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稀土材料的导热性能与应用研究1. 导热性能的概念与重要性在材料科学领域中，导热性能是指材料传导热量的能力。
导热性能的好坏直接影响着材料的热管理能力，具有广泛的应用价值。
在高温环境下，良好的导热性能可以有效地防止材料过热并提高其稳定性。
因此，研究和开发具有优良导热性能的材料对于各个领域的进步具有重要意义。
2. 稀土材料的导热性能特点稀土元素由于其特殊的电子结构和晶体结构，特别适合用于提高材料的导热性能。
具体来说，稀土元素具有以下几个方面的优势：2.1 特殊的电子结构稀土元素的电子结构包含了一系列特殊的能级，这些能级的能量差异相对较小，导致了稀土元素具有优良的电子热输运能力。
在导热过程中，电子的热传导起着重要的作用，稀土元素的特殊电子结构使其能够更有效地传递热量。
2.2 高热辐射能力稀土元素的价电子能级较窄，在高温环境下，稀土元素能够有效地吸收和辐射热能，提高材料的热传导能力。
此外，稀土元素的辐射能力还可以通过适当的掺杂和调控而得到进一步提高。
2.3 具有独特晶体结构稀土材料通常具有独特的晶体结构，如锁芯石、钇铁石等。
这些独特的晶体结构使得稀土材料的晶界和晶格各向异性得到有效控制，从而提高了材料的导热性能。
此外，稀土材料的晶体结构还使其具有较高的相容性和化学稳定性。
3. 稀土材料在导热应用中的研究与进展稀土材料在导热应用中得到了广泛的研究和应用。
以下是一些典型的研究和进展：3.1 稀土氧化物的导热材料稀土氧化物由于其优良的导热性能和独特的晶体结构，在高温环境下广泛应用于导热材料领域。
研究人员通过掺杂、调控和制备方法的优化，成功合成了具有优异导热性能的稀土氧化物材料。
3.2 稀土金属的导热材料除了稀土氧化物，稀土金属也被广泛应用于导热材料领域。
研究人员通过合金化和调控稀土金属的晶体结构，成功合成了具有优良导热性能的稀土金属材料。
这些材料在电子器件、冷却系统和航空航天领域等方面有着广泛的应用。
3.3 稀土化合物的导热材料除了稀土氧化物和稀土金属，稀土化合物也被广泛应用于导热材料领域。
稀土元素在水处理材料中的应用研究稀土元素，这几个字听起来是不是有点神秘又高大上？其实啊，它们在我们生活中的作用可大着呢，特别是在水处理材料这一块。
我先给您讲讲啥是稀土元素。
稀土元素是镧系元素加上钪和钇，一共 17 种特殊的元素。
它们就像是化学世界里的小精灵，有着独特的性质和本领。
咱们先来说说为啥要在水处理材料里用到稀土元素。
您知道吗，现在的水污染问题可严重啦！工业废水、农业污水、生活污水等等，各种脏水都往江河湖海里跑。
这水里头啊，有重金属离子、有机物、微生物等等各种污染物，把我们的水资源搞得一团糟。
而稀土元素呢，就像是一群超级英雄，能够挺身而出解决这些问题。
比如说，稀土元素可以和其他材料结合，形成一种高效的吸附剂。
就像一块超级海绵，能够紧紧地把水里的重金属离子吸住，不让它们到处乱跑。
我给您举个例子吧，前段时间我去一个工厂参观，他们就是用了含稀土元素的水处理材料。
那个工厂之前因为排放的废水不达标，被环保部门多次警告。
后来，他们的技术人员经过不断地研究和试验，终于找到了合适的稀土水处理材料。
我亲眼看到那浑浊不堪、散发着刺鼻气味的废水，经过一系列处理流程，变得清澈透明，几乎闻不到什么异味了。
这可把工厂的老板高兴坏了，不仅解决了环保问题，还节省了不少成本呢！稀土元素还能在光催化领域大展身手。
您听说过光催化吗？简单来说，就是利用光能来促进化学反应，把水里的有机物分解掉。
稀土元素就像是光能的小助手，能够提高光催化的效率，让这个过程更快更好地进行。
另外，稀土元素在膜分离技术中也能发挥重要作用。
膜就像是一个超级筛子，能够把水里的杂质过滤掉。
而稀土元素可以让这个筛子变得更细密、更耐用，提高过滤的效果和使用寿命。
不过，稀土元素在水处理材料中的应用也不是一帆风顺的。
比如说，稀土元素的价格相对较高，这就增加了水处理的成本。
而且，在实际应用中，如何让稀土元素更好地与其他材料结合，发挥出最大的作用，也是一个需要不断探索和解决的问题。
绪论1定义稀土金属（rare earth metals）又称稀土元素，稀有金属，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。
钪和钇因为经常与镧系元素在矿床中共生，且具有相似的化学性质，故被认为是稀土元素。
与其名称暗示的不同，稀土元素（钷除外）在地壳中的丰度相当高，其中铈在地壳元素丰度排名第25，占0.0068%（与铜接近）。
然而，由于其地球化学性质，稀土元素很少富集到经济上可以开采的程度。
稀土元素的名称正是源自其匮乏性。
人类第一种发现的稀土矿物是从瑞典伊特比村的矿山中提取出的硅铍钇矿，许多稀土元素的名称正源自于此地。
[1] 2化学符号它们的名称和化学符号是钪(Sc）、钇(Y）、镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu）。
它们的原子序数是21(Sc）、39(Y）、57(La）到71(Lu）。
3国内储量在已探明的稀土储量中，中国位居第一，约占世界总储量21000万吨的43%，独联体达4000万吨，世稀土金属界储量的19.5%，位居第二，美国为2700万吨，占世界12.86%，位居第三。
其次巴西、澳大利亚、越南、加拿大和印度等国的拥有量也相当可观。
（现朝鲜发现世界上最大稀土矿，储量为中国6倍，初步评估结果显示潜在矿物总量60亿吨,总计2.162亿吨稀土氧化物）中国控制世界稀土市场约98%的份额。
从中国进口稀土的主要三个国家有：日本、韩国、美国。
其中，日本、韩国没有稀土资源，而美国拥有稀土资源但禁止开采。
如果中国一直保持着这样的出口量，20年后，中国可能成为稀土小国或稀土无国。
4起源稀土是历史遗留的名称。
稀土金属是从18世纪末叶开始陆续发现。
稀土金属当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土，例如把氧化铝叫陶土。
稀土一般是以氧化物状态分离出来，又很稀少，因而得名稀土。
热分析技术的发展现状及其在稀土功能材料中的应用热分析技术是一种通过对物质在升温或降温过程中的热性质进行测量和分析的方法。
它包括热重分析、热差示扫描量热法、动态热分析等多种技术手段。
热分析技术已经成为材料科学研究领域中不可或缺的分析手段之一，对于材料的热性能、热稳定性、热动力学行为等方面提供了重要的信息。
在稀土功能材料领域，热分析技术的应用也日益广泛，对于研究稀土功能材料的热性质、相变行为、热稳定性等方面起着关键的作用。
一、热分析技术的发展现状热分析技术的起源可以追溯到19世纪初，当时由于热分析技术所需的设备和方法较为简单，主要应用于对金属和合金的研究。
随着科学技术的进步，热分析技术得到了很大的发展，不仅在理论和方法上取得了重大突破，而且在仪器设备上也取得了长足的进步。
目前，热分析技术已经成为材料科学研究领域中的重要分析手段之一，被广泛应用于金属材料、无机材料、有机材料等领域。
在热分析技术的发展过程中，热重分析技术、差示扫描量热法、动态热分析技术等成为了热分析领域的三大支柱技术。
热重分析技术主要是通过测量物质在升温或降温过程中的质量变化来研究其热性质；差示扫描量热法主要是通过测量物质在升温或降温过程中与标准参照物之间的热量差来研究其热性质；动态热分析技术主要是通过对物质在升温或降温过程中的热性质进行动态监测和分析来研究其热性质。
这三种技术各具特点，可以相互补充，使得热分析技术在研究物质的热性质、热动力学行为等方面具有较高的分辨率和准确度。
随着计算机技术和数据处理技术的不断发展，热分析技术的自动化、智能化水平也得到了很大的提升。
现在的热分析仪器不仅可以实现自动化操作和实时数据监测，而且可以通过计算机软件处理和分析数据，实现对样品热性质和热动力学行为的全面评估和分析。
这为热分析技术在材料科学研究领域的应用提供了更为便利和高效的手段。
稀土功能材料是近年来材料科学研究领域中的热点之一，具有广泛的应用前景。
稀土厚膜加热技术稀土厚膜加热技术是一种应用于材料工程的重要技术。
稀土元素是一类具有特殊电学、磁学和光学性质的元素，广泛应用于高级材料的生产和研究领域。
稀土厚膜加热技术可以通过控制温度和时间来促进稀土元素的离子交换、晶体生长和结构稳定化，使稀土材料达到更好的物理、化学和电学性能。
技术原理稀土厚膜加热技术的核心原理是热力学平衡。
当稀土材料经过加热之后，原子和分子之间的反应速率会加速，晶体结构会发生变化。
这种能量转移会增加晶体表面的活性位点，使得表面化学反应的活性程度增加，从而提高材料的物理和化学性能。
在加热稀土材料之后，其晶体结构和表面的物理性质都会得到改善，从而使其在高级材料制备领域具有不可替代的作用。
技术操作稀土厚膜加热技术的实际应用取决于技术操作的具体过程。
该技术的操作具体如下：1.清洁材料表面。
在进行加热处理之前，需要保证材料表面的干净和完整，以避免加热过程中产生不必要的化学反应或对材料产生负面影响。
2.设定加热参数。
设定加热的温度、时间、环境等参数，以便控制反应过程，获得合适的晶体结构和性能。
3.加热处理。
将材料放置在专业热处理设备中，控制温度、时间等加热参数，进行加热处理。
4.冷却处理。
加热处理之后，需要将材料冷却至室温。
这个过程也需要控制温度和时间，避免对材料产生不利影响。
技术应用稀土厚膜加热技术被广泛应用于材料工程中。
具体应用领域如下：1.光、电材料制备。
稀土元素具有良好的光学和电学性质，经过加热处理之后，可以促进稀土元素的晶体生长，从而获得更好的光、电学性能。
2.薄膜材料制备。
稀土厚膜加热技术可以帮助稀土材料形成更稳定和均匀的厚膜材料，提高材料的耐磨性、耐腐蚀性等性能。
3.光电子行业。
稀土光电材料是光电子产业中非常重要的材料，通过稀土厚膜加热技术可以获得更好的光学性能。
4.磁性材料制备。
稀土元素具有良好的磁学性质，通过稀土厚膜加热技术可以提高材料的磁载体矫顽力、磁饱和磁通量密度等性能。
稀土元素对热电材料性能的影响稀土元素，这听起来好像有点神秘又高大上，对吧？但其实它们在热电材料性能这一块儿，那可是有着相当重要的影响！先来说说啥是热电材料哈。
想象一下，你在大冬天，手都快冻僵了，这时候要是有个东西能直接把热能变成电能给你的手套加热，或者反过来，在大夏天能把电能变成冷能给你的房间降温，那得多爽！这能实现这种神奇转化的材料，就是热电材料。
而稀土元素呢，就像是热电材料这个“魔法盒子”里的神奇小精灵。
比如说，有一次我在实验室里做实验，就专门研究了加入稀土元素的热电材料。
当时我盯着那一小片材料，心里充满了期待。
我小心翼翼地调整各种参数，眼睛都不敢眨一下，就怕错过了什么关键的变化。
稀土元素的加入，可以改变热电材料的晶体结构。
这就好比是给一个房子重新改造内部结构，让房间变得更宽敞、更舒适。
比如说，稀土元素能让晶体结构变得更加规整，这样电子或者热流在里面跑起来就更顺畅，就像在高速公路上飞驰一样，大大提高了热电转换的效率。
它们还能调整材料的能带结构。
这个有点难理解是吧？简单来说，就像是给电子们设置了不同的“跑道”和“障碍赛”，让它们在奔跑的过程中产生更多的能量转化。
而且哦，稀土元素还能降低热导率。
这就好比给房子加了一层厚厚的保温层，热量不容易跑出去，也就提高了热能转化为电能的比例。
再给您举个例子，之前看到一个研究团队，他们在研究一种新型的热电材料，加入了特定的稀土元素之后，那性能简直是突飞猛进。
原本这种材料的热电转换效率很低，几乎没什么实用价值。
但是稀土元素一加进去，就像是给它打了一针“强心剂”，效率一下子提高了好多，这可把研究人员高兴坏了。
不过呢，稀土元素也不是随便加加就行的。
加多少、加哪种稀土元素，这都得仔细研究和琢磨。
要是加得不对或者过量了，说不定还会起到反作用，就像做菜盐放多了一样，味道就不对了。
总的来说，稀土元素对于热电材料性能的影响那可真是不容小觑。
未来，随着我们对稀土元素的研究越来越深入，说不定能开发出更加高效、实用的热电材料，让我们的生活变得更加节能环保和舒适便捷呢！怎么样，现在您是不是对稀土元素和热电材料的关系有了更清楚的认识啦？。
稀土元素的应用与开发现状分析一、稀土元素概述稀土元素是指具有原子序数为57-71的一组金属元素，它们在自然界中不是一种单独存在的元素，而是以氧化物、碳酸盐和磷酸盐等形式分布在矿物中。
稀土元素具有独特的电子结构和物理化学性质，在现代技术和工业生产中具有广泛的应用和重要的价值。
二、稀土元素的应用1. 电子行业稀土元素在电子行业中的应用主要体现在磁性材料、发光材料、太阳能电池等领域。
稀土元素的磁性材料主要是钕铁硼磁体，它在电子行业中被广泛应用于电动车、计算机硬盘等领域。
发光材料中的稀土元素主要包括铕、钆、镓、铽等元素，它可以制造成各种颜色的荧光粉，应用于电视、手机、汽车尾灯等领域。
太阳能电池中的稀土元素主要是铈、镝、钕等，它可以提高太阳能电池的转换率和稳定性。
2. 硬质合金硬质合金是由钨钴硬质相和金属结合相组成的材料。
硬质合金具有高硬度、高强度、高耐磨性等优点，广泛应用于机械制造、航空、地质勘察等领域。
稀土元素在硬质合金中起到着极其重要的作用，它能够提高合金的硬度和强度，同时还能够改善合金的韧性和加工性能。
3. 催化剂催化剂是一种能够促进化学反应速度或改变反应途径的物质，具有广泛的应用领域。
稀土元素在催化剂中也起到着很重要的作用，它能够提高催化剂的活性和选择性，同时还能够提高催化剂的稳定性和寿命。
4. 光电材料光电材料是指能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料。
稀土元素在光电材料中具有广泛的应用领域，主要应用于激光谱仪、红外传感器、液晶显示器等领域。
例如，稀土元素铒在激光谱仪中被广泛应用，它能够发出1275nm波长的光，用于测量铯原子的光谱线宽度。
5. 新能源材料新能源材料是指能够向人类提供清洁、高效能源的材料，例如燃料电池、太阳能电池等。
稀土元素在新能源材料中也有着广泛的应用，例如太阳能电池中的稀土元素铽、钕等可以提高太阳能电池的转换效率和稳定性。
三、稀土元素的开发现状分析1. 国际市场稀土元素在国际市场上的需求量逐年增加，尤其是在电子行业和新能源材料中的需求量更加占比较大。
稀土抛光材料在散热材料制备中的应用随着电子设备的迅速普及和发展，散热问题日益突出。
为了保证电子设备的正常运行和延长寿命，散热材料的制备变得尤为重要。
近年来，稀土抛光材料作为一种新型的散热材料，受到了广泛关注。
本文将重点探讨稀土抛光材料在散热材料制备中的应用，并介绍其优势和未来发展前景。
稀土抛光材料是由稀土元素制成的粉末，其具有优异的导热性能和光学性能，逐渐成为散热材料市场的新宠。
首先，稀土抛光材料具有较高的热导率，能够快速传导和分散热量，有效降低电子设备的温度。
其次，稀土抛光材料具有良好的抛光性能，可以使散热材料的表面光洁度达到较高水平，减少热阻，提升散热效果。
此外，稀土抛光材料还具有较高的耐高温性能和化学稳定性，能够适应复杂的工作环境。
这些优势使得稀土抛光材料在散热材料的制备中得到了广泛应用。
稀土抛光材料在散热材料制备中的应用主要分为两个方面，分别是基板材料和填充材料。
首先，稀土抛光材料可以作为基板材料，用于制作散热器和散热片等散热装置的基底。
由于稀土抛光材料具有较高的热导率和良好的导热性能，可以有效传导和散发热量。
同时，其在表面抛光处理后能够提高表面粗糙度，减少热阻，从而提高散热效果。
因此，将稀土抛光材料作为基板材料，可以提高散热装置的散热效率，有效降低电子设备的温度，保护设备的正常运行。
其次，稀土抛光材料还可以作为填充材料，用于填充散热装置中的间隙和裂缝。
由于稀土抛光材料具有较高的热导率和良好的填充性能，可以填充和散发热量。
此外，稀土抛光材料的抛光性能能够提高填充材料表面的平整度，减少热阻，提高散热效果。
因此，将稀土抛光材料作为填充材料，能够填补散热装置中的间隙和裂缝，提高热量的传导和散发效率，有效降低温度，提高散热效果。
在稀土抛光材料的应用中，还存在一些挑战和问题需要解决。
首先，稀土抛光材料的成本较高，需要进一步降低生产成本。
其次，稀土抛光材料的稳定性和可靠性需要进一步提高，以满足电子设备长期工作的需求。
院系:化学与材料学院班级:07材料一班姓名:林文荣学号:2007070320稀土元素在热扩渗中的运用技术浅析林文荣(福建省龙岩学院化学与材料学院 07材料一班福建·龙岩 364000摘要 :热扩渗工艺是材料表面强化领域的研究热点之一 , 根据渗剂在工作温度下的物质形态的不同 , 热扩渗工艺可分为固体热扩渗、液体热扩渗、气体热扩渗、等离子体热扩渗和复合热扩渗。
稀土元素在热扩渗工艺中有重要作用能改善基体的导电和表面性能。
本文对稀土元素在热扩渗中的运用进行了充分地探讨与解析。
关键词 :稀土元素热扩渗工艺简析1. 热扩渗热扩渗工艺是材料表面强化的一项重要工艺技术 , 其基本工艺过程是 : 首先把工件放入含有渗入元素的活性介质中加热到一定温度 , 使活性介质通过分解并释放出欲渗入元素的活性原子 , 活性原子被工件表面吸附并溶入表面 , 溶入表面的原子向金属表层扩散渗入形成一定厚度的扩散层 , 从而改变工件表层的成分、组织和性能。
当前 , 应用最广泛的是两种或两种以上元素的共渗 , 共渗的目的是吸收各种单元渗的优点 , 弥补其不足之处 , 使工件表面获得更好的综合性能。
热扩渗工艺不仅在机械、化工领域中零件的表面耐磨、耐腐蚀工程中得到广泛应用 , 而且在微电子工业和信息产业中也发挥着越来越重要的作用 , 科学技术的进步与市场需求使热扩渗工艺不断跃上新台阶 [1]。
1.1热扩渗分类根据渗剂在工作温度下的物质形态不同 , 热扩渗工艺可分为固体热扩渗、液体热扩渗、气体热扩渗、离子热扩渗和复合热扩渗 , 如 [1]图 1 所示。
1.1.1固体热扩渗固体热扩渗是把工件放入固体渗剂中或用固体渗剂包裹工件加热到一定温度保温一段时间 , 使工件表面渗入某种元素或多种元素的工艺过程。
当前研究比较广泛的是固体渗硼工艺。
钢经渗硼后 , 表面有很高的硬度 ( 1 300~2 300HV 和耐磨性 , 良好的抗蚀性、抗氧化性和热硬性。
固体渗硼工艺简单且渗硼后工件表面无渗剂残留 , 因此适用于各种形状的工件表面强化 , 还具有局部渗硼易于实现等优点[2]。
1.1.2液体热扩渗液体热扩渗是将工件浸渍在熔融液体中 , 使表面渗入一种或几种元素的热扩渗工艺方法。
主要用于改善钢表面耐磨性和耐蚀性。
其中 , 应用最广的是低温盐浴多元共渗法。
低温盐浴共渗法是在低温盐浴中使工件表面渗入某种或几种元素的工艺方法。
低温盐浴共渗过程中钢基本无相变 , 工件变形小 , 一般可不进行机加工或者抛光就可使用 , 共渗后钢的耐蚀性大幅度提高 , 所以应用比较广泛。
目前研究比较多的有低温盐浴渗碳、氮、硫、镉、钒以及这几种元素的共渗 [3]。
另外一种常用的液体热扩渗方法是热浸法 , 将工件直接浸入液体金属中 , 形成合金层 , 如钢件的热浸锌和热浸铝。
热浸锌就是将钢件浸渍到熔融锌液中 , 使钢件表面形成锌及锌合金层的方法。
热浸锌是世界各国公认的一种经济实惠的材料表面保护工艺 , 热浸锌的防腐作用是由于锌在腐蚀环境中能在表面形成耐腐蚀的保护薄膜 , 它既减少了锌的腐蚀 , 又保护了镀锌层下的铁免受腐蚀。
锌液中加入稀土元素可以提高锌液的流动性 , 稀土元素对锌液的润湿角和表面张力影响较大。
测定结果表明 , 稀土元素降低锌液的润湿角 , 并且随锌液温度的升高 , 角度逐渐变小。
表面张力随稀土元素加入量的增加而降低。
但是当加入一定量之后 , 则无明显变化。
稀土元素的加入 , 对镀层均匀性、厚度、表观质量等性能都有不同程度的提高。
由于稀土元素的加入 , 镀层的耐盐雾腐蚀性能可提高一倍。
目前 , 广泛应用于在大气和海洋中工作的钢铁上 , 如水管、高速公路护栏、铁塔型材螺栓及铸钢支座。
工件热浸铝后具有很高的抗高温氧化与抗燃气腐蚀能力。
1.1.3气体热扩渗气体热扩渗是把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到有利于渗剂原子在基体中产生显著扩散的温度 [4], 使工件表面获得该渗剂元素的工艺过程。
产生活性原子气体的渗剂可以是气体、液体、固体 , 但在扩渗炉内都成为气体 ; 在气体热扩渗过程中 , 渗剂可以不断补充更新 , 使活性原子的供给、吸收和内部扩散的过程持续维持 ; 可以随时调整炉内气氛 , 实现可控热扩渗。
气体渗碳是目前机械制造业中应用最广泛的化学热处理工艺,如。
低碳钢渗碳后 , 表层变成高碳 , 经淬火及低温回火后 , 表面获得高硬度、耐磨性以及抗疲劳性 , 而心部仍保持足够的强韧性。
1.1.4等离子体热扩渗等离子体热扩渗是利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面 , 形成热扩渗层的工艺过程。
与气体多元共渗技术相比 , 等离子多元共渗技术有如下特点 : 离子轰击工件使其表面高度活化 , 易于吸收被渗离子和随离子一起冲击工件表面的活性原子 , 因而扩渗速度加快 ; 通过调节电参数、渗剂气体成分和压力等参数来控制热扩渗层的组织 , 使工件满足各种工况的要求 ; 离子轰击作用可以去除工件表面的氧化膜和钝化膜 , 使易氧化或钝化的金属能进行有效的热扩渗 ; 易实现工艺过程的计算机控制 [5]。
1.1.5稀土共渗稀土化学热处理是近年来发展起来的一种新技术。
稀土元素在化学热处理过程中的活化催渗作用日益受到人们的关注。
热扩渗工艺周期比较长且能耗多 , 因此 , 提高扩渗速度 , 缩短生产周期具有十分重要的意义。
研究表明稀土元素在提高渗碳速度、增大渗层厚度、改善渗层组织和性能方面有良好的作用。
杨咏东 [6]等对低温气体氮 - 碳 - 硼 - 稀土多元共渗的研究表明 , 稀土对氮、碳、硼共渗有明显的活化催化作用 , 离子探针证实 , 稀土元素渗入了钢的表面 , 起到了微合金化的作用。
研究表明稀土共渗有明显的催渗作用,稀土的渗入提高了共渗层的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性。
稀土元素对加速化学热处理进程、改善表面层的微观组织、提高渗层综合力学性能等方面具有重要的作用 , 理论和应用成果已引起了广泛的关注。
2. 稀土在热扩渗的运用采用稀土气相扩渗法,通过固 -气界面反应对 Keggin [7]结构杂多化合物K 6 [SiCoW11O39(H2O]·13 H2O 进行了稀土气相扩渗。
利用 X 射线衍射分析 (XRD、差热 -热重分析 (TG-DTA、 X 射线光电子能谱分析 (XPS和 X 射线能谱分析 (EDS等测试手段对样品扩渗前后的结构、价态、元素含量和热稳定性进行了分析, 采用四电极法对 KxLnyWO 3进行了导电性测试,其导电性能发生了十分显著的变化,电阻率下降。
在渗碳过程中加入稀土元素比常规渗碳渗碳层的碳化物明显增多 [],条状、块状碳化物几乎不存在,碳化物弥散度增大,分布趋于均匀,而且向内延伸较深。
2.1稀土在热扩渗中的运用原理稀土元素的特殊电子结构 (4f 决定了它具有很高的化学活性 , 在化学热处理中能起到活化催渗作用 , 显著提高渗速 ; 稀土元素被渗入钢件表层 , 有效地改善了渗层组织和性能 [8]。
2.1.1稀土在化学热处理中的基本过程稀土化学热处理是将工件放入含有稀土物质的不同介质中加热 , 使其吸收其中某些化学元素的原子或离子 , 使该原子或离子自表面向内扩散 , 改变表面化学成分和组织 , 从而改变其性能的热处理工艺。
一般可看作是由渗剂中的反应、渗剂中的扩散、渗剂与被渗金属表面的界面反应、被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变等过程所构成 , 具体由以下 5个分过程构成:(1 渗剂中的化学反应 :在热处理温度下 , 气、液和固态渗剂 (介质中发生化学反应 , 生成欲渗元素的活性原子。
(2 界面层中的外扩散 :紧靠金属表面的介质中 , 交换反应物与反应生成物所进行的扩散 (外扩散。
(3 表面吸附和界面反应:“介质中某些反应生成物” (诸如欲渗元素原子或离子以及含欲渗元素原子的某些物质等 , 以下同 , 并用 FS 表示在金属表面上进行吸附和由此产生的各种界面反应。
(4 内扩散 :界面反应的 FS (写成 [ FS] 由金属表面向纵深迁移。
(5 由 [ FS]与金属中存在的原子之间的反应。
2.1.2稀土在化学热处理中的作用稀土在化学热处理中可以起到活化催渗作用 , 并能有效改善工件表层的组织和性能稀土元素可提高气体渗碳的渗速 15 %~25 %。
提高气体渗氮速度25 %~35 %。
稀土元素对气体软氮化亦有明显的催渗作用 [9]。
当渗层深度达到一定值后 , 催渗速度将减缓 , 此外稀土催渗作用还存在一个最佳的加入量范围。
稀土2硼共渗过程中 , 其加入量也有一个最佳值 , 它随被渗材料而异。
2.1.2稀土元素的催渗机理2.1.2.1“活性中心 2表面效应”机理稀土元素的活化催渗作用是由于稀土元素的电负性较小 , 与许多非金属元素的自由焓的增量均为较大的负值 , 从而化学亲合力强所决定的。
对稀土渗碳、稀土渗氮及稀土软氮化体系来说 , 包含有 C 、 H 、 O 、 N 等典型非金属元素的多组分体系 ; 稀土元素与 H 、 O 有极强的化学亲合力 , 而与 C 、 N 则较弱 , 所以稀土元素促使煤油、乙醇及丙酮等高分子链键的裂解 , 加速 [C] 、 [N]等活性原子的生成。
对稀土硼共渗体系 , 稀土促使 BF2 断链 , 同时夺取 B2O3 中的氧 , 使渗硼剂中的 B 原子被快速还原出来 , 增加活性硼原子。
稀土元素的催渗作用与渗剂本身有关 , 还与工件的表面状态 (如棱角、光洁度、氧化皮等有关稀土是表面活性元素 , 而工件表面有宏观不均匀性 (如棱角和微观不均匀性 (如位错 , 稀土首先吸附于金属表面使系统的能量大大降低。
稀土吸附于工件表面后 , 一部分以活性稀土原子的形式为稀土本身渗入钢件表层提供源泉 , 另一部分将破坏金属表面坚固的氧化膜 , 夺取其中的氧 , 清除表面的污染物 , 有利于活性被渗原子吸附于工件表面。
2.1.2.2“点阵畸变 2气团通道”机理对于稀土复合渗体系 , 当吸附于工件表面的活性稀土原子达到一定浓度时 , 稀土原子优先沿工件表面晶界、位错等晶体缺陷处渗入钢中。
大尺寸稀土原子的渗入导致基体晶格严重畸变 , 并与渗入原子的晶体缺陷发生力学、静电及化学交互作用。
在稀土原子周围将形成包含 C 、 N 、 B 等被渗原子的气团 , 当这种气团不饱和时 (即碳氮硼浓度低时 , 稀土可降低碳氮硼向里扩散的速度 [10], 而化学热处理过程能使这种气团迅速达到饱和。
这时由于气团上被渗原子浓度较高 , 而内层较低 , 存在一定的浓度梯度 , 气团上的被渗原子将会挣脱稀土的作用向内扩散。
为了维持气团上被渗原子的动态平衡 , 表面高浓度的被渗活化原子将不断补充到此气团上 , 由此提高了渗层的被渗原子的浓度 , 加速了被渗原子向表层的扩散。
