高性能镁-稀土结构材料的研制、开发与应用

由于镁合金具有低的密度-质轻、高比刚度、卓越的机械性能、高的硬度及良好的铸造性能, 近几十年来镁合金的应用一直是自动化工业的目标之一. 然而, 高温特殊用途, 例如在发动机上的应用, 通常的镁合金就受到了限制, 因为在高温下它们的强度和抗蠕变性能都比较差. 由于镁-稀土合金增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能, 稀土加入后形成镁-稀土合金就可以满足高温应用的要求. 本文就我国丰富的镁和稀土资源评述了国内外镁-稀土合金的研制、开发与应用状况及发展趋势, 同时结合我国相关单位的研究进展, 对我国镁-稀土合金的发展提出了建议.     

混合稀土与铈对铝-镁合金凝固组织及光泽度的影响

研究了混合稀土及铈对铝-镁合金凝固组织、硬度、表面光泽度的影响。稀土加入Al-1.0％Mg-0.5％Si合金中能明显细化合金的凝固组织,且随稀土加入量增加,合金的二次枝晶间距减小。在<6％范围内,随着稀土加入量的增加,合金的硬度明显提高。当加入0.1～0.3％RE时,合金的最大反射率可达89％,并能提高光泽度持久性,当超过0.3％时,光泽度逐渐下降。金属型铸造试样的光泽度比砂型铸造的要高。     

稀土氧化物改性MoS_2基复合涂层的制备及其摩擦学特性研究

以La_2O_3和CeO_2对关节轴承用MoS_2基复合涂层进行改性处理,并通过摩擦学性能和粘接性能试验优化出La_2O_3的最佳含量为4%,CeO_2的最佳含量为2%。用空气喷涂法将优化后的涂层喷涂在自润滑关节轴承内圈表面制备自润滑关节轴承,并在自制的摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对涂层表面形貌和化学成分进行了表征和分析。结果表明,改性前的MoS_2基涂层对关节轴承起到一定的减摩润滑效果,但摩擦对偶面磨损严重,出现微裂纹,MoS_2发生氧化反应,降低了涂层质量,发生了严重的磨粒磨损和粘着磨损;经稀土改性后,关节轴承摩擦学性能得到明显改善,稀土有效抑制了MoS_2的氧化,对偶面有良好的转移膜生成,发生轻微的磨粒磨损。由于CeO_2对涂层的强化作用较弱,磨损过程中有部分CeO_2脱落,因而改性效果次于La_2O_3。     

铒和钕对铸态ZK60镁合金显微组织和力学性能的影响

研究了铒和钕对铸态ZK60镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：ZK60镁合金中添加Er或Nd能够细化晶粒，改变合金的显微组织。当ZK60镁合金中加入1．0％（质量分数）的Er或Nd具有最佳的细化效果，与原ZK60镁合金晶粒尺寸相比较，晶粒的平均直径由原来的33．0μm分别减少至23．6和25．2μm。添加Er或Nd的ZK60镁合金形成古有Er或Nd的稀土共晶相，其熔点为518℃。稀土共晶相对晶粒具有钉扎作用，提高合金在150℃时的抗拉强度。稀土共晶相的形态和分布对室温力学性能有显著影响。含有Er的共晶相析出数量较少，沿晶界不连续分布，提高合盒室温强度的同时塑性略有改善，而含有Nd的共晶相形态粗大，析出数量较多，沿晶界网状连续分布，合金固溶强化效果明显减弱，室温强度和塑性均降低。     

钇对AZ91镁合金微观组织及腐蚀性能影响的研究

通过金相分析、扫描电镜析及化学成分分析等测试手段,对添加不同含量Y的AZ91镁合金的微观组织和腐蚀性能进行了研究。结果表明,加入Y后,合金中有稀土相Al4MgY生成,并显著细化了合金的微观组织,合金微观组织由典型的枝晶组织转变为细小的等轴晶组织,当Y含量达到1.52%时,合金组织的细化程度最大;Y的加入,减少了合金中的-βMg17Al12相,并使β相断续、弥散,同时合金的耐腐蚀性能提高,在3.5%NaCl水溶液腐蚀实验中,稀土含量为1.52%Y的合金耐腐蚀性能最好。     

富钇混合稀土对AM60镁合金显微组织与力学性能的影响

在AM60镁合金的基础上添加不同质量分数的富Y混合稀土(分别为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%),研究了富钇混合稀土对AM60镁合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:富Y稀土的加入使AM60镁合金的显微组织明显细化,并能显著提高合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率。加入混合稀土后,合金中形成块状的铝钇化合物Al2Y,Al6Mn6Y,β-Mg17Al12相数量减少。当稀土加入量为1%时,合金的各方面性能达到最好。     

稀土/MoSi2复合材料的干摩擦磨损性能

运用M－2型摩擦磨损试验机测定了不同载荷条件下稀土／MoSi2复合材料与45钢配对件的干摩擦磨损性能，采用SEM观察了摩擦副表面的形貌和X射线分析了磨屑相组成，并探讨了其磨损机制。结果表明：稀土／MoSi2和MoSi2与45钢干摩擦时，在负荷不超过150N的范围内，其摩擦系数μ和磨损率W与负荷p间较好地满足关系式：W（或μ）＝a bp cp^2 p^3 ep^4，两种均具有优异的耐磨性能，在80－120N范围，稀土／MoSi2复合材料的磨损率比纯MoSi2材料的至少降低了65％；稀土／MoSi2材料的磨损机制主要是粘着磨损。     

稀土对AM50力学性能及高温蠕变的影响

对Y和富La稀土对镁合金AM50微观组织、铸态力学性能和蠕变性能的影响进行了研究.研究结果表明: AM50中加入Y和富La稀土能有效地细化晶粒,由于显微组织的改善,使得AM50合金的室温和高温力学性能均有一定的提高,并明显地改善了AM50镁合金的抗蠕变性能.填加稀土可以在AM50合金晶界处生成稳定的铝稀土化合物,可以明显提高镁合金AM50的常温及高温(150 ℃)力学性能.与加入富La稀土的AM50相比,加入Y提高力学性能及蠕变抗力的作用更明显.     

稀土对锡铅共晶合金定向凝固组织的影响

同稀土含量地锡铅共晶合金定向凝固组织的影响，发现稀土的加入使片间距减小，片支断续、不规稀土量增加使结晶组织向胞晶转变，且凝固过程中由于稀土的“亲Ｓｎ”作用，使锡铅共晶点偏移，促进初生富铅相生成，出现亚共晶生长层；稀土化合物对锡铅的凝固过程几乎没有影响。     

钇和铈对AM50镁合金显微组织和力学性能的影响

为了开发低成本、高强度和耐高温的新型镁合金，研究了微量Y，Ce复合对AM50镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：Y和Ce复合加入AM50镁合金，能明显细化晶粒，由于显微组织的改善，合金的室温和高温力学性能得到明显提高，当稀土加入量为0．6％Ce-0．3％Y（质量分数）时，合金晶粒细化效果较好，其室温和高温（150℃）力学性能比较理想。     

熔盐电解法制备稀土合金研究进展

熔盐电解法制备稀土合金具有成本低、成份均匀且容易控制、质量较好、易实现连续化生产等优势.本文结合稀土合金在金属结构材料、磁性材料和贮氢材料中的应用,在介绍熔盐电解的知识进展的基础上,综述了稀土分别与镁、铝、铁、钴、镍、铜等组成的合金的熔盐电解制备研究进展,并对以后的研究工作进行展望.     

Sm-La二元稀土对铅基板栅材料显微结构和电化学性能的影响

为提高铅酸蓄电池板栅材料的性能,在Pb-Ca-Sn-Al合金中添加了Sm-La二元稀土元素,研究其含量对显微结构和电化学性能的影响。利用金相和循环伏安、线性扫描、阻抗-电位、电化学阻抗谱等电化学测试方法对板栅性能进行了表征。结果表明:Sm-La稀土元素的加入促进合金晶粒细化,随其含量的增加,析出物颗粒变小并弥散分布。与添加Sm的合金相比,复合添加Sm-La的材料具有更低的析氢电位,改善了深放电时铅合金上所形成的阳极Pb(II)膜的阻抗特性,表现出良好的性能。     

Electrochemical Sensing of Dissolved Hydrogen in Aqueous Solutions as a Tool to Monitor Magnesium Alloy Corrosion

Magnesium and its alloys have been the focus of the development of biodegradable metallic implant materials for years. Since water is reduced to form hydrogen gas during their corrosion, the amount and rate of hydrogen evolution, and therefore the dissolved hydrogen, could be used as an indicator to monitor and compare the corrosion. Here we report on a commercially available Clark‐Type amperometric microsensor and a simple potentiometric sensor for hydrogen to monitor the corrosion of a magnesium alloy in aqueous solutions. The sensors were compared using rare‐earth containing Mg alloy discs (Mg with 4 % Y, 2 % Nd, 0.5 % Ga, 0.5 % Dy) immersed in phosphate buffered saline (pH 7.4) and 3.5 % NaCl.     

轻稀土氧化物对非晶态NiB合金催化剂的改性研究

采用脉冲技术以气相苯加氢为探针反应,首次研究了轻稀土元素Ｃｅ,Ｐｒ,Ｎｄ对化学还原法制备的非晶态ＮｉＢ合金催化剂遥加氢及抗硫性能的影响。用ＸＲＤ鉴定结构,用ＤＳＣ测定晶化温度;并用吸附ＣＯ,ＴＰＲ,ＴＰＤ等手段表征了轻稀土对非晶态ＮｉＢ合金催化剂表面性质的影响。     

Investigation of corrosion behavior of biodegradable magnesium alloys using an online-micro-flow capillary flow injection inductively coupled plasma mass spectrometry setup with electrochemical control

The development of biodegradable metallic materials designed for implants or medical stents is new and is one of the most interesting new fields in material science. Besides biocompatibility, a detailed understanding of corrosion mechanisms and dissolution processes is required to develop materials with tailored degradation behavior. The materials need to be sufficiently stable as long as they have to fulfill their medical task. However, subsequently they should dissolve completely in a controlled manner in terms of maximum body burden.This study focuses on the elemental and time resolved dissolution processes of a magnesium rare earth elements alloy which has been compared to pure magnesium with different impurity level. The here described investigations were performed using a novel analytical setup based on a micro-flow capillary online-coupled via a flow injection system to a plasma mass spectrometer. Differences in element-specific and time-dependent dissolution were monitored for various magnesium alloys in contact with sodium chloride or mixtures of sodium and calcium chloride as corrosive media. The dissolution behavior strongly depends on bulk matrix elements, secondary alloying elements and impurities, which are usually present even in pure magnesium.     

稀土-铅合金在硫酸溶液中阳极行为研究

利用极化曲线、阳极恒流腐蚀、室温析气实验等研究了稀土低钙高锡型铅钙合金在硫酸中的阳极行为，研究结果表明稀土的加入改善了合金的电化学性能，相关结果进一步丰富了免维护铅酸电池开发研制的理论和实践，具有重要的意义。用SEM对腐蚀膜的形貌进行了分析，同时测试了膜的力学性能。结果表明：新型铅钙合金的耐腐蚀性能较好，稀土的加入使阳极腐蚀膜具有良好的力学性能，有利于电池深循环性能的提高和板栅与活性物质之间的结合，对延长电池的使用寿命有促进作用。     

电感耦合等离子体发射光谱法测定稀土发火合金中铁、镁、铜和锌

采用盐酸辅以加热的方式处理稀土发火合金样品,以电感耦合等离子体原子发射光谱法测定稀土发火合金中铁、镁、铜和锌含量。采用矩阵模拟实验优化分析谱线,利用多点定标校正曲线法计算测量结果。在最佳实验条件下,稀土发火合金中的基体元素对待测元素的测定结果无明显影响,各元素在检测范围内线性关系良好,相关系数均为0.999 9,方法检出限为0.001~0.010μg/m L。测定结果的相对标准偏差为1.10%~1.75%(n=11),样品加标回收率在96.00%~104.05%之间。该方法简便、快速且具有较高的灵敏度,适用于稀土发火合金中铁、镁、铜、锌等非稀土元素的测定。     

稀土对钛合金钢的析出与组织性能的影响

概述了稀土在钢中的研究现状,并重点说明了稀土在钛合金钢中的作用机制及对钢的组织与性能的影响。稀土加入钢中后起到细化了组织晶粒、净化钢液、细化夹杂的作用,改善了钢的力学性能、抗腐蚀性等性能;稀土加入含钛钢中后,对含钛第二相以及组织与性能起到一定积极作用,细小的TiN与TiC颗粒经常用于改善晶粒大小和改善钢的切削韧性和耐磨性等特点,对奥氏体晶粒的细化程度更加明显,促进了含细小钛第二相的富集、夹杂的弥散分布、夹杂的球化等,更为有效的改善钢的组织与性能。     

熔盐电解法制备镁稀土合金的现状及展望

熔盐电解法是一种高效制备镁稀土合金的方法,工艺流程简便易于连续生产,而且制备的镁稀土合金成分均匀,不偏析。 不同稀土元素的熔盐体系也有所区别,重稀土元素一般采用氧化物电解法,而轻稀土元素则采用氯化物电解法。 针对以上不同的电解方法,本文从电解原料、电解槽结构、电极过程、电解工艺、尾气处理等多方面详细阐述了制备镁稀土合金的现状,并对电解法制备镁稀土合金的未来提出发展方向。