稀土元素范文

稀土元素篇1

【关键词】 稀土元素金属材料作用机理

稀土元素在当前新能源技术的发展中有着重要的作用,尤其是在金属材料的运用中能有效降低硫含量,并且能彻底改变杂物形态。在稀土元素的整体作用分析中,通过技术的改进措施,充分发挥稀土元素在金属材料中的净化作用、吸收作用等,形成整体的机理及功能运用模式。因此,要整体分析稀土元素与金属材料的融合性,在整个技术运用的过程中,通过对稀土元素在金属材料中的机理的全面分析,尤其是突出在化学效应、作用发挥等多方面的整体机能,更好的推动稀土元素的作用。在实际的操作过程中突出稀土元素的化学原理,构建更为有效的稀土元素运用机制,形成高标准的机理效能,充分发挥在金属材料中的作用。

1 简述稀土材料的整体概念

1.1 概念分析

稀土是历史遗留下来的名称。稀土元素(Rare Earth Element)是从18世纪末叶开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的,很稀少,因而得名为稀土(Rare Earth,简称RE或R)。稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素。稀土元素的共性是:①它们的原子结构相似;②离子半径相近(REE3+离子半径1.06×10^-10m～0.84×10^-10m,Y3+为0.89×10^-10m);③它们在自然界密切共生。

1.2 特性分析

稀土元素是周期表中IIIB族钇、钪和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价+3,其水合离子大多有颜色,易形成稳定的配化合物。溶剂萃取和离子交换是目前分离稀土的较好方法。镧、铈、镨、钕等轻稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。可用氯化物和氟化物两种盐系,前者以稀土氯化物为原料加入电解槽,后者则以氧化物的形式加入。

2 分析稀土元素在金属材料中的作用

2.1 微合金化作用

在稀土元素的整体作用下,微合金化的作用是一项主要的功能运用,作为稀土原子的整体效能是一个不容忽视的问题,在晶界上的偏聚形成于其他元素相融合的方式,这样就会产生晶界的结构以及化学成分等多方面的改变,形成不同元素的扩散效果,最终导致钢组织发生性能的变化。在这些稀土元素与钢结构的整体融合中,形成不同的钢结构模式,在冶炼方法上也会有不同稀土加入的方法,形成很大的差异,这些稀土强化的作用,阻碍整个晶间裂缝的形成,并出现相应扩展现象,可以有效的改善塑性以及高温塑性,通过稀土能有效抑制动态结晶,对于其中的微量元素具有很大的促进效果,并在溶解的稀土作用下,从而有效改变渗碳体组成以及结构的物理球化、细化等效果。

2.2 与其它有害元素的作用

在整体的分析上,稀土元素在金属材料中可以与其他元素进行有效的综合作用,尤其是在与钢结构中的磷、砷、锡、锑、铋等一些低熔点、有害的元素形成相互融合的效果,这些稀土元素可以与这些元素在杂志的参合下形成较高熔点的化合物,并且还能抑制这些有害物质在晶界的偏离效果。比如,在钢存在有热脆性的情况下,主要是由于钢中具有低熔点的金属元素,因此,在加入稀土元素的钢液中,可以生成高熔点的金属化合物,这些稀土元素就会不溶于钢中,并产生在炉渣之中,从而起到净化的作用。有效减少在钢结构中的杂质,有效避免热脆性现象的发生。其中,对于稀土元素的脱硫、脱氧效果,可以从大量的研究数据中得到证实:钢中氧、硫含量在一定范围内,钢液中加入稀土时,极易生成稀土的氧硫化物。尤其是钢结构中在一定范围内加入稀土,就会容易生成稀土的氧化物质,譬如钢中的氧、硫等含量在一定范围内上升的情况下,尤其是在钢中含氧量逐渐下降到201ppm以下时,就会形成RE203S型夹杂物,而后形成RE3S4或RES型的硫化物。这些物质就可以有效的包裹在氧硫化物的表层,在经过组成复合夹杂物或稀土硅酸盐化合物的情况下,就会产生熔点高、性能稳定、球状物质较多的钢化液体,稀土元素在钢中的作用通过硫化物的形态进行全面控制,从而达到最佳的效果。其次,还可以发挥出稀土元素在金属材料中的捕氢作用,这种整体效能是通过稀土元素在吸收大量氢元素的基础上,形成一些储氢材料,将稀土元素融入这些钢结构之中,从而有效的移植钢中氢引起的脆性以及相应的白点,从当前的相关研究表明来看,稀土元素可以有效降低氢的扩散效果,能有效抑制钢的氢脆作用。同时,稀土元素在金属材料中还可以有效起到控制整个效果的运用,在钢结构的设计中,降低脆性,形成弥散硬化的作用。这种效果主要是通过向钢中喷吹稀土氧化物构成的粉剂,在此基础上提高钢的强度与韧性,有效降低脆性在温度中的转变,从而更好的提升金属材料的持久性。并可以提高结晶界对位错运动的相应阻力,提高刚性的疲劳性能,可以有效提升氧化铝夹杂转为球状机能的技术水平,全面发挥铝酸稀土的整体效果,从而构建良好的运行模式。

2.3 稀土在对钢材性能的影响

从目前稀土元素发展来看,目前主要开采的稀土品种在钢中的运用相对较多,尤其是出现了稀土泥重轨、高韧性压力容器用钢等,还有稀土船板钢、稀土车轴钢等一些不同的技术要素。在当前的技术运用下,稀土元素可以有效提高这些钢结构的耐钢性能,增强不锈钢的抗腐蚀效果,并且可以增强钢结构的抗氧化性能,提升整体的高温强度。在具体的运用中,可以结合弹簧钢、齿轮钢等一些抗疲劳性能的稀土元素,形成难以变形的高合金钢的热塑性能,增强金属材质的耐磨性。在无缝管金属材质中融入一定的稀土元素,可以增强无缝管的横向冲击韧性,实现这种韧性的整体功能,并促进其他性能的整体提升,从整体作用来看,这些性能的出现,有利于提高整个管材的使用效果,增强抗腐蚀性的整体功能。

3 探讨稀土元素在金属材料中的机理

3.1 性能改变的机理模式

稀土元素篇2

关键词：有色金属；稀土元素；化学分析；合金；金属材料 文献标识码：A

中图分类号：O65 文章编号：1009-2374（2015）22-0054-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.22.027

1 有色金属中稀土元素的作用

1.1 稀土通过化学反应可以改变有色金属中杂质的存在状态

有色金属中经常有金属杂质或非金属杂质，稀土元素可以和这些杂质金属进行反应，比如与铁、硅等形成不同的化合物，这样就可以改变铝金属固有的固溶方式，导致它的电阻率不断降低。又比如稀土元素与非金属元素因为化学反应生成高熔点的化合物，这样就导致有色金属的晶粒网络结构进行了细化，有效地稳定了晶界，从而形成高熔点的金属间化合物，提高了有色金属的综合性能。

1.2 稀土元素的加入可以降低有色金属中氢的含量

因为氢，特别是融入液态金属的氢，会以原子态的形式存在，然后变成高分子，导致有色金属材料出现裂纹等问题，严重降低综合性能，并且损害其加工过程，所以减少有色金属中氢的含量越来越引起科学家的关注。正因为如此，添加适量的稀土元素可以有效地减少氢的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明显降低铝和其合金中氢的含量，达到了非常好的减氢

效果。

1.3 稀土元素能改变合金的表面张力

研究表明，只要基体的表面张力有所降低，就可以有效提高金属或者合金的成型性和铸造性，金属的成型性和铸造性是衡量金属及其合金的性能的有效标准之一，大量的文献表明，在铝和铝合金中添加适量的稀土可以有效降低表面张力。

1.4 稀土的加入可以改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能

有文献报道，将多种稀土进行混合，然后添加到铝中进行试验，研究结果表面，凡是添加了稀土元素的铝无论是在人造海水还是含盐水中，其耐腐蚀性和耐高温氧化都要比没有添加稀土的铝金属好，这个试验可以看出适量稀土混合物的加入可以有效改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能，而耐高温氧化和耐腐蚀性能是衡量有色金属及其合金的又一有效标准。

2 有色金属中稀土元素的化学分析及应用

2.1 铝合金中稀土元素的化学分析及应用

利用电化学测试的方法，用铝合金作为电极，将氢氧化钾作为稀土元素化学分析的介质，对比纯铝、铝合金在稀土元素溶液中的电化学，看试验样品，通过试验可以发现：（1）稀土元素的加入很大程度上限制了铝离子发生电离，从而提高了铝合金的耐腐蚀性能；（2）稀土元素的加入有效地抑制了放电现象，从而使合金更加均匀；（3）稀土元素的加入降低了铝作为电极反应的极化能力，从减少正差异效应的角度来提高了铝合金的稳定性，从而全方面地提高了有色铝金属合金的综合性能。

通过对相关样品的表征分析，可以发现稀土的加入可以帮助化学反应，形成大量的稀土――铝化合物，这些化合物的生成能有效提高合金的强度，同时稀土元素也可以单独对铝合金起到强化和净化的作用，从降低铝合金偏析问题出现频率的角度出发，提高高温强度。由于稀土的加入可以有效提高铝合金的性能，所以目前铝合金中稀土元素的化学分析及应用最为广泛地被应用于各个方面。

2.2 铜合金中稀土元素的化学分析及应用

利用硝酸点滴法，通过正交实验，在恒温的条件下，获取优质的钝化硝酸实验液体，借助SEM环境，分析薄膜的性能，检测稀土元素的添加对于薄膜的影响，大量的实验可以发现，稀土的添加可以提高铜合金的耐腐蚀性。特别引起科学家关注的是铜合金中对稀土La盐的利用比较广泛，所以在大电流和高压条件下，经常会采用稀土铜合金铸造。

2.3 钨合金中稀土元素的化学分析及应用

随着现代工业的高速发展，钨合金因为其良好的热稳定性、高强度、低蒸汽压和良好的延展性等综合的优良性能被广泛地应用于航天航空、冶金等众多工业领域，但是与此同时钨合金也有它的缺点，比如再结晶温度低、高温强度低等，而稀土元素的加入，因为它作为金属的维生素的原因，可以有效地细化晶粒，从而使得钨合金的性能得到较大程度的改善。

目前稀善钨合金主要有以下两种：

第一，稀性钨-铜合金电触头材料，钨-铜合金虽然结合了高耐压性和耐电烧蚀性，但是却缺乏结合力，局域性能不均匀，所以添加适量的稀土金属，从微观角度表征，发现大量的稀土元素使得基体的晶粒更加分散，达到细化晶粒的作用，同时不同稀土元素以不同的添加方式和不同的添加量加入的钨-铜合金中，起到的改性效果也是不同的。当然随着钨-铜合金材料的进一步开发，现代工业对钨-铜合金的质量和性能也提出了更高的要求，而采用钨-铜合金中稀土元素的化学分析及其应用也会有更广阔的研究前景。

第二，稀性钨-镍-铁（铜）合金，就我国的工业发展水平而言，钨-镍-铁（铜）合金是我国工业应用最为广泛的钨合金，它虽然具有高强度的抗拉性、弹性，而且没有磁性等特点，这些特点使得它在精密仪器工业上有广泛的应用，但是随着我国科学的进步，对它性能的要求也越来越高。大量的科学研究表明，稀土的加入可以细化钨-镍-铁（铜）合金的显微组织结构，同时可以有效提高钨-镍-铁（铜）合金的强度和拉伸率，值得一提的是，不同的稀土元素对钨-镍-铁（铜）合金性能的改变是不一样的。总而言之，钨基复合稀土材料的的确确是随着我国科学水平提高而研发的新型材料，它在原有钨合金优良的综合性能的基础上，又利用稀土元素的化学分析的作用机制，有效提高了相应的性能，相信在未来，钨基复合稀土材料会有更为广阔的研究

前景。

2.4 镁合金中稀土元素的化学分析及应用

镁合金中稀土元素具有除氢、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用，达到除气精练、净化熔体的效果；镁合金因为有良好的强度、韧性的性能，所以被广泛应用于汽车航天等行业，而稀土元素的加入可以提高镁合金的稳定性。

3 结语

总而言之，稀土元素作为金属材料的维生素，可以有效提高有色金属及其合金的强度，细化有色金属的晶粒，同时大量的研究和实践应用表面，稀土元素的加入在镁合金、铝合金、铜合金和钨合金中都取得了很好的时间效果，因此应当加强有色金属中稀土元素的化学分析及其应用的研究力度，从理论的角度分析有色金属中稀土元素的作用，从物理性能、力学性能、化学性能、工艺性能等多方面角度，探讨稀土元素的加入对有色金属性能改变的机理。

参考文献

[1] 王荣滨.稀土铝合金的研究与应用[J].有色金属加工，2007，（2）.

[2] 黎业生，董定乾，吴子平.稀土镁合金的研究现状及应用前景[J].轻合金加工技术，2006，（4）.

[3] 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，2000，（2）.

[4] 刘静安，温育智.稀土在有色金属工业中的开发与应用前景[J].有色金属加工，2003，（2）.

稀土元素篇3

[关键词]稀土元素 同位素 地球化学特征

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-7-124-1

卡林型金矿是20世纪60年代初，首次于美国内华达州卡林地区（Radtke A S，1985）发现的，主要分布在美国和中国（Angel Alvarez A et al，1988）[1]。该类型金矿目前已成为当今全球储量最大的金矿类型之一（Hotstre and Cline，2000;Emsbo et a1.，2003;Kesler et a1.，2005）。

1区域矿床地质特征简述

簸箕田金矿在大地构造上，位于扬子陆块区（Ⅵ）上扬子古陆块（Ⅵ-2）南盘江-右江前陆盆地（T） （Ⅵ-2-8），属扬子准地台。灰家堡背斜为矿区内主干控矿构造，轴部出露地层为T1y，背斜轴走向近S型，背斜轴轴面向南倾斜，倾角75～80°，北翼地层产状较陡岩层倾角15～20°，南翼地层产状平缓岩层倾角5～10°;两翼发育与主背斜轴平行的次级褶皱，长300～500m。

1.1簸箕田矿段内出露及钻探揭露地层为中二叠统、上二叠统、下三叠统地层

（1）中二叠统茅口组（P2m）：灰色中厚层到块状生物灰岩，局部夹浅灰色中层白云质灰岩，属于钻孔揭露的最老地层，其厚度超过500m，目前仍然没有钻孔揭穿。

（2）上二叠统龙潭组（P3l）：分为三段，总厚200～500m。

第一段（P3l1）为灰色、灰白色中层条带状细砂岩夹1～3层含生物屑砂屑灰岩、灰黑色厚层粘土岩、粉砂质粘土岩。厚度变化受古岩溶面起伏和沉积相渐变控制，整体上北厚南薄，东厚西薄，东西沉积厚度差异较大。总厚60.4～228.66m。第二段（P3l2）区域内厚度较稳定，为深灰、灰黑色薄至中层粉砂质 粘土岩、粘土质粉砂岩夹灰色中层粉砂岩、灰黑色薄层炭质粘土岩及2～3层煤线以及5～6层0.5～2.5m厚深灰色中层生物屑灰岩，生物碎屑灰岩是龙潭组第二段中的主要含矿层位。总厚76～139.03m。第三段（P3l3）在区域内厚度较稳定，夹6层厚1.5～9.0m灰岩。为灰黑色薄层粘土质粉砂岩;灰、深灰色中层粉砂质，炭质粘土岩。总厚80.02～96.05m。

（3）上二叠统长兴组（P3c）：为灰色、灰黑色中层含生物碎屑钙质粘土岩夹深灰色中厚层生物碎屑灰岩;深灰色厚层生物碎屑灰岩，局部含燧石条带或团块。总厚38.45～75.03m。

（4）上二叠统大隆组（P3d）：为灰、深灰色中厚层含钙质粘土岩夹深灰色透镜状生物碎屑灰岩。总厚7.48～14.89m。

（5）下三叠统夜郎组（T1y）：分三段，岩性主要为灰岩、泥灰岩、粘土岩、粉砂岩。总厚511.70～536.50m。

1.2构造

区内构造较发育，主要发育有东西向背斜、东西向、南北向断裂构造（图1）。

2岩、矿石稀土元素地球化学及其结论

稀土元素（REE）地球化学性质相似，在地质作用过程中往往作为一个整体迁移，因而广泛用于矿床成矿流体来源与演化的示踪研究（Lottermoser et al 1992;Subías et al，1995;Monecke et al ，2000;黄智龙等，2001;王中刚等，1989;彭建堂等，2004）。

簸箕田金矿各类岩石稀土元素含量和特征参数，利用Hakins（1968）北美页岩标准进行标准化，得到不同岩石稀土元素配分模式）。四种主要的岩、矿石的稀土配分模式进行分析见图2。

（1）生物碎屑灰岩：稀土总量高，∑LREE/∑HREE为8.02～11.14，平均8.98;（La/Yb）N为1.54～1.82，平均 1.71;∑REE为70.26～266.82，平均180.54;δCe为0.77～1.00，平均 0.92，具有弱的负Ce异常;δEu为1.27～1.51，平均1.42，具有显著的正Eu异常。中稀土相对富集。

同未矿化的生物碎屑相比，矿化造成稀土总量显著增加，主要是MREE及造成显著 Eu 正异

常，Ce 负异常显著程度有所为降。

（2）泥灰岩：稀土总量较高，∑REE为55.55～241.34，平均165.26;（La/Yb）N为1.23～1.71，平均1.49;∑LREE/∑HREE为6.69～9.46，平均7.95;δCe为0.82～1.05，平均0.94，具有弱的负Ce异常;δEu为1.16～1.49，平均1.34，具有显著的正Eu异常。中稀土相对富集。

（3）细碎屑岩：主要是各矿体的围岩，岩性以粉砂质粘土岩、炭质粘土岩岩为主。稀土含量高，∑LREE/∑HREE为8.46～12.97，平均9.52;∑REE为158.45～292.41，平均232.18;（La/Yb）N为1.36～2.14，平均1.66;δCe为0.93～1.11，平均1.00，异常不明显;δEu为1.09～1.56，平均1.40，具有明显的正Eu异常。

根据矿化蚀变，造成生物碎屑灰岩以及硅化角砾岩稀土组成的显著变化，表明成矿热液是一种中稀土相对富集，具有正Eu异常的流体。

参考文献

稀土元素篇4

关键词 Ni-Mn-Ga合金；Tb；抗压强度

中图分类号：TG13 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0030-03

镍锰镓（Ni-Mn-Ga）合金属于哈斯勒型合金，是近十几年研究十分热门的新型形状记忆材料。它属于金属间化合物，是迄今为止唯一被科学家发现的同时具有热弹性马氏体和铁磁性特征功能材料，兼有磁诱发可逆应变与双向形状记忆两种其他功能材料的特点。另外，这种材料还具有在磁场作用下响应频率高、恢复应变大和恢复力强的特点，因此其具有十分广阔的应用前景。该材料内部马氏体变体的取向能通过磁场来改变，从而产生的磁感生应变比较大。Ullakko等人研究了Ni2MnGa单晶合金，在磁场强度为8kOe、温度为256K时沿[001]晶向可产生0.2%的应变。Tickle等人在马氏体单晶试样状态下，其磁感生应变为0.5%，如果应力、应变在某种合适的状态下，可得到1.3%的磁感生应变。Murray和O`Handley等人于2000年制备该材料得到了5.7%的磁感生应变。Sozinov和Ullakko等人于2002年在实验室中制得到了应变为9.5%该种合金。蒋成保和徐惠彬等在2002年制备了具有15%的超大应变的镍锰镓合金。迄今为止，人们对镍锰镓的微观晶体结构、马氏体相变特征、材料组分配比与磁感生应变的关系、磁场控制形状记忆原理以及制备工艺等方面进行了大量的研究，已经获得了比较完整的基础数据。

但是，化学计量的镍锰镓（Ni2MnGa）合金的马氏体相变点在室温以下，只有202K，因此在室温条件下无论对合金施加多大的磁场，都不会产生磁感生应变。此种合金不能广泛应用的原因之一是该合金的脆性较大，导致其无法广泛应用。赵增祺等研究了镍、锰、镓的成分配比以及添加钐、铈、铽等稀土元素等对合金的马氏体相变温度、机械性能。磁性能等的影响。发现改变组分与添加系统元素不仅能提高合金的马氏体相变温度，还能大幅度的提高合金的磁学及力学性能，将其向实际应用推进了一大步。本文通过对Ni50Mn29Ga21添加稀土元素Tb量的变化，分析了Tb在Ni50Mn29Ga21中的作用，最后对Tb提高合金抗压强度的原因进行了分析。

1 实验方法

1.1 实验材料

实验合金成分设计为Ni50Mn29Ga21Tbx（x=0，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8，1.2）七种。使用原料纯度为99.95%的Ni，Mn，Ga单质金属，各实验样品首先采用水冷铜坩埚在氩气保护条件下熔炼，并浇注成φ9mm×110mm的棒状。接着使用扁平水冷铜线圈高频感应加热定向凝固炉中使合金定向凝固生长，融化合金棒料的移动速度控制在3 mm/min左右，获得具有单一取向的多晶材料。然后对浇铸试样和采用定向生长的合金都进行均匀化处理，均匀化是在氩气保护下的真空石英管中进行的，温度为800℃，处理时间为72 h，然后在冰水中进行淬火处理。再对试样进行氩气保护下500℃，2 h的退火处理，以消除合金材料内部的热应力，最后用切削加工的方法制成φ8×15mm抗压试样。

1.2 测试方法

将做好的抗压试样放在5吨普通材料万能实验机上进行抗压强度实验。抛光后样品的背散射电子像及成分能谱分析使用荷兰生产的Quanta-400型扫描电子显微镜。

2 实验结果与讨论

2.1 Tb对晶粒的净化作用

图1中给出了试样的抗压强度随稀土元素Tb加入量的变化曲线。从图中曲线可以明显看出，稀土元素Tb的加入量，可以使合金的抗压强度大大提高。当Tb含量从0增加到0.2时，合金的抗压强度急剧攀升，在0.2时达到了510 Mpa。此时，稀土元素Tb与对合金产生脆性的有害元素氧反应生成稀土氧化物，降低了氧的含量，如图2所示。

2.2 Tb对晶粒的细化作用

当Tb的加入量从0.2增加到0.9时，抗压强度虽然仍然在升高，但增速变缓，在Tb的加入量达到1.2时抗压强度增加到584 Mpa，同时抗压强度基本趋于饱和。对合金进行电子扫描分析，结果表明，未加稀土试样的晶粒粗大，晶界不明显，随着稀土加入，稀土在晶界处富集，且稀土加入的越多晶粒变得越细小，如图3所示。也就是说，稀土元素Tb在镍锰镓合金中可以起到细晶强化的作用。

式中，σ0为镍锰镓单晶的强度；d为多晶镍锰镓中各晶粒的平均直径；K为一特征常数，表征晶界对强度影响程度大小，与晶界的结构有关。在多晶体材料中，强度的大小是与滑移从已经变形的晶粒转移到相邻未变形晶粒的难易程度密切相关的。而这种滑移的转移能否发生，主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的应力集中，这种应力集中是晶界位错塞集群所产生的。需要进行协调性的多滑移，使得位于相邻晶粒滑移系中的位错源也要开动起来。在多晶体中应力集中可由如下公式表示：τ=nτ0，也就是说应力集中τ的大小与塞积的位错数目n成正比，位错数量n越大，则晶界处应力集中也越大。当外界施加的应力和其他条件一定时，位错数目n是与晶界到位错源的距离（该距离是引起位错塞积的障碍）成正比的。晶粒越大，则这个位错塞积越大，n也就越大，所以晶界处的应力集中也越大；晶粒小则位错数目n也小，应力集中也会很小。因此，在同样施加外应力时，大晶粒的位错塞积所造成的应力集中会比小晶粒大的多，从而激发相邻晶粒发生塑性变形的机会也会大很多。施加相同外力是，小晶粒晶界处应力集中小，则需要在较大的外加应力下才能使晶界变形，从而引起相邻晶粒发生塑性变形。此外，由于细小晶粒的晶界到晶粒内部的距离较短，小在相同的外力作用下，晶粒内部和晶界附近产生变形的应变相差较小，变形比大晶粒均匀，相对来说，由应力集中引起合金开裂的机会也较小，这样晶粒与晶界就能在断裂之前承受较大的变形量。另外，由于晶粒细小合金中的晶界处微裂纹不易产生也不易传播，因而在压碎过程中晶界处吸收了更多的能量。这就是多晶材料晶粒越小，强度越高的原因。通过对背散射电子像的分析表明，随着Tb元素的增加，合金的晶粒明显细化，从而大大提高了合金的抗压强度。

2.3 弥散强化

利用能谱对基体、晶界和晶内亮点进行定量分析，如图4。结果表明，在晶内亮点处，稀土元素主要以稀土氧化物和与母相形成金属化合物的形式存在，而在晶界处稀土元素以与母相形成金属化合物的形式存在。晶内亮点弥散分布在晶内起弥散强化作用。

从对图4能谱的定量分析，可以看到亮点处的Tb元素含量较高。这时的Tb一方面以Tb2O3的形式存在，另一方面Tb能与母相合金中的Ni和Ga形成多种化合物，根据文献[13]以及图4中的定性分析，作者认为亮点处为稀土氧化物、TbGa2和TbNi3混合体。这些混合体在晶体内呈弥散状分布，也就是存在于晶体内部的第二相粒子。这些细小的第二相粒子与位错的交互作用，能阻碍位错的运动，对晶粒起钉扎作用。这也是抗压强度显著提高的一个原因。

3 结论

1）Ni50Mn29Ga21铁磁性形状记忆合金的抗压强度随稀土元素Tb添加量的增加而增大，开始时增速明显，当添加量达到0.8以上时增速变缓。

2）随着Tb的加入使得合金的含氧量明显降低，并使合金的晶粒得到细化。

3）稀土元素Tb与氧及母相合金形成稀土化合物弥散分布，对晶粒起钉扎作用。

参考文献

[1]Ullakko K， Huang J K， Kantner C，et al. Large magnetic-field-induce strains in Ni2MnGa single crystals [J].Appl Phys Lett， 1996，69（13）： 1966-1968.

[2]Tickle R， James R D， Shield T， etal. Ferrom agnetic shape memory in the NiMnGa system [J].IEEE Trans Magn，1999， 35（5）： 4301-4310.

[3]Webster P J， el al. Magnetic Order and Phase Transformation in Ni2MnGa[J]. Phil Mag B， 1984，49（3）：295-310.

[4]Murray S J， Marioni M A， Allen S M， et al. [J]. Appl Phys Lett， 2000，77： 1746.

[5]Sozinov A， Likhachev A A， Ullakko K. [J]. Appl Phys Lett， 2002，80： 1746.

[6]Jiang C B， Liang T， Xu H B. [J]. Appl Phys Lett， 2002，81：2818.

[7]Chernenko V A， Cesari E， Kokorin V V， et al.[J]. Scripta Metall Mater， 1995， 33（8）： 1239.

[8]Pons J， Chernenko V A， Santamarta R， et al.[J]. Acta Mater， 2000，48： 3027.

[9]陈京兰，胡风霞，高书侠，等.Ni52Mn24Ga24金属间化合物的单晶生长和磁[J].金属学报，2001，37（4）：353.

[10]李建靓.磁性形状记忆合金Ni2MnGa的研究现状及发展[J].金属功能材料，2003（10）：25-30.

[11]赵增祺，等.稀土铽对Ni-Mn-Ga磁性记忆合金力学性能的影响[J].稀土，2004（1）.

[12]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京：机械工业出版社，2000.

稀土元素篇5

关键词：赣南地区;吸附型稀土;稀土矿床;成矿特征;岩性特征 文献标识码：A

中图分类号：P618 文章编号：1009-2374（2016）04-0152-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.076

赣南离子吸附型稀土矿床的成矿往往会受到包括母岩的分布和地形地貌等在内的诸多因素的影响，因此对于其分布、岩性、成矿的影响因素进行研究就能够更好地对其成矿特性进行了解与应用。

1 赣南稀土矿床的分布特点

赣南稀土矿床的分布特点有着自身的特点，以下从花岗岩较多、发现时间早、分布储量不清、分布相对均匀等方面出发，对于赣南稀土矿床的分布特点进行分析。

1.1 花岗岩较多

花岗岩较多是赣南离子吸附型稀土矿床分布的首要特点。通常来说离子吸附型稀土矿床是我国南方所独特的稀土矿床类型，并且这类矿床的成矿大多数情况下以花岗岩为主。这非常集中地体现在了从寒武时期到燕山时期赣南的稀土矿中均含有不同程度的花岗岩上。

1.2 发现时间早

赣南离子吸附型稀土矿床的发现时间相对来说较早。众所周知，赣南是我国离子吸附型稀土矿床的发源地，例如在20世纪60年代末期于赣南的龙南足洞矿发现了赣南的第一个离子吸附型稀土矿床，这一时间相比我国其他地区的稀土矿床而言是十分早的。在这之后，赣南的离子吸附型稀土矿床就得到了日益的开发与利用。另外，赣南的离子吸附型稀土矿床不仅有着可观的数量，并且在规模上与我国其他地区的稀土矿相比也有自身的优势，并且还具有得天独厚的找矿优势和找矿潜力，因此这也使得赣南地区有着我国的“稀土王国”之称。

1.3 分布储量不清

虽然赣南贵为我国的“稀土王国”，但是现今赣南离子吸附型稀土矿床的分布仍旧没有被完全探清楚。这集中地体现在了赣南绝大多数稀土矿区和找矿地区的地质工作程度低，并且矿区范围不清，与此同时资源储量也并不清楚。离子吸附型稀土矿床的分布规律、稀土配分和母岩特征等方面的数据仍旧极为缺乏，阻碍了赣南稀土资源的进一步合理开发与利用。

1.4 分布相对均匀

赣南离子吸附型稀土矿床的分布相对来说比其他稀土矿产地均匀得多。这集中体现在了赣南的离子吸附型稀土资源在赣南地区分布很广，并且在赣南的十余个地区中都有着或多或少的分布，并且离子吸附型稀土矿床的成群成片分布本身也是其矿床分布的另一个重要特点。另外，赣南离子吸附型稀土矿床的分布往往也会受到矿母岩的分布和地形地貌控制，但是这些因素本身也会受到构造-岩浆活动的控制，因此这导致了赣南稀土矿床的分布大多数情况下呈现出沿北东向和东西向带状分布的规律。在东西方向上可以将其划分为三南-寻乌成矿带、崇义-会昌成矿带、兴国-宁都成矿带等不同的稀土矿床带。

2 赣南稀土矿床的岩性特征

赣南稀土矿床有着自身独特的岩性特征，以下从稀土元素较为丰富、成矿时间差距大、物质组成丰富、赋存状态存在区别等方面出发，对于赣南稀土矿床的岩性特征进行了分析。

2.1 稀土元素较为丰富

稀土元素较为丰富是赣南离子吸附型稀土矿床的首要特性之一。在赣南的离子吸附型稀土矿床中，南岭地区的花岗岩的稀土元素丰度并不高，但是除此之外的矿床大多有着令人较为满意的稀土元素。例如燕山期的稀土的富集系数达到了0.75。龙南足洞白云母钾长-碱长花岗岩丰度225.42×10-6，相比其他地区的稀土平均含量有着较强的优越性。由于一般成矿母岩丰度越高则越有利于形成离子吸附型稀土矿床，因此赣南的离子吸附型稀土矿床往往具有较为丰富的稀土元素。

2.2 成矿时间差距大

赣南离子吸附型稀土矿床的成矿时间实际上具有很大的时间差。根据相关研究表明，离子吸附型稀土矿床成矿的母岩中的稀土大多数情况下是赋存于稀土独立矿物和含稀土副矿物中，并且在这一过程中稀土矿物的抗风化能力对矿床的形成具有重要控制作用。赣南的离子吸附型稀土矿床时代从寒武纪到燕山期均有分布，但大部分离子吸附型稀土矿床分布于燕山期花岗岩风化壳中。在赣南现今探明的191处离子吸附型稀土矿床中，有140处是燕山期形成的，占稀土矿总数的73%。

2.3 物质组成丰富

赣南离子吸附型稀土矿床的物质组成是十分丰富的。稀土元素能否以独立矿物形式大量出现，实际上是和岩浆中Ti、Ca的含量的比例有着密切联系的。例如Ti的比例较高则在事实上有利于稀土矿物的形成。除此之外，赣南离子吸附型稀土矿床中斜长石、角闪石、黑云母和白云母等稀土载体造岩矿物含量不高，但是石英、钾长石含量相对来说却很高。

2.4 赋存状态存在区别

赣南离子吸附型稀土矿床中成矿的赋存状态存在着很大的区别。稀土元素在矿体中的赋存形式可分为水溶相和矿物相等不同类型的赋存状态。对于赣南的离子吸附型稀土矿床而言，其水溶相和胶态相所占比例较小，仅仅占有不到20%的比例。但是与之相对应的黏土吸附离子相是稀土元素主要的赋存状态，并且合计占据了总稀土元素七成以上。因此这也很好地说明了黏土吸附离子是目前主要开采利用的对象。与此同时，由于稀土元素主要赋含在稀土独立矿物和含稀土副矿物中，因此稀土元素的富集实际上是有利于工业矿体的形成的，而与之相对应的半风化层稀土品位一般与原岩相当，因此在工业和开采方面并不具有任何经济价值。

3 赣南稀土矿床分布影响因素

赣南稀土矿床分布实际上会受到许多因素的影响。以下从稀土元素迁徙的影响、淋滤作用的影响、风化作用的影响、造岩物质的影响等方面出发，对于赣南稀土矿床分布影响因素进行了分析。

3.1 稀土元素迁徙影响

稀土元素的迁徙会在很大程度上影响到赣南离子吸附型稀土矿床的成矿和分布。众所周知，稀土元素的分馏、迁移和富集往往会经历内生作用和外生作用这两个阶段。通常来说在内生作用阶段稀土元素会经过各种分馏作用，从而能够在此基础上形成稀土含量存在较大比例的成矿母岩。而外生作用阶段则稀土元素可以在成矿形成具有工业价值的矿体。赣南与离子吸附型稀土矿床有关的花岗岩大多数都是古老基底重熔的产物，因此这使得其稀土元素分馏方式有部分熔融作用和热重力扩散的作用。在这一过程中，迁徙作用对于重稀土富集影响有着不容忽视的作用，并且也对于稀土矿物形成有着不容磨灭的影响。

3.2 淋滤作用的影响

淋滤作用对于赣南离子吸附型稀土矿床的成矿和分布的影响是不言而喻的。当花岗岩受到淋滤作用的影响时，稀土元素往往会在风化壳得到明显富集，这意味着稀土元素的迁移、分馏和富集作用受大气降水的淋滤作用和土壤pH等因素的影响和控制。另外，淋滤作用的影响还体现在其会使得从稀土矿物分解释放出来的一部分稀土离子在大气降水的淋滤作用下向下迁移，因此表土层稀土元素往往容易出现贫化现象，最终使得稀土元素迁移能力显著减弱。

3.3 风化作用的影响

赣南离子吸附型稀土矿床的成矿和分布往往会受到风化作用的较大影响。通常来说，稀土矿床配分类型离子吸附型稀土矿床的稀土配分模式主要取决于原岩的稀土配分模式。在这一过程中，风化作用对于稀土分馏作用也会起到或多或少的影响。另外，由于内生作用阶段经过各种分馏作用，因此往往会形成稀土含量高低不同的成矿母岩，并且这也导致了离子吸附型稀土矿的稀土配分也多种多样。与此同时需要注意的是，即使是同一时代不同期次或同一期次不同岩性的稀土元素配分也有差异。例如，龙南的足洞和关西岩体是燕山中晚期及早期的异源岩浆产物，但是足洞岩体风化壳中稀土元素以重稀土为主，而关西岩体风化壳中稀土元素则以富轻稀土为特征，这就充分地说明了风化对于赣南离子吸附型稀土矿床的成矿和分布的显著影响。

3.4 造岩物质的影响

造岩物质对于赣南离子吸附型稀土矿床的成矿和分布产生部分影响。由于稀土配分往往非常复杂，并且在这一过程中迁徙、淋漓、风化都会对其产生或多或少的影响，而造岩物质对于稀土成矿造成的影响比例通常不超过10%。但是在这一过程中需要注意的是，不高的比例并不意味着造岩物质的影响可以被完全忽略。例如赣南稀土矿成矿母岩大多数为中酸性花岗岩，稀土矿物对成矿的影响较大，占95%以上的造岩矿物对于全岩稀土有着5%～50%的贡献率，因此也充分说明了造岩物质的影响所能带来的显著影响。

4 结语

赣南长期以来始终是我国的稀土矿重要产区，而赣南的离子吸附型稀土矿床有着自身独特的成矿特征，因此只有对于赣南离子吸附型稀土矿床成矿特征进行细致的研究和分析，才能够在此基础上进一步提升系统矿的挖掘和开采力度。

参考文献

[1] 李建康，陈振宇，陈郑辉，等.江西赣县韩坊岩体的成岩时代及成矿条件分析[J].岩矿测试，2012，31（4）.

[2] 林传仙，郑作平.风化壳淋积型稀土矿床成矿机理的实验研究[J].地球化学，2014，23（2）.

[3] 池汝安，田君，罗仙平，等.风化壳淋积型稀土矿的基础研究[J].有色金属科学与工程，2012，3（4）.

[4] 夏宏远，梁书艺.华南钨锡稀有金属花岗岩矿床成因系列[M].北京：科学出版社，2011.

稀土元素篇6

稀土，仅从字面上就可以知道这种“土”很稀有很珍贵，但这里的“土”与我们平常所说的土并不相同。18世纪末的人们，常常把不溶于水的固体氧化物称为土，而稀土一般是以氧化物状态分离出来的，很稀少，所以得名“稀土”。

用途广泛“锦上添花”

在元素周期表的下方，有单独隔离开的两行元素，其中的一行就是镧系。镧系元素的作用可以总结为“锦上添花”。混合镧系元素的氯化物和磷酸盐用作催化剂，以加速石油的裂化分解；用三氧化二钇和三氧化二镝制得的耐高温透明陶瓷被用于火箭、激光、电真空等技术工程上：钢铁中加入少量镧系元素，可大大改善钢的机械性能；农业上用镧系元素可使粮食增产10％～20％，白菜增产29％，大豆增产50％，还可提高西瓜的产量和甜度……镧系元素这种“锦上添花”的功能让它成为了各个领域推崇的“明星”，而主要由镧系元素氧化物构成的稀土就自然而然成为了极有价值的资源。

由于稀土具有优良的光电磁等物理特性，因此在军工领域，稀土有工业“黄金”之称。稀土能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能，比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的剂。稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。美、日、韩都是稀土科技大国。以日本为例，日本在有关稀土应用的材料科学、雷达、微电子产业上甚至拥有比美国更强的技术制造能力。美军现役武器中，导弹微电子芯片的80％由日本制造，战机引擎的特种陶瓷也是日本研发……日本科学家曾夸口说，如果不用日本芯片，美国巡航导弹的精度就不是10米，而是50米。

在冶金工业方面，稀土金属加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。

在石油化工方面，用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程：在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土一三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶少，运转稳定，后处理工序短等优点；复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。

在玻璃陶瓷方面，稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中，可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用，降低玻璃中的铁含量，以达到脱除玻璃中绿色的目的：添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃，其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X射线的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。

在新材料方面，稀土钴及钕铁硼永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积，被广泛用于电子及航天工业；纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶，可用于微波与电子工业；用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃，可作为固体激光材料：稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料；镧镍金属是20世纪70年代新发展起来的贮氢材料；铬酸镧是高温热电材料。近年来，世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料，可在液氮温区获得超导体，使超导材料的研制取得了突破性进展。

此外，稀土还广泛用于照明光源，投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉；在农业方面，向田间作物施用微量的硝酸稀土，可使其产量增加5％～10％；在轻纺工业中，稀土氯化物还广泛用于鞣制，毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。

在农业方面，研究结果表明，稀土元素可以提高植物的叶绿素含量，增强光合作用，促进根系发育，增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发，提高种子发芽率，促进幼苗生长。除了以上主要作用外，还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。

大量的研究还表明，使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用。玉米用稀土拌种，出苗、拔节比对照早1～2天，株高增加0.2米，早熟3～5天，而且籽粒饱满，增产14％。大豆用稀土拌种，出苗提早1天，单株结荚数增加14.8～26.6个，3粒荚数增多，增产14.5％～20.0％。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的维生素C含量、总糖含量、糖酸比均有所提高，促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度，降低腐烂率。

稀土大国　资源丰富

稀土不只是一个产品，而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46％的氯化物到99.9999％的单一稀土氧化物及稀土金属。根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，稀土可以分为三组：轻稀土组，包括镧、铈、镨、钕、钷等元素；中稀土组，包括钐、铕、钆、铽、镝等元素；重稀土组，包括钬、铒、铥、镱、镥、钇等元素。

中国是名副其实的世界第一大稀土资源国，已探明的稀土资源量约6588万吨。中国稀土资源不但储量丰富，而且还具有矿种和稀土元素齐全、稀土品位及矿点分布合理等优势，为中国稀土工业的发展奠定了坚实的基础。

稀土元素篇7

关键词：镁合金；稀土元素；力学性能；热处理

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.32.097

镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有高比强度和比度、高减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，并且有优良的导热性和导电性，良好的尺寸稳定性等一系列优点。因此在汽车、电子电器、航天航空和国防军事工业领域有着极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金以后发展起来的金属结构材料，并被称之为“21世纪的绿色工程材料”。其中AZ91D就是一种应用及其广泛的压铸镁合金，该合金的A代表铝，Z代表锌，“9”表示Al的含量为9%，“1”表示Zn的含量为1%左右。D表示是第四种登记的具有标准组成的镁合金。但目前的生产实际中还存在一些技术难点使得镁合金不能更加广泛的应用到汽车中，其中对于稀土镁合金的研究还存在许多不确定因素，因此对于稀土镁合金还需要相关技术人员通过不断的试验来完善相关领域。本文以Mg-Gd合金作为基体，研究稀土元素Gd对镁合金微观组织和力学性能的影响，探索稀土元素Gd对AZ91D镁合金材料的性能影响，从而为镁合金在汽车领域中的广泛应用提高技术基础。

1 实验

在工厂借助流水线生产设备，采用工业牌号AZ91镁合金。AZ91镁合金的成分（质量分数）为：Al9.1%，Zn0.93%，Mn0.36%，Si≤0.02，Fe≤0.12，余量为Mg。加入稀土含量的设计成分为AZ91D-x%Y-y%Nd-z%Gd，加入量如表1所示。在8GWU型电阻炉中熔炼，用混合制冷剂YH134a和氮气作为保护气体，待合金达到690℃～710℃时，添加不同配比的Mg-Y、Mg-Nd、Mg-Gd稀土中间合金，搅拌均匀后保温10分钟左右，然后在J1125B型压铸机中压铸成实验所需的AZ91型稀土镁合金。压铸试样尺寸和压铸型工艺按照国家标准GB/T13822-92《压铸有色合金试样》规定要求设计。将试样用MgO粉覆盖，放入SX-4-10型箱式电阻炉中固溶（370℃×16h）后，快速投入冷水中淬火。再用105℃×10h固溶时效（T6）处理后空冷。

室温拉伸的试样尺寸如图1所示，将室温态和固溶（T4）以及T6各十个试样通过型号为WDW-150KN型拉伸机上进行拉伸试验测试，拉伸速率为5mm/min。将室温下的试样拉断后通过型号为SU8010扫描电镜观察拉断后的微观形貌；用MDS型光学显微镜对镁合金试样（试样尺寸如图2所示）进行光学显微观察；用HVS-1000A型维氏硬度仪对合金进行硬度测试，试样的尺寸如图2所示。

2 试验结果及讨论

2.1 稀土元素对AZ91镁合金拉伸性能的影响

图3为不同稀土含量Y、Nd和Gd的AZ91镁合金抗拉强度及伸长率变化曲线。可以看出，随着稀土元素质量分数的增加，镁合金的强度和伸长率出现先增大后减小的趋势，当加入0.6%的Gd时，合金的抗拉强度为240Mpa，伸长率为5.6%；当加入0.6%Y+1.2%Nd+1.2%Gd的稀土元素时，合金的抗拉强度最大，为260.5MPa，伸长率最大，为δ=9%。而当混合稀土的含量继续增加时，合金的拉伸性能反而降低。由此可知：适量的混合稀土能够增加AZ91镁合金的室温拉伸性能。

2.2 热处理对稀土镁合金力学性能的影响

图4、图5为合金室温下和固溶处理后的拉伸数据对比图。可以看出，固溶处理后的合金在加入一定量的混合稀土后，合金的抗拉强度和伸长率相对于常温下有所提高；并且当稀土元素的含量为4.8%时，合金的伸长率最大，为12.2%，固溶状态后加入稀土元素的含量为3.6%时，合金的抗拉强度最大，为282.99MPa。相对于铸态稀土镁合金提高了65%，相对于纯AZ91D镁合金提高了很多。因此，我们可以看出，热处理能够在一定程度上更大幅度的提升稀土对镁合金的力学性能。

2.3 稀土元素对镁合金微观组织的影响

2.3.1 稀土元素对铸态镁合金金相组织的影响

图6分别是不含稀土、含1.2%的稀土以及2.4%的稀土的镁合金的微观组织。

从图中的金相组织我们可以看出，随着稀土含量的增加，合金的微观组织是得到了细化，β相由粗大的网状到半连续的网状最后慢慢溶解的分布在α内，黑色颗粒物在减少。

2.3.2 热处理对稀土镁合金微观组织的影响

图7分别是1.2%的稀土的镁合金在铸态、370℃×16h固溶处理以及370℃×16h固溶+105℃×10小时时效处理的显微组织。

从图中我们可以看出，固溶处理能够使合金的组织得到细化，粗大连续的网状组织相对于固溶处理的重新析出，晶界中分布着细小颗粒状组织物；

时效处理后，固溶时效后加入稀土元素，相对于固溶处理，晶界处又开始析出片层状的物相，同时有呈现细小片层或者弥散颗粒状的颗粒组织分布在晶界，数目增多。

通过相关文献及分析可知：经过固溶处理的镁合金，由于β相溶解，Al以置换原子的形式进入到α相中，从而起到了细化组织的作用。但是经固溶+时效处理后的镁合金，β相再次析出，由晶界向晶内生长。

2.4 稀土元素对镁合金的硬度的影响

如图8是铸态、固溶态（T4）以及时效态（T6）三种状态下的硬度测量数据整理柱状图。

由实验数据可看出，铸态下向合金中加入适量的混合稀土元素可使合金的硬度提高，超过一定量的稀土元素后，硬度会降低。

根据相关文献我们可以分析大致的原因是：由于稀土的加入，形成了高熔点的化合物，使得合金的硬度有所提升，同时再经过热处理之后，合金由于固溶强化和时效硬化作用，从而在一定程度上提升了镁合金的硬度。

3 结论

（1）在稀土元素的含量为3%（0.6%Y+1.2%Nd+1.2%Gd）时，铸态合金的抗拉强度最大，为260.5MPa，伸长率最大，为δ=9%；固溶状态后加入稀土元素的含量为3.6%时，合金的抗拉强度最大，282.99MPa，伸长率为11.2%。固溶时效处理后加入的稀土含量序号为8号，即成分含量为1.2%Y+1.8%Nd+1.8%Gd，此时的抗拉强度最大，为270.33MPa，伸长率为10%。

（2）稀土元素的含量、成分以及热处理方式的不同，对铸态合金的抗拉强度、伸长率以及合金的组织的影响程度也不同；相对于铸态合金，经过本实验选择的固溶时效处理后，向合金中加入混合稀土元素对合金的抗拉强度影响不大，有一点点的提高，伸长率有明显的提高，而硬度降低；而相对于固溶态合金，固溶时效后向合金中加入混合稀土对合金会使合金的抗拉强度，伸长率及硬度均有明显降低。

（3）向合金中加入适量的混合稀土元素Y，Nd和Gd后，铸态合金的抗拉强度、伸长率及硬度都得到了提高，但是稀土元素超过了一定含量，反而会降低。

（4）铸态下的最大硬度值为98HV，即含量为1.2Y+1.2Nd+1.2Gd的稀土镁合金；固溶的最大硬度为104.72HV，合金含量1.2%Y+1.2%Nd+1.8%Gd，时效后的最大硬度为91.36HV，合金含量为0Y+0Nd+0.6%Gd。

（5）向合金中加入适量的混合稀土元素Y，Nd和Gd，能够使合金的组织得到细化，均匀化。

经过本实验选择的固溶处理后，向合金中加入适量的混合稀土元素，相对于铸态组织细化程度更明显，同时网状组织慢慢在溶解；经过本实验选择的固溶时效处理后，向合金中加入稀土元素同样能够使合金的组织得到细化，网状组织同样在溶解；但是，与铸态和固溶态合金相比较而言，会有颗粒状的弥散物析出。

参考文献

[1]杨少锋，王再友.压铸镁合金的研究进展及发展趋势[J].材料工程，2013，（11）：81-88.

[2]范艳艳等.合金元素对AZ91镁合金组织和性能影响的研究进展[J].中国铸造装备与技术，2008，（06）：5-9.

[3]黄志伟等.Mg-Y-Nd-Gd-Zn-Zr镁合金铸造组织性能研究[C].重庆：重庆市铸造 年会论文集，2013.

[4]韩恩厚，潘复生.高性能变形镁合金及加工技术[M].北京：科学出版社，2007.

[5]Zeng， X.， et al.Effect of strontium on the microstructure，mechanical properties，and fracture behavior of AZ31 magnesium alloy[J].Metallurgical & Materials Transactions A，2006，37（37）：1333-1341.

[6]张丁非等.稀土元素对镁合金力学性能影响的研究进展[J].功能材料，2014，（05）：5001-5007.

[7]Boby， A.，et al.Effect of Antimony and Yttrium Addition on the High Temperature Properties of AZ91 Magnesium Alloy[J].Procedia Engineering，2013，55（12）：98-102.

[8]曾小勤，周娜，郭志刚等.稀土元素Nd，Y对镁合金性能与组织的影响[D].上海：上海交通大学，2010.

[9]吕钟，周建，孙志梅，陈荣石.稀土元素对镁合金结构及力学性能的影响[D].厦门：厦门大学，2013.

稀土元素篇8

关键词：黑色岩系；稀土元素；地球化学；下寒武统

1. 地质概况

沿扬子地台周边，贵州、云南、四川、湖北、湖南、广东、广西、江西、浙江、安徽等省市，于上震旦统至下寒武统，普遍分布有一套低热值的黑色炭质岩系。这套黑色岩系富含的元素种类繁多。因各地的地质背景略有不同，不同元素的相对含量亦有差异，这就形成了某一元素特别集中而具开采利用价值的矿床，蕴藏量巨大，潜在经济价值之大难以估量。因而这套黑色岩系被称为重、贵、稀有、稀土元素的宝库，具有重要的研究价值、科学意义与开发利用价值。

稀土元素的含量、总量及组合规律客观反映地质体的演化过程、地质作用的条件以及成矿的物质来源，常被用作地球化学作用的指示剂（刘云，1998）。稀土模式可用来指示沉积岩的物源，LREE/HREE比值低，无Eu异常，则物源可能为基性岩石；LREE/HREE比值高，有负Eu异常，则物源多为酸性岩石（赵红格等，2003），因而对其组成和配分的研究是探讨沉积岩岩石物源的重要途径之一。

2. 样品采集与测试

本次金家村地区内出露一套炭质页岩、炭硅质页岩为主的黑色岩系，因此本次工作测试三条剖面，剖面自下而上岩性依次为硅质岩、硅质页岩、含硅碳质页岩、碳质页岩、页岩、钙质泥岩，含碳质页岩，上覆地层为大陈岭组泥灰岩。通过对区内3条剖面进行了系统的地球化学研究，试图初步探讨该区黑色岩系的形成环境、物质来源及成矿潜力，分析结果见

邻区湖南地区黑色岩系中蕴藏着丰富的石煤、钒、磷、钡及多金属富集层等矿产资源，本区荷塘组黑色岩系中发现众多石煤、钒、磷等矿床。针对上述情况，本次实测3条剖面共29个样品的As、Sb、Cu、Zn、Pb、Mo、V、U、Cr、Ni、Co、

Th、Ag、Au14个元素分析数据显示，区内荷塘组中部炭质页岩为多金属富集层，Zn、V、Ni、Ag、 Cr含量较高，在多金属富集层中比其他层位样品更为富集，可作为初始矿源层，找矿前景较大。区内黑色岩系荷塘组中部炭质页岩中Ag、V、Mo等多金属元素富集程度明显比下部硅质岩和上部页岩及泥岩都高。炭质页岩在沉积过程中就已经形成了As、Sb、Cu、Zn、Pb、Mo、V、U、Cr、Ni、Ag等多金属元素富集层，如果受到后期构造运动和岩浆活动改造，可使得这些金属元素活动迁移、富集并成矿，本次对黑色岩系元素的研究对找矿具有一定的指示意义（见表1、图1、图2）。

4. 黑色岩系稀土元素分析结果及讨论

通过对金家村地区简单的取样分析得出的结果及相关参数（表2）研究得出黑色岩系中炭质页岩的稀土总量为92.96×10-6～176.69×10-6，平均151.21×10-6，明显低于北美页岩稀土总量。LREE/HREE比值大小能反映REE的分异程度，比值越大表明LREE越富集。区内寒武纪黑色岩系的LREE/HREE比值为4.37～10.16，平均7.93，轻稀土富集。

通过对金家村地区黑色岩系稀土元素分析结果表明，剖面中不同类型岩石的稀土总量有明显的差异，炭质页岩中的稀土含量达到峰值，向上或者向下都有逐渐减小的趋势。李胜荣等（1995）认为，沉积剖面上稀土总量的这一变化规律与同沉积期介质中稀土活度和沉积物在稀土元素组成特征上存在明显的差别。金家村地区黑色岩系的稀土元素经北美页岩组合样标准化曲线，LREE/HREE比值较小，标准化曲线近于水平和略显左倾（图3），这些稀土元素特征反映出其具有海相热水溶液的沉积特征。区内黑色岩系La/Ce平均值为0.60，还想沉积物中低的比值能够反映其沉积过程中受到热水作用的影响；推测La和Ce可能并未受到后期改造，代表了其原始信息。进一步反映区内黑色岩系在沉积过程中有热水活动的参与。且前人在东至、石台等地黑色元素的研究结果也显示其沉积过程中有热水活动的参与。

5. 结论

1. 金家村地区寒武纪荷塘组黑色岩系富集Ag、Zn、Mo、V、U、Cr、Ni等多金属元素，而且这些金属元素在这套黑色岩系中部的炭质页岩中富集程度比在其他岩性中明显偏高，在炭质页岩中达到最大值，向两端逐渐减小，局部地段部分元素可富集成矿。

2. 近年来不少学者针对该地层黑色岩系进行了多种地球化学分析，试图解释其物质来源、形成环境和一些地球化学元素的富集机理等（李胜荣等，1995；彭军等，1999；冯洪真等，2000；杨剑等，2005；徐晓春等，2009）。稀土元素数据显示其基本与石台地区寒武纪黑色岩系的稀土元素组成一致，形成于干燥气候条件下从缺氧还原状态过渡到半还原弱氧化状态的过程中。黑色岩系REE总量和δCe值反映其形成于相对较深的浅海斜坡环境（徐晓春等，2009）。

3. 安徽省金家村地区下寒武统黑色岩系的稀土元素组成具显著的特征，其稀土含量总体不富集，明显比北美页岩稀土总量低，也比我国湘黔地区早寒武世黑色岩系的稀土总量低，δEu值为0.85～0.90，平均0.88；δCe值为0.70～0.97，平均0.85；Y/Y*值为0.70～1.67，平均为1.36，可能不具稀土矿成矿意义。

参考文献：

[1] 安徽省地质矿产局.1987.安徽省区域地质志[M].北京地质出版 社.

[2] 高振敏，罗泰义，李胜荣.1997.黑色岩系中贵金属富集层的成因 [J].地质地球化学.

[3] 王中刚，于学元，赵振华，等.1989.稀土元素地球化学[M].北京科 学出版社.

[4] 徐晓春，熊亚平，谢巧勤，等.2009.安徽石台地区下寒武统黑色岩 系微量元素地球化学特征[J].安徽地质（待刊）.