能够用作防中子弹辐射的涂料增加剂,涂有含氧化钆的特别涂料的坦克车可防中子辐射。稀土镱被用于丈量地下核爆破所引起的地应力的设备中。当稀土镱受力时,电阻加大,电阻的改动可用来核算所受的压力。把气相堆积、交织涂敷的稀土钆箔和一个应力灵敏元件相联,可用于丈量很高的核应力。

　　被誉为新一代磁王的稀土永磁材料,是现在已知的归纳功用最高的一种永磁材料。它比70年代在军事配备中运用的磁钢的磁功用高100多倍。现在,它已成为现代电子技能通讯中的重要材料,用在人造地球卫星、雷达等方面的行波管、环行器中,因而,在军事上有其重要的含义。

　　钐钴磁体和钕铁硼磁体在导弹制导系统顶用于电子束致集合,磁体是电子束的首要集合器材,它将数据传递至导弹的操作面。在导弹的每一个集合制导设备中约在5~10磅(2.27 ~4.54㎏)磁体。此外,稀土磁体还用于驱动电动机,滚动制导导弹的方向舵,其优势在于较原用的铝镍钴磁性强、分量轻。

　　激光是一种新式光源,它具有很好的单色性、方向性和相干性,而且可达很高的亮度。激光与稀土激光材料是一同诞生的。到现在为止,大约90%的激光材料都涉及到稀土。例如:以钇铝石榴石晶体是当今遍及的一种在室温下可取得接连高功率输出的激光器。固体激光器在现代军事上的运用包含以下几个方面。

　　石激光测距机可测间隔达4 000～20 000 m ,准确5 m。美国的M I,德国的“豹”Ⅱ、法国的“勒克莱尔”,日本的90式、以色列的“梅卡瓦”,还有英国最新研发的“挑战者—2”坦克等兵器系统都选用了这类激光测距机。现在,有些国家正在研发新一代的人眼安全固体激光测距机,其作业波段为1.5～2.1μm。美国、英国的选用掺钬氟化钇锂激光器研宣布手持式激光测距机,其作业波段为2.06μm ,测距达3 000 m。美国还与世界激光公司联合选用掺铒氟化钇锂激光器,研宣布波长为1.73μm的激光测距机,并许多配备部队。我国的军用测距机激光波长1.06μm ,测距200～7 000 m。我国在发射长途火箭、导弹和实验通讯卫星中均经过激光电视经纬仪在靶场丈量中取得重要数据。

　　激光制导炸弹是用激光进行终端制导。对方针照耀激光选用每秒宣布几十个脉冲的Nd·YAG激光器,脉冲进行编码,光脉冲能自导导弹呼应,然后可避免导弹发射的搅扰和敌方设置的妨碍。如称作“灵活炸弹”的美军GBV—15滑翔炸弹。同理,也可用于制作激光制导炮弹。

　　除Nd·YAG可用作激光通讯外,四磷酸钕锂晶体(LNP)的激光输出有偏振性,易于调制,被认为是最有期望的微型激光材料之一,适于光纤通讯的光源,并可望在集成光学和世界通讯方面取得运用。其他,钇铁石榴石(Y3Fe5O12)单晶可用微波集成工艺来作各种静磁外表波器材,使器材集成化,小型化,在雷达遥控遥测、导航及电子对抗中有特别用处。

　　当某种材料在低于某一温度时,呈现电阻为零的现象即超导现象,该温度是临界温度(Tc)。超导体是一种抗磁体,低于临界温度时,超导体排挤任何企图施加于它的磁场,这便是所谓的迈斯纳效应。在超导资猜中增加稀土元素能够使临界温度Tc大大进步。这就大大推动了超导材料的研发和运用的展开。80年代,美、日等发达国家先后在氧化钡、氧化铜化合物中增加了必定量的镧、钇、铕、铒等稀土氧化物,经混匀、约束及烧结而成超导陶瓷材料,使超导技能的广泛运用特别是在军事上的运用更为宽广。

　　近年来,国外展开了超导技能在电子核算机上的运用研讨,并用超导陶瓷材料研发成超导集成电路,若用这种集成电路制作超导核算机,不只体积小、分量轻、运用方便,而且运算速度比半导体核算机快10 ~ 100倍,每秒浮点运算达3 000亿次到10 000亿次。因而,美军方预言:超导核算机一旦面世,即成为部队C1系统战役力的“倍增器”。

　　用超导陶瓷材料制成的磁灵敏元件体积小,便于完结集成化、阵列化,可组成多渠道、多参数的勘探系统,使单位信息容量大大增加,并使磁探仪的勘探间隔和精度大为进步。用超导磁探仪不只能够发现坦克、车辆及潜艇等活动方针,而且能测定其尺度,然后使反坦克和反潜战等战术和技能发生严重改动。

　　据悉,美国水兵已确认选用这种稀土超导材料研发一种遥感卫星,用来演示和改进传统的遥感技能。这种名叫水兵地球图画观测仪的卫星在2000年现已发射。

　　稀土超磁致弹性材料是国外八十年代末新开发的新式功用材料。首要是指稀土—铁系化合物。这类材料具有比铁、镍等大得多的磁致弹性值,其磁致弹性系数比一般磁致弹性材料高约102 ~ 103倍,因而被称为大或超磁致弹性材料。在一切产品资猜中,稀土超磁致弹性材料是在物理效果下应变值最高、能量最大的材料。特别是铽镝铁磁致弹性合金(Terfenol—D)的研发成功,更拓荒了磁致弹性材料的新时代。当Terfenol—D置于一个磁场中,其尺度的改动比一般磁性材料大,这种改动使一些精细机械运动得以完结。现在广泛用于多种范畴,从燃料系统、液体阀门操控、微定位到机械致动器太空望远镜的调理安排和飞机机翼调理器等范畴。Terfenol—D材料技能的展开使电—机械转化技能取得突破性展开。并对尖端技能、军事技能的展开及传统工业的现代化发生了重要的效果。稀土磁致弹性材料在现代军事上的运用首要有以下几个方面:

　　一般的声纳发射频率都在2 kHz以上,可是低于此频率的低频声纳有其特其他优胜性:频率越低、衰减越小、声波传得越远,一同频率低遭到水下回声屏蔽的影响就越小,用Terfenol—D材料制做的声纳能够满意大功率、小体积、低频率的要求,所以展开得较快。

　　首要用于小型受控动作器材———致动器。包含操控精度达纳米级,以及伺服泵、燃料注入系统、制动器等。用于军用轿车、军用飞机航天器、军用机器人等。

　　如袖珍测磁仪、勘探位移、力、加速度的传感器以及可调谐的外表声波器材等。后者用于雷、声纳的相位传感器和核算机的存储元件。

　　其他如稀土发光材料、稀土贮氢材料、稀土巨磁阻材料、稀土磁致冷材料、稀土磁光存储材料等都在现代军事上有了成功的运用,大大地进步了现代兵器的战役力。例如稀土发光材料成功运用于夜视设备,在夜视镜中,稀土荧光粉将光子(光能量)转化成电子,电子在经过光纤显微道平面的几百万个小孔被增强,相互从壁上来回反射,释放出更多的电子。在尾端的另一些稀土荧光粉则将电子从头转化成光子,所以用目镜就能看到图画了。这一进程与电视屏幕很类似,正是稀土荧光粉将某种五颜六色图画发射至电视屏幕上。美国工业界一般运用五氧化二铌,可是,要使夜视系统取得成功,稀土元素镧对错常要害的成分。海湾战役中,多国部队便是用这种夜视镜一次又一次地观测伊军的方针,以小小的价值交换大成功。

　　稀土工业的展开,有力地推动了现代军事技能的全面进步,军事技能的进步,又带动了稀土工业的昌盛展开。笔者信任,跟着世界科学技能的飞速行进,稀土产品必将以其特其他功用,在现代军事技能的展开中,发挥更大的效果,并为稀土职业自身带来巨大的经济效益和杰出的社会效益。

　　稀土在铸造铝合金中的运用国外展开的较早，我国尽管从20世纪60年代才开端这方面的研讨和运用，但展开很快，从机理研讨到实践运用都做了许多作业，并取得了一些效果。随同稀土元素的参加，铝合金的力学功用、铸造功用、电学功用等都得到了极大地改进。在新材料范畴，稀土元素丰厚的光学、电学及磁学特性也发挥着重要的效果，用来制作稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料等。

　　稀土在铝合金及其它合金中多以微量元素方式参加，稀土化学活性很高、熔点高、高温下易氧化烧损等，这给稀土铝合金的制备和运用研讨造成了必定的困难。在长时刻的实验研讨中，人们不断探究稀土铝合金的制备办法。现在制备稀土铝合金的出产办法首要有混熔法、熔盐电解法和铝热复原法。

　　混熔法是将稀土或混合稀土金属按份额加到高温铝液中，制得中心合金或运用合金，将中心合金和按核算余量剩余的铝再一同熔炼、充沛拌和、精粹。

　　熔盐电解法是在电解铝时，向工业铝电解槽中参加稀土氧化物或稀土盐类，同氧化铝一同电解，以制取稀土铝合金。熔盐电解法在我国展开比较快，一般能够有两种途径即液态阴极法和电解共析法，现在现已展开到了能够直接把稀土化合物参加工业铝电解槽里，用共析法电解氯化物熔体出产出稀土铝合金。

　　由于金属铝具有很强的复原才能，铝又能够与稀土构成多种金属间化合物，因而能够选用铝作复原剂来制备稀土铝合金。其首要化学反响如下式标明:

　　其间，稀土质料可用稀土氧化物或稀土富渣；复原剂可选用工业用纯铝或硅铝等；复原温度1400℃～1600℃。前期是在有助热剂和助熔剂存在的条件下进行的，而且复原温度较高都会发生许多问题；近年来，研讨人员研讨出一种新的铝热复原法，在较低温度(780℃)，在氟化钠、氯化钠系统中完结的铝热复原反响，避免了本来高温发生的问题。

　　由于稀土铝合金具有导电性好、载流量大、强度高、耐磨损、易加工、寿命长等长处可用于制作电缆线、架空输电线、线芯、滑接线和特别用处的细导线。在Al－Si合金系中参加微量的RE能够进步导电性，这是由于铝合金中硅是含量较高的杂质元素对电功用的影响较大，而增加适量的稀土能够改进硅在合金中的存在形状和散布状况，能够有用改进铝的电功用；在耐热铝合金导线中参加少数的钇或富钇混合稀土后，不只坚持杰出的高温功用还能够进步导电率；稀土能够进步铝合金系的拉伸强度、耐热性和耐腐蚀性，选用稀土铝合金的电缆、导线能够加大架起电缆线铁塔的跨距，并延伸电缆的运用寿命。

　　在修建职业运用最广泛的是6063铝合金，参加0.15%～0.25%的稀土，能够显着改进铸态安排和加工安排，能够进步揉捏功用、热处理效果、力学功用、耐蚀功用、外表处理功用和色彩。研讨发现，在6063铝合金中稀土首要散布在α－Al中和相界、晶界以及枝晶间，它们固溶在化合物中或以化合物的方式存在，细化枝晶安排和晶粒，使未溶共晶尺度和韧窝区中的韧窝尺度显着变小，散布均匀，密度增加，使合金的各项功用得到不同程度的改进，如型材强度进步20%以上，延伸率进步50%，腐蚀速率下降一倍以上，氧化膜厚度增加5%～8%，上色功用进步3%左右。因而RE－6063合金修建型材取得广泛运用。

　　在日用铝制品用纯铝和Al-Mg系等铝合金中增加微量稀土，能显着进步力学功用、深冲性和耐蚀性。选用Al-Mg-RE合金制作的铝壶、铝锅、铝盘、铝饭盒、铝家具支架、铝自行车和家电零部件等日子日用品，与未加稀土的铝合金制品比较，耐腐蚀性进步2倍多，分量减轻10%～15%，成品率增加10%～20%，出产成本下降10%～15%，且具有更好的深冲和深加工功用。现在，稀土铝合金日用品取得了广泛的运用，产品大幅增加，热销国内外市场。

　　在用量最多的铝硅系铸造合金中，加上千分之几的稀土，就能显着改进合金的机械加工功用，已有多种商标的产品用于飞机、船只、轿车、柴油机、摩托车和坦克车(活塞、齿轮箱、汽缸和仪器仪表等器部件)等方面。在研讨和运用中发现，Sc是优化铝合金安排功用的最有用元素，对铝有很强的弥散强化、细晶强化、固溶强化和微合金强化效果，能够进步合金的强度、硬度、塑性、耐性、抗蚀性、耐热性等。Sc-Al系合金已运用于航天航空、舰船、高速列车、轻型轿车等高新技能工业。美国航天局开发的C557Al-Mg-Zr-Sc系钪铝合金具有高强度和高温与低温安稳性已运用于飞机机身与飞机结构件；俄罗斯研讨开发的0146Al-Cu-Li-Sc系合金已运用于航天器低温燃料贮箱。

　　如在铍铜合金中未加稀土前，夹杂物多为不规则棱角形的Cu 2 O和Cu 2 S，当稀土增至0.05%时部分夹杂物已球化;当增加至0.32%时，夹杂物悉数球化，稀土夹杂物代替了Cu 2 O和Cu 2 S，使夹杂物由固溶态变为稀土化合物分出。

　　稀土和铜元素能够构成硬度较高、散布均匀的金属间化合物，这些化合物成为位错运动的阻力;而且稀土能够有用地改进夹杂物的存在方式和散布，削减其弱化晶界的或许，削减了接受载荷时沿晶界开裂的几率，因而进步了耐磨性。含有稀土的铸造黄铜的安排为α相基体上散布着β相及κ相(FeAl)，其间α相较软，确保了铜合金具有必定的塑性，而β相及κ相较硬，进步了合金的强度和耐磨性，一同安排中还存在稀土与杂质反响而构成的圆球状金属间化合物，这种金属间化合物具有很高的硬度。因而含有稀土的铸造黄铜具有较高的硬度及杰出的塑性及耐性，能够缩短跑合阶段的时刻，延伸安稳磨损的阶段，然后到达削减磨耗，延伸工件运用寿命的意图。在高锰铝青铜中增加Ce和B，可使其干冲突磨损削减20%左右，光滑冲突磨损量削减50%左右。

　　镁及其合金作为现阶段最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度和比刚度、高阻尼性、杰出的导热性、优秀的机加工性、安稳的零件尺度、易收回等长处，在航空、航天、轿车工业、运送、电子、通讯、核算机等职业有广泛的运用。

　　镁合金由于力学功用不够高、耐蚀性差等缺乏，约束了镁合金在出发日子中的广泛运用，而当增加少数稀土后，镁合金各种功用可得到大幅进步。稀土元素坐落元素周期表的Ⅲ B族，原子的最外层电子结构相同，都是2个电子，次外层电子结构类似，倒数第3层4f轨道上的电子数从0～14各不相同；化学功用相差不大，化学性质都很生动。镁合金和稀土元素都是密排六方晶体结构，因而稀土元素在镁合金中都有较大的固溶度。稀土元素中除了Sc以外，其他的16个元素都能够与Mg组成共晶相，大多数的稀土元素在Mg中的固溶度都是很大的，表1列出了稀土元素在镁中的最大固溶度及与镁基固溶体共存的化合物相。

　　镁元素化学性质生动，易与O 2和H 2 O反响构成MgO，使得镁合金中含有氧化夹杂物，下降了镁合金的质量和运用功用。氧化夹杂物一般存在于镁合金铸件的基体或晶界上，导致合金发生疲惫裂纹，且下降了力学功用和耐腐蚀功用等。而稀土元素的增加，不只能够削减夹杂物的数量，还能细化晶粒，进步合金的功用。

　　当稀土元素Ce增加到AM50镁合金中，Ce起到净化合金的效果，削减了如Fe、Ni等杂质。Y的增加能够减小揉捏Mg-Zn-Zr合金的晶粒尺度，晶粒尺度从不含Y的14.2μm减小到3%（质量分数）的3.2μm，降幅高达77%。

　　Mg-Al系镁合金是现在商标最丰厚、运用最广的镁合金系列，增加到Mg-Al系镁合金的稀土元素首要有Ce、Y、Nd等。不含稀土的Mg-Al基合金首要有α-Mg枝晶和散布于枝晶间的金属间化合物β-Mg 17 Al 12相；而当Mg-3%Al基合金增加稀土元素后，α-Mg枝晶变细，金属间化合物β-Mg 17 Al 12相由Al 11 RE 3和Al 2 RE所代替。Al 11 RE 3和相根本安稳在200℃，当温度持续升高时，Al 11 RE 3相会转变为Al 2 RE相。这也说明晰，Al 11 RE 3的安稳性是有条件的。

　　增加稀土元素后，不管是在室温仍是200℃，合金的强度均增加，延伸率也一向坚持较高水平。增加稀土元素后强度进步或许与以下要素有关：首要，许多的金属间化合物Al 11 RE 3的构成，对枝晶鸿沟的强化起到了很大的效果；其次，增加稀土元素细化了枝晶臂，促进强度的进步；最终，增加稀土元素，特别是Y，会经过固溶强化进步Mg基体的强度。

　　咱们经过Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn和Mg-Al-Sn系列具体介绍稀土元素对Mg-Al系合金力学功用的影响。表2列出了部分典型的增加稀土的Mg-Al系合金的状况及力学功用。

　　现在工业上最常用的Mg-Al系镁合金是Mg-Al-Zn系列，其间功用比较好的是AZ91铸造镁合金，AZ31和AZ61变形镁合金。AZ91镁合金的成形功用很好，广泛运用于压铸职业，能够压铸出产出结构杂乱的工件；AZ31镁合金和AZ61镁合金有较强的变形才能，被用来出产各种镁合金锻压件和揉捏件。

　　稀土元素Y对AZ91合金的功用有较大的影响。未增加Y的铸态AZ91合金中首要是接连的共晶相Mg 17 Al 12，当增加Y后，分出物发生了很大的改动：当Y的增加量为0.3%（质量分数）时，合金中没有发现Y的分出物；当Y的增加量在０0.6%~0.9%（质量分数）之间时，新的Al 2 Y相构成，而Mg 17 Al 12相的成长描摹发生了改动；当Y的增加量进一步增多到1.2%（质量分数）时，Al 2 Y相更粗糙，而Mg 17 Al 12相转变为棉花状结构。

　　图１给出了跟着Y增加对AZ91合金强度的影响的联系。从图１能够看出，不管是室温仍是200℃的有用温度下，增加Y的AZ91-Y合金强度高于未增加的AZ91合金。屈从强度和抗拉强度都跟着Y含量的增加而增加；当Y含量在0.6%~0.9%之间时，强度值到达最大；但当Y含量超越0.9%，强度有削弱的趋势。强度增强的原因或许是：应力从比较软的镁合金基体有用地搬运到了强化相Al 2 Y相，使得强度增大；安稳的Al 2 Y相成为阻止位错滑移的妨碍，使更多的位错集合在Al 2 Y相邻近，增强了位错强化。相同，关于300℃下揉捏的AZ91D合金及增加稀土元素的AZ91D+Y合金，稀土元素Y能够进步合金的强度。当Y的含量为2%（质量分数）时，合金的力学功用最好。比照AZ91合金，Mg-12.55Al-3.33Zn-0.58Ca-1Nd合金具有更优的拉伸强度，其抗拉强度能够到达481MPa，可是延伸率较低，只要5%。

　　研讨Gd对Mg-2Al-1Zn功用的影响时发现，室温下Mg-2Al-1Zn-4Gd合金具有最高的屈从强度，而延伸率是最低的。相同在200℃，Mg-2Al-1Zn-4Gd合金也表现出最优的屈从强度和抗拉强度。这说明Mg-2Al-1Zn-4Gd合金有比较好的热安稳性。全体来说，跟着温度的升高，合金的拉伸功用削弱，延展性进步。

　　Mg-Al-Mn系镁合金首要有AM60A、AM60B、AM50A和AM20等系列。室温下Mg-Al-Mn系镁合金强度不高，不过其脆性低，变形才能强，一般用来制作轿车车轮、方向盘、座椅架等重要零部件。为了进步其强度，能够经过增加稀土元素，如Ce、Y等。

　　稀土元素Ce对Mg-5Al-0.3Mn合金的力学功用影响较大。不含Ce的Mg-5Al-0.3Mn合金的力学功用很差，其抗拉强度、屈从强度和延伸率别离为158,64MPa和8%。跟着Ce含量的增多，合金的拉伸功用进步。当Ce的增加量为1.5%时，合金的拉伸功用最好，相对不含Ce的Mg-5Al-0.3Mn合金，其抗拉强度、屈从强度和延伸率的涨幅别离为28.5%,37.5%和150%。但当Ce的增加量进一步增大时，合金的拉伸功用又开端削弱。

　　当Ce增加到Mg-5Al-0.3Mn合金中，会沿着晶界生成Al 11 Ce 3，Al 11 Ce 3相能够有用地阻止位错运动和晶界滑移；此外，跟着Ce元素的增加，β-Mg 17 Al 12相的描摹细化为颗粒状且体积分数减小，这都是导致Mg-5Al-0.3Mn-1.5Ce合金力学功用进步的重要原因。但当Ce的增加量较大后，其力学功用削弱，这是由于具有团簇结构的Al 11 Ce 3相许多构成。这种团簇结构使得α-Mg基体分割为许多小的区域。因而，在Al 11 Ce 3相和α-Mg基体界面间简单发生裂缝。因而能够得出，Al 11 Ce 3相的描摹和含量对进步Mg-5Al-0.3Mn合金的力学功用影响严重。

　　单纯的增加稀土元素对力学功用的进步是有限的，后续的加工处理是进步强度的有用处径。将力学功用最好的Mg-5Al-0.3Mn-1.5Ce合金热轧，热轧后合金的抗拉强度和屈从强度比铸态时均进步，别离为318和225MPa（涨幅别离为57%和156%），但延伸率减小到9%。抗拉强度和屈从强度进步是由于热轧会发生动态再结晶进程，使得晶粒尺度会显着减小；长针状Al 11 Ce 3相在热轧进程中会开裂成许多小的部分，减缓切削效应；且开裂的Al 11 Ce 3相经过位错的相互效果和变形进程中的钉扎效果能显着进步合金的强度。

　　研讨发现稀土元素Y也能进步Mg-5Al-0.3Mn-xY（x=0,0.3%，0.6%，0.9%（质量分数））合金的拉伸强度和微观硬度。当Y的含量从0增加到0.9%（质量分数）时，铸态合金的抗拉强度、屈从强度和延伸率别离从179,56MPa和11.8%进步到192,62MPa和12.6%；轧制态合金的抗拉强度、屈从强度和延伸率别离从293,221MPa和10.3%进步到303,255MPa和17.1%。

　　合金的微观硬度和拉伸功用进步是由于高熔点（1758K）的Al 2 Y是合金的首要分出物，比较β-Mg 17 Al 12相，Al 2 Y相在高温下具有更高的热安稳性。在热轧进程中，Al 2 Y相能够有用地阻止升温进程中的位错运动和晶界滑移；在变形中，由于位错增殖和新位错的构成，合金中位错密度增大。跟着位错密度的增大，其它位错阻止位错运动变得愈加显着。因而，施加压力需求依据金属变形程度的增加而增加；而且Y的增加和热轧使得晶粒细化，因而力学功用特别是屈从强度进步。

　　Sn增加到镁合金中，并与少数的铝结合对错常有用的。Sn不但能进步镁合金的延展性，还能下降热加工时的开裂倾向，对锤锻十分有利。增加到Mg-Al-Sn系镁合金中的稀土元素一般有Ce、Y、Nd等。

　　室温下稀土元素Ce能显着进步Mg-4Al-2Sn-1Ca合金的拉伸强度和延伸率。这或许是合金内CaMgSn相的细化和含Ce合金的晶粒尺度变小。室温下，当Ce的增加量为1%（质量分数）时，合金具有最优的力学功用，其抗拉强度、屈从强度和延伸率别离能够到达194.95MPa和11.4%。

　　图2别离标明晰Mg-4Al-2Sn、Mg-4Al-2Sn-0.9Y、Mg-4Al-2Sn-0.9Nd、Mg-4Al-2Sn-0.5Y-0.4Nd铸态合金的力学功用，能够看出Y和Nd的相对含量也会影响Mg-4Al-2Sn-xY-yNd（x+y＝0.9%（质量分数））合金的力学功用。从图2能够看出一切合金的屈从强度都在70MPa左右。当Y的含量为0.5%（质量分数），Nd的含量为0.4%（质量分数）时，合金的力学功用最优，其屈从强度、抗拉强度和延伸率别离为70,225MPa和23.2%。

　　Mg-Zn系合金广泛运用于变形镁合金，具有较好的可时效强化才能。增加到Mg-Zn系合金的稀土元素品种许多，如Y、Er、Gd、Nd、Ce等。增加稀土元素后，合金的力学功用均得到进步，这是由于稀土元素能够细化晶粒，而且在合金中会构成强化相，进步合金的强度。表3列出了部分典型的增加稀土的Mg-Zn系合金的状况及力学功用。

　　单纯研讨铸态合金增加稀土元素并不能满意合金对强度的需求，越来越多的研讨者开端研讨变形和增加稀土两层效应对合金功用的影响。比照研讨铸态和揉捏态Mg-5.0Zn-0.9Y-0.16Zr合金发现，揉捏后合金的力学功用得到大幅度改进，抗拉强度、屈从强度和延伸率别离从168，105MPa和1.8%增强到363,317MPa和12%。力学功用的进步归因于合金揉捏后晶粒细化的效果。揉捏后的Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce合金的力学功用也得到改进，屈从强度从209MPa增强到232MPa，抗拉强度根本坚持不变，延伸率从11.5%增大到14.7%。比较铸态Mg-12Zn-1.5Er合金，揉捏态合金的力学功用得到了显着改进，如图3所示。揉捏后合金的屈从强度最高可达318MPa，抗拉强度到达359MPa。在典型揉捏态Mg-3.5Zn-0.6Gd合金的应力-应变曲线中，能够看出合金具有较优的强度和塑性，即抗拉强度为308MPa，屈从强度为219MPa和延伸率为16.4%。

　　在揉捏变形进程中，揉捏比和揉捏温度对增加稀土元素的合金功用也有影响。QiangChen等制备了Mg-5.3Zn-1.13Nd-0.51La-0.28Pr-0.79Zr合金，并研讨了揉捏比和揉捏温度对合金功用的影响。研讨发现，合金的抗拉强度、屈从强度、延伸率均与揉捏比有关。这个改动能够分为两步，当揉捏比从0~9时，抗拉强度、屈从强度、延伸率改动显着，抗拉强度从169MPa进步到309MPa；而当揉捏比从9改动到100时，抗拉强度、屈从强度、延伸率的进步很弱小。该作者持续研讨了不同揉捏温度对合金力学功用的影响，研讨标明，跟着揉捏温度的升高，合金的抗拉强度、屈从强度、延伸率均减小。当揉捏温度为250℃~350℃时，改动不显着，但当揉捏温度从350℃改动到400℃时，抗拉强度、屈从强度、延伸率别离从324，278MPa、12%减小到267，208MPa、5%，改动比较其他阶段比较显着。

　　Mg-Li合金是镁合金中最轻的系列，参加稀土元素后，经过固溶强化和构成细微弥散的金属间化合物来进步Mg-Li合金的力学功用。在Mg-Li合金中增加的稀土元素品种许多，如Y、Ce、Nd等。表4列出了部分典型的增加稀土的Mg-Li系合金的状况及力学功用。

　　Y增加到Mg-7Li合金会构成富Y的α-Mg相和Mg 24 Y 5两种分出物，而且跟着Y的含量增加，α-Mg相呈现显着细化。归纳强度和延伸率，Mg-7Li-3Y合金具有最优的力学功用，即其抗拉强度、屈从强度和延伸率别离为160,144MPa和22%。Y的增加量超越3%（质量分数），强度有弱小增大，但延伸率显着减小。研讨Y对Mg-8Li-（1,3）Al合金力学功用的影响发现，轧制态下的LAY831合金拉伸强度到达230MPa，揉捏态LAY811合金延伸率到达60%，在塑性变形条件下AlY中心相的构成和α相的削减显着改进合金力学功用。

　　在Mg-5Li-3Al-2Zn合金中增加稀土元素，Al 2 RE或Al 3 RE相生成，AlLi相削减。跟着稀土元素的增加，合金的拉伸强度跟着增加量的增多而进步，但当增加量剩余1.5%（质量分数），拉伸强度变弱。延伸率的改动趋势和拉伸强度相同，当增加量为1.5%（质量分数）时，Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE具有最优的拉伸强度和延伸率，别离为206.5MPa和14.4%。

　　Nd也能进步合金的拉伸强度和延伸率，当Nd含量为2.0%（质量分数）时，Mg-8Li-3Al合金抗拉强度到达峰值185.95MPa，当Nd含量为1.6%（质量分数）时，延伸率到达峰值16.3%。力学功用进步归因于Nd增加减小了α相尺度和散布于相界的新相Al 2 Nd捆绑了滑移。

　　还有其它一些增加稀土元素合金的相关功用列出在表5中。关于Mg-4Y-4Sm-0.5Zr合金，跟着揉捏温度的升高，抗拉强度和屈从强度有细微的削弱；相反，时效后跟着揉捏温度的升高，抗拉强度和屈从强度增大。当合金在200℃时效16h，在400℃揉捏的合金具有最优的力学功用，即抗拉强度到达400MPa，屈从强度超越300MPa，延伸率到达7%。而Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金在14次的循环揉捏-紧缩进程后，屈从强度、抗拉强度和延伸率的涨幅别离为20%，8.2%和150%。

　　将稀土元素Ｃｅ增加到Mg-3Sn-2Ca合金中，当Ce的增加量到达1.5%（质量分数）及以上，合金的力学功用有较大的进步。当Ce增加量为2%（质量分数）时，室温下抗拉强度、屈从强度和延伸率的增幅别离为24.4%,28.6%和73.7%，150℃时的增幅别离为22.4%,28.8%和56%。稀土元素Y也能进步合金的强度，当增加量为1.5%（质量分数）时，合金的力学功用最优，即室温下抗拉强度、屈从强度和延伸率别离为150,137MPa和3.2%，增幅别离为18.1%，22.3%和68.4%，相应的150℃时的增幅别离为19.8%,24%和54.9%。

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