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稀土与mg原子半径

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-03-02 09:16
tags:

-

2021年3月2日发(作者:tackle)


镁合金稀土合金化的研究进展




摘要:镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度高、比刚度高、减振

< p>
性高等优点,被誉为


21


世纪绿色工程金属结构材 料。稀土元素由于具有独特的核外电子结


构,作为一种重要的合金化元素,在冶金、材料 领域起着独特的作用,例如净化合金熔体,


细化合金组织,


提高 合金力学性能和耐腐蚀性能等。


综述了稀土在镁合金中的行为,


介绍了


一系列重要的稀土元素对镁合金的组织和力学性能的影响,


并对稀土镁合金发展提出一些展


望。



关键词:稀土;镁合金;组织;性能



Abstract



Magnesium alloy is the lightest metal structure material



which has low density and high


strength



high stiffness ratio and high shock absorption



It is known as green metallic structural


materials in the 21st century



Rare earth elements as an important alloying element in metallurgy


plays


a


unique


role


in


this


field



such


as


purification


of


molten


alloy



refinement


of


microstructure



improvement


of


mechanicaI


properties


and


corrosion


resistance



and


so


on



Behavior of rare-earth in magnesium alloy is summarized in this paper



Effects of a series of


important


rare


earth


on


microstructure


and


mechanical


properties


of


magnesium


alloys


is


also


introduced



Some outlook of rare-earth magnesium alloy is made




Key words



Rare- earth



Magnesium Alloy



Microstructure


< br>Property



镁合金是继钢铁和铝合金之后发展 起来的第三类金属结构材料,


被誉为



21


世纪绿


色工程材料”


,也是目前在 实际应用中最轻的金属结构材料。镁合金具有比强度高、比


刚度高、

阻尼减振性能好以及优异的铸造、


切削加工性能和易回收等优点,

< br>在航空航天、


[1,2]


国防军事等领域具有极其重要的 应用价值



中国是镁资源大国,


镁资源 储量居世界第


一,随着很多金属矿产资源的日益枯竭,镁合金日益受到广泛关注。


随着我国经济和工


业的不断增强发展,


必将加 大在镁及镁合金方面研究和应用的投入,


镁合金必将有更为广阔


的前景和发展空间。




稀土元素由于 具有独特的核外电子结构,


作为一种重要的合金化元素,


在冶金 、


材料领


域起着独特的作用。


例如净化 合金熔体,


细化合金组织,


提高合金力学性能和耐腐蚀性能等< /p>


[3]



作为合金化元素或微合金化元素 ,


稀土已经被广泛应用于钢铁及有色金属合金中。


此外,


稀土加入镁合金中,


促进合金表面氧化膜由疏松变为致密,

< p>
降低合金在液态和固态下的氧化


[4]


倾向,从而 提升传统镁合金耐蚀、耐磨等性能





[1]



师昌绪,李恒德,王淀佐等, 加速我国金属镁工业发展的建议


[


J


]


,材料导报,


15(4)(2001)5.


[2]



, , etc. Progressive Steps in the Platform Science and Technology for Advanced


Magensium Alloys, Materials Science Forum


[


J


]


, 2003(3).:419-422


[3]



余琨


,


黎文献


,


王日初

,



.


稀土


Ce



Nd



AZ31


镁合金耐蚀性能的影响


[J].

材料保护


,2007,40(11):6-10.


[4]



Wenjuan


Liu,Fahe


Cao,Linrong



of


rare


earth


element


Ce


and


La


on


corrosion


behavior


of


AM60 magnesiumalloy[J]



Corrosion Science



2009(51)



1334



1343

< br>.




1.


稀土合金化的微观机理



< p>
稀土元素位于元素周期表第三副族,其结构特点是原子的最外层电子结构相同,都是


2


个电子,


次外层电子结构相似,倒数第三层


4f


轨道上的电子数从


0-14


各不相同。稀土原子半径大,极易失掉外


层两个


S


电子和次外层


5d


一个电子或


4f


层一个电子而成


3


价离子,某些稀土元素也能呈


2


价或


4


价态,


具有很高 的化学活性,与


O



S


等元素有较强的结合力



1



。由于合金组成成分决定显微组织结构及


< br>2



其宏观性能,一般而言,合金成分设计主要考虑四个 方面因素





1


)晶体结构因素。根据


Hume-Rhthery Rules


固溶准则,金属结构相同、原子尺寸和电化学特征相


近的元素,才能形成无限固溶体。镁合金与稀土元素皆具有密排六方晶体结构(


hcp


),使得稀土元


素在镁合金中固溶度较大,几乎所有的稀土元素 对


α


-Mg


都有较好的固溶强化作用。




2


)原子 尺寸因素。溶质和溶剂原子大小差值在


15%


以内才形成无限固 溶体。大部分稀土元素与



镁的原子尺寸半径相差在

< p>
±


15%


围内(见图


1< /p>


),各种稀土元素在镁中的溶解度不同,增加的顺序为



La


、混合稀土、


Ce



Pr



Nd


。稀土元素可增强镁合金原子间的结合力,减少原子扩散速度。




3


)电负性因素。溶质元素与溶剂元素之间电负性相差越大 ,生成的化合物越稳定。


Darken- Gurry


理论认为,电负性差值大于


7 8 &

< p>
的元素不易形成固溶体。表



为稀土元素在镁中的固 溶度与原子半


径差、电负性的关系





2




刘光华


.


稀土固体材料学[


M



.


北京:机械工业出版社,


,1997



3




张津,章宗和


.


镁合金及应用[

< p>
M



.


北京:化学工业出版社,


2004



4




郭旭涛,


李培杰,


刘树勋,



.


稀土耐热镁合金发展现状及展望



G



7.

< br>铸造,


2002,51(2)



68-71



5




余琨


.


稀土变形镁合金组织性能及加 工工艺研究



D


.


长沙:


中南大学博士论文,


20 02




14-15




#



[3]





4


)原子价因素。溶质和溶剂的 原子价相差越大,则溶解度越小。






2.


稀土的阻燃作用



由于镁与氧极易发生 反应,


因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。


镁与氧反应 生


成的表面


MgO


膜,


致密度系数


α


Mg<1



疏松多孔,


不能有效阻止氧穿透该氧化膜;



MgO


的导热系数小,


不利于热量的 扩散,


会加剧镁的氧化和燃烧。


稀土元素加入镁合金后,


与氧


发生反应或与


MgO

中氧发生置换反应生成稀土氧化物


RE2O3


< p>
该稀土氧化物的致密度系数


α


>l


,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。





刘平平等研究了


Ca



Y



ZK60


镁合金阻燃性能的影响。


ZK60


镁合金中添加


Ca



Y


阻燃作用 明显,相对于不加


Ca



Y

< p>
时。含


1



62



Ca


合金燃点可提高


171


℃。含


2


95



Y


燃点可提高


253


℃。


Ca



Y


复合加入时


(1


.< /p>


96Y1



05Ca)

< br>燃点达到最高值,



845


℃保 温


30min


未燃烧。含


Ca


镁合金氧化膜分为三层,表层主要为


MgO


和< /p>


ZnO


,中间层含大量


O



Mg



少量


Ca


,最内层含大量


O



Mg


和较多


Ca


, 由三层氧化物组成的复杂氧化膜组成。含


Y


-


-


-


-


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-


-


-



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