[科普中國]-稀土中間合金

稀土中間合金(rage earth intermediate alloy)是指稀土元素與一種或數(shù)種其他元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。又稱母合金。一般包括混合稀土金屬、硅基稀土復(fù)合鐵合金和以稀土或釔為基的二元稀土中間合金。稀土中間合金的基本用途是作稀土添加劑。它的生產(chǎn)方法視原料情況和使用要求而定，主要有熔合法，熔鹽電解法、金屬熱還原法和粉末冶金法。

簡介稀土中間合金(rage earth intermediate alloy)是指稀土元素與一種或數(shù)種其他元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。又稱母合金。一般包括混合稀土金屬、硅基稀土復(fù)合鐵合金和以稀土或釔為基的二元稀土中間合金。

稀土中間合金的基本用途是作稀土添加劑。它的生產(chǎn)方法視原料情況和使用要求而定，主要有熔合法，熔鹽電解法、金屬熱還原法和粉末冶金法1。

發(fā)展簡史1908年含鐵30%的打火石問世，這是稀土合金的首次應(yīng)用，1922年美國礦務(wù)局(U.S.Bureau ofMines)首先在鋼中添加稀土。從50年代起，含鐵5%的鈰組混合稀士金屬廣泛用于鋼鐵冶金，生產(chǎn)球墨鑄鐵和汽車用高強(qiáng)度低合金鋼。60年代美國釩公司(Vanadium Corp)和鉬公司(Molyenrp Inc.)研制成功被歐美等一些國家稱作稀土硅化物的稀土硅鐵合金，1968-1974年期間。由于稀土硅化物的價(jià)格按稀土金屬含量計(jì)比電解法生產(chǎn)的混合稀土金屬低58%，致使混合稀土金屬在鋼鐵冶金中的應(yīng)用地位逐漸被稀土硅化物所取代，1972年稀土硅化物在美國冶金領(lǐng)域中的用量占稀土在該領(lǐng)域中用量的90%。1974年稀土硅化物的消費(fèi)量相當(dāng)于6000t的混合稀土金屬。從70年代中期起，受世界鋼市場和煉鋼新技術(shù)的影響以及稀土硅化物在煉鋼中的熔合能力欠佳，特別是合金生產(chǎn)費(fèi)用增加而導(dǎo)致價(jià)格上漲等因素，致使稀土硅化物在鋼中的消費(fèi)量在80年代初下降到15%。到80年代末，用于高強(qiáng)度低合金鋼的稀土中，稀土硅化物的占有率不到10%。

1948年英國研究人員首先用火石合金與硅鐵一起處理生鐵得到了球墨鑄鐵。1952年美國聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Carp.)在鎂硅鐵球化劑中配入鈰處理鐵水取得成功,從而導(dǎo)致了稀土鎂硅鐵合金的誕生。

前蘇聯(lián)在鋼鐵冶金中最先應(yīng)用混合稀土金屬和鈰鐵。70年代開始廣泛試斜稀土硅鐵合金和含鎂、鈣、鍶、鋇及稀土的復(fù)合鐵合金。

1956年中國科學(xué)院上海陶瓷冶金研究所研制成功用電硅熱法從含RE2O3 4%-6%的包頭鋼鐵公司的煉鐵高爐渣中冶煉稀土硅鐵合金的方法，這是世界上首次在電弧爐內(nèi)用硅鐵還原稀土氧化物生產(chǎn)稀土硅鐵合金，并于1958年在內(nèi)蒙古的包頭市開始了工業(yè)化生產(chǎn)，70年代又先后開發(fā)了用碳熱法生產(chǎn)稀土硅鐵合金和抗球化衰退能力強(qiáng)的釔組稀土硅鐵合金的方法。經(jīng)歷20多年的提高與發(fā)展，在80年代初稀土硅鐵合金及稀土鎂硅鐵合金產(chǎn)量成為當(dāng)時(shí)中國稀土工業(yè)產(chǎn)品中產(chǎn)量最大的稀土產(chǎn)品，大大促進(jìn)了中國球鐵工業(yè)的發(fā)展。1988年上述兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量按稀土氧化物計(jì)達(dá)到4500t。80年代中期，作為球化劑、蠕化劑及孕育劑的稀土復(fù)合鐵合金產(chǎn)品開始進(jìn)入系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和商品化。80年代后期，中國又開發(fā)用熔鹽電解法和金屬熱還原法生產(chǎn)RE-Al、RE-Mg、Nd-Fe、Y-Fe、Y-Mg及Y-Al等二元合金，用于稀土功能性材料的研究開發(fā)2。

混合稀土金屬由幾種或十幾種稀土金屬自然組成具有金屬特性的物質(zhì)。常用的有鈰組混合稀土金屬、富鈰混合稀土金屬和富鑭混合稀土金屬。

硅基稀土復(fù)合鐵合金以硅、鐵為基本成分復(fù)合多種金屬的鐵合金。常用的有鈰組稀土硅鐵合金、釔組稀土硅鐵合金、含鎂稀土硅鐵合金、含堿土金屬稀土硅鐵合金和高鋁稀土硅鐵合金3。

二元稀土中間合金混合稀土金屬或單一稀土金屬和以有色金屬或鐵為基的二元中間合金，常用的有鋁基稀土中間合金、鎂基稀土中間合金和鐵基稀土中間合金。

展望20世紀(jì)80年代以前，鋼鐵冶金曾是稀土中間合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域，雖然從70年代中期開始，西方國家鋼中稀土消費(fèi)比例顯著下降，但在90年代以來中國稀土處理鋼的產(chǎn)量卻逐年增長，年平均增長率達(dá)42%。中國稀土鑄鐵的產(chǎn)量也呈逐年增長的趨勢，年平均增長率為20%左右?？梢灶A(yù)料，稀土在鋼鐵中消費(fèi)的增長將隨著中國鋼鐵產(chǎn)量的增加和稀土在鋼鐵中應(yīng)用進(jìn)一步推廣會保待到2000年。

隨著稀土功能材料不斷開發(fā)，又為稀土中間合金開辟了新的消費(fèi)市場。無公害、電容量大的稀土鎳-氫化物電池的產(chǎn)業(yè)化正在日本和歐美一些國家中興起。此種電他的貯氫合金中含富鑭或富鈰混合稀土金屬約33% o稀土鎳-氫化物電池除了要取代上億支的鎳鎘電池外，還將取代機(jī)動車上污染環(huán)境的鉛酸電池，有人估計(jì)，每替代2萬輛小型電動車上的鉛酸電池就需消費(fèi)3000t混合稀土金屬。據(jù)資源報(bào)道，日本已建成年產(chǎn)數(shù)千噸貯氫合金的設(shè)備能力。

1985年開始推廣名pN加魯凡(Ga/fan)的熱浸鍍鋅合金，這種合金含稀土金屬0.05%、Al 5%，余量為鋅，已在歐美一些國家及日本、南非及印度等國廣泛用于薄板、線材及管材的表面處理，使鋼產(chǎn)品的使用壽命比一般鋅鍍層鋼材提高2-3倍。西方國家推廣加魯凡合金鋼兩年產(chǎn)量就超過10萬t。

美國研制的弗克拉洛伊合金鋼(Fecralloy steels)含Cr 15%-22%、Al 4%-5%和Y 0.5%-4%是一種能抗高溫氧化和耐腐蝕的不銹鋼，常用作汽車尾氣凈化器的基底，以取代傳統(tǒng)的陶瓷基底。到20世紀(jì)90年代末在美國年用量已達(dá)8000t，這也是稀土中間合金一個(gè)不可忽視的新的消費(fèi)市場。

總之，隨著稀土新材料的開發(fā)，應(yīng)用稀土中間合金的領(lǐng)域會不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也會按市場需求而不斷改變1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)