对于稀土元素在镁合金中产生的主要作用和效果,可以从物理冶金和化学冶金两方面来分析。
(1)稀土和镁的晶体结构类似性。大部分稀土元素在使用温度下的晶体结构与镁相似,为密排六方结构(hcp),因此具有较高的固溶度。某些MgRE亚稳相为六方相(超点阵结构,DO19),易和镁基体形成共格/半共格关系,这是稀土镁合金通常具有很好的高温蠕变抗力的原因之一。
(2)各稀土原子与镁原子的半径之差相似,但又互不相同,因此,在镁中的固溶度各异。镧系元素的原子半径随原子序数的增加而减小,这种现象称为“镧系收缩”。但在Eu和Yb处呈现两个峰值,称为“双峰效应”。大部分稀土元素与镁的原子半径之差在15%以内,所以大部分稀土元素在镁中具有较高的固溶度(有些高达10%~20%,而稀土元素在钢和铝中的溶解度仅有千分之几)。稀土元素在镁中的最大固溶度随原子序数的增加而增大,恰恰在Eu和Yb处形成两个低谷，我们称之为“双谷现象”，这种现象与Eu和Yb原子半径远大于镁原子半径有直接关系。
(3)稀土元素的电负性变化范围大，电负性之差越小，越容易形成固溶体，反之易形成化合物。镁的电负性为1.31，稀土元素与镁的电负性相差越小，稀土元素在镁中的固溶度越大。相反，原子间的电负性相差越大，越易形成金属间化合物，生成的化合物越稳定。
(4)三价的稀土元素增强合金基体中Mg2+间的结合力。稀土金属多以三价形式溶于二价镁基体中,提高合金基体的电子云密度,增强镁合金中原子间的结合力。此外,稀土原子的质量和半径都比镁原子大,从而能够减慢原子的扩散速率,有助于提高合金力学性能,尤其是抗高温蠕变性能。
(5)稀土元素是镁合金的表面活性元素,易与镁合金中的合金化元素发生化学反应。合金熔炼时稀土易于在合金液表面聚集,形成MgO、RE2O3等多元复合致密氧化物层,减轻氧化现象,提高合金的起燃温度,有利于合金的熔铸;合金液凝固过程中,稀土元素在固液界面前沿富集,可提高成分过冷度,细化合金组织(基体和第二相);适量的稀土能降低合金液的表面张力,有助于提高合金铸造性能。稀土元素是典型的金属元素,其活泼性仅次于碱金属和碱土金属,能和绝大部分元素发生化学反应,因此与杂质反应,可以生成熔点高、密度大的化合物,从而被除去,如镁合金中常见的氢、氧化物夹杂、硫和铁等。另一方面,稀土元素与镁或合金化元素生成熔点高、热稳定性好的第二相化合物,这些化合物在高温下不易长大变形或分解,有助于提高合金的强度和耐热性能。
(6)促进时效硬化效果。稀土,尤其是重稀土(Yb除外），在镁中固溶度随着温度的下降而降低，具备固溶-人工时效强化的基本条件。试验证明，Gd、Tb、Y和Sc都促使镁合金具有显著的时效硬化特性。
NJ-HW868A高频红外碳硫分析仪适用于钢铁、有色金属、水泥、矿石、玻璃、陶瓷及其它金属、非金属材料中碳硫两元素质量分数的测定。本仪器采用高频感应加热炉燃烧样品，红外线吸收法测试样品中碳硫两元素质量分数。测量范围 ：碳 （C）0.0001% ～ 10.000% （可扩至99.999%）；硫 （S）0.0001% ～ 3.5000% （可扩至99.999%）；测量误差： 碳符合 ISO9556 标准；硫符合 ISO4935 标准 ，分析时间： 25 ～ 60s 可调，一般在 35s 左右。
南京诺金高速分析仪器厂
2023年5月10日
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