稀土元素的应用研究

第３６卷第５期　２００７年１０月　贵州工业大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＵＩＺＨＯＵ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　

（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ．２００７　

文章编号：１００９—０１９３（２００７）０５—００１８—０５　

稀土与铝合金中常见元素的耐腐蚀机理研究　

尹卓湘，陈延超，周红娟　

（贵州大学材料科学与冶金工程学院，贵州贵阳５５０００３）　

摘要：采用模拟自然环境加速腐蚀的重量分析法和电化学测定法，对应测定不同含量元素时　铝合金的腐蚀速率，考察了铝合金中的常见元素Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｉ及ＲＥ和杂质元素Ｆｅ含量对合金　

耐腐蚀性能的影响。结果表明：铁和硅危害合金材料的抗腐蚀性能。要保证铝合金有好的耐　

腐蚀性能，４，５％（质量），锰含量控制在０．５５％一０，６５％（质量）之间为好，稀土含量则应控制　在０．３％±，通过电镜对腐蚀表面及腐蚀形貌的扫描，综合分析了元素含量与合金的耐腐蚀性　

之间的关系和合金腐蚀的机理。　关键词：稀土；铝合金；常见元素；腐蚀速率；腐蚀机理　

中图分类号：ＴＧ１７４．２１　文献标识码：Ａ　

０　引　言　

铝合金在自然环境下的腐蚀速率显然是与铝合金中所含元素有关。通过模拟自然环境，找出合金元素　

与铝合金自然环境腐蚀之间的关系，对于控制材料的自然环境腐蚀，减少经济损失，为新材料的研究开发、　

传统材料质量与性能的提高，为工程建设的合理选材、科学用材、相应的防护措施提供科学依据，具有十分　

重要的意义。　为了揭示铝合金的自然环境腐蚀与合金常见元素Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ及ＲＥ的关系，实验研究了铝合金常见　

元素及富铈稀土元素及其含量与合金的自然环境腐蚀速率关系，并对其腐蚀的热力学原理和动力学机理进　

行讨论。　

１　实验方法　

１．１实验样本　

１．１．１合金样本成分　合金样本成分除对要研究的元素进行调整之外，其它元素均按防锈铝的基础成分（ＧＢ３１９０—８２）配制见　

各种稀土元素的应用领域

镧(La)：镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。她也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与"超级钙"的美称。

铈（Ce）：1，铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用电。从1997年起，日本汽车玻璃全加入氧化铈，1996年用于汽车玻璃的氧化铈至少有2000吨，美国约1000多吨。2，目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。3，硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。目前领先的是法国罗纳普朗克公司。4，Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。

镨(Pr)：1，镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中，其与陶瓷釉混合制成色釉，也可单独作釉下颜料，制成的颜料呈淡黄色，色调纯正、淡雅。2，用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。3，用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂，可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用，用量不断增大。4，镨还可用于磨料抛光。另外，镨在光纤领域的用途也越来越广。

钕(Nd)：钕元素的到来活跃了稀土领域，在稀土领域中扮演着重要角色，并且左右着稀土市场。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代"永磁之王"，以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5～2.5%钕，可提高合金的高温性能、气密性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料。另外，掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，钕元素将会有更广阔的利用空间。 钐（Sm）：钐钴磁体是最早得到工业应用的稀土磁体。这种永磁体有SmCo5系和Sm2Co17系两类。70年代前期发明了SmCo5系，后期发明了Sm2Co17系。现在是以后者的需求为主。钐钴磁体所用的氧化钐的纯度不需太高，从成本方面考虑，主要使用95%左右的产品。此外，氧化钐还用于陶瓷电容器和催化剂方面。另外，钐还具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。

稀土元素的开发利用现状和趋势

稀土元素是指周期表中镧系元素和铯、钇两个元素。这些元素在人类历史上被广泛地用于许多领域，如电子、工程和医药等。如今，随着科技的不断发展和人类对于清洁能源的需求增加，对于稀土元素的开发利用变得日益紧迫。本文将讨论稀土元素的开发利用现状和趋势。

一、 开发利用现状

目前，稀土元素主要用于电子产品、能量产业、医药和冶金等领域。以电子产品为例，稀土元素被广泛地应用于计算机、手机和平板等设备中。同时，许多新兴科技行业，如无人机、人工智能等，对于稀土元素的需求也在逐渐增加。

能量产业是稀土元素另一个应用的领域。根据统计，大部分的清洁能源设备和电动汽车都需要使用稀土元素。目前，世界上约有80%的稀土元素产自中国，使中国成为全球稀土元素生产的主要国家。

医药是稀土元素另一个非常重要的应用领域。稀土元素在医药领域中被广泛地应用，比如可以被用于治疗某些疾病和缓解某些症状。例如，研究发现镨和钆元素可以被用于治疗癌症、钆元素可以被用于改善骨骼系统疾病。

然而，尽管稀土元素在许多领域中得到了广泛的应用，但在其开发利用中还是面临着一些巨大的挑战。

二、 开发利用趋势

稀土元素开发利用的趋势主要有以下几点：

首先，稀土元素的采矿及处理技术将会不断地得到改进。开发利用稀土元素中的大部分成本都是由采矿和处理环节构成的。随着技术的不断进步，稀土元素的采矿和处理成本将会越来越低。

其次，稀土元素的回收和再利用将会越来越重要。由于稀土元素资源的极度匮乏，稀土元素回收和再利用将成为未来的主要开发方向。一些企业已经开始进行稀土元素回收的实践，这将对未来的稀土元素开发利用起到很大的帮助。

第三，稀土元素的应用将会不断地向新领域延伸。随着科技的发展，一些新技术和行业将会涌现。这些新技术和行业对于稀土元素的需求将会越来越大，比如新型储能器、汽车电池等。

最后，合理使用和管理稀土元素的环境问题将会得到更多的关注。在稀土元素的开发利用过程中，环境问题是一个非常重要的问题。随着社会的发展，对于环境保护的需求也会越来越高。因此，在稀土元素的开发利用过程中，如何保护环境将成为一个重要的问题。

稀土资源应用与研究综述

稀土在地壳中的的含量并不稀少，只是较为分散，包括17中元素：镧、铈、镨、钕、钐、鉅、铕、钆、镝、锬、铥、镱、镥、钇、铒、铽、钪。目前，开发利用的稀土资源主要有五种：氟碳铈矿、离子吸附型稀土矿、独居石稀土矿、磷钇矿和磷灰石矿，前四种矿占世界稀土产量的 95％以上，主要集中于中国、澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西、印度、加拿大等国。

1、稀土资源的应用领域

1889年，奥地利人用硝酸钍加入少量稀土制造汽车灯纱罩的技术在德国获得制造发明专利，从此开始了稀土在工业上的应用，现在稀土资源的应用，总的来说有传统和新材料两个领域。

在传统领域，稀土主要用于冶金机械、石油化工、玻璃陶瓷。稀土制成稀土镁硅铁合金作为改性剂用来生产球墨铸铁、铸件，钢稀土铸铁已被广泛用于火车、钢轨、汽车部件、各种仪器设备、油气管道和兵器等的制造。利用稀土原子具有可变的配位数的性质制成的广型分子筛作为石油裂化催化剂，提高轻质油的产率，提高裂解炼油装置的能力。另外，稀土还用于制作汽车尾气净化催化剂、合成橡胶催化剂、化工催化剂、塑料热稳定剂和稀土油漆催干剂等化工领域。稀土用于玻璃抛光澄清，脱色，染色以及陶瓷颜料和釉料等。镨元素在此部门应用较多，它广泛用于建筑陶瓷和日用陶瓷玻璃中。

在新材料领域，稀土元素丰富的光学、电学和磁学特性得到十分广泛的应用。高新科技新材料中稀土用量虽然很少但产值很高。稀土元素独特的磁性能，可以制造现代工业和科学技术发展需要的各类磁性材料，特别是稀土永磁材料，它的磁能级要高出４—10倍，目前磁性能最好的是钕铁硼永磁材料，被誉为“永磁之王”，钕铁硼永磁材料已广泛应用于全球支柱产业和其他高新技术产业。稀土发光材料具有吸收能力强，转换率高的特点，可发射从紫外线到红外线的光谱，在可见光区有很强的发射能力，且物理性能稳定，已被广泛应用于计算机显示器、彩色电视显像管、三基色节能灯以及医疗设备等方面。此外，稀土上转换发光材料，广泛用于红外探测、军用夜视仪等方面，稀土长余辉材料具有白天吸收阳光夜晚自动发光的特点，夜间节能是它的主要应用方向。特别的，近来稀土无机电致发光显示器件在军事上的应用也引起了人们的关注。镧玻璃具有高折射、低色散的良好光学稳定性，广泛应用于各种透镜和镜头材料，另外，镧玻璃还以在核辐射下保持透明，不变色的特点被用于军事上和电视工业。稀土储氢材料主要用于镍氢电池的阴极材料，这与传统材料的镍镉电池相比其能量密度提高２倍，无污染，可能成为未来绿色交通电动汽车的动力源。另外，还有稀土超导材料，被制作成超导磁体而用于磁悬浮列车。稀土核材料，在防原子辐射的军事光仪器等方面的应用潜力无限。