陈煜伦，陈彦伟 (利记集团，中国香港999077 )
摘要：依据实验数据和文献介绍La、Ce稀土金属对铝合金力学性能、光泽度及导热性能等影响，探讨 稀土元素在晶粒细化、吸氢性能等方面如何改善铝合金的性能，讨论稀土在特殊性能铝合金的应用。
关键词：稀土元素；铝合金；吸氢性能；力学性能
1前言
我国是稀土储量和产能大国，目前稀土在钢铁、磁性材料、储氢材料以及军工产品的应用己经 成熟，在各个应该领域都取得不错的经济效益。很多院校和研究机构研究了稀土在铝合金中的应用， 但目前铝合金生产厂家还没有对稀土形成规模应用。利记集团的旗下实验室利保金属检测中心致力 于稀土在锌合金、铝合金等的研究，通过大量的实验数据，在改善合金性能、影响规律和作用机理 上取得了不错进展，目前已将稀土应用到各类合金当中。
2稀土对铝合金性能的影响
2.1稀土对铝合金力学性能的影响
稀土采用价格相对便宜的镧铈合金，混合稀土中镨钕含量与镧铈金属含量比例分别大致为20% 和80%左右。由于镨钕大量应用于磁性材料中，造成分离后的镧铈合金大量过剩，从近几年的价格 趋势判断，价格维持在3万RMB/吨左右，价格比铜还低，因此添加适量的镧铈金属不会对铝合金 的成本造成压力。
实验表明，添加适量镧铈金属使铝合金的硬度、强度、伸长率等力学性能有所提高。
稀土对铝合金硬度的影响
铝合金中加入适量稀土，可提高其硬度。通过对A356.2铝合金添加不同比例的镧铈金属 后发现，随着镧铈金属添加比例的增加，合金的硬度先是增加，后面趋于平稳，添加量为0.3%时， 硬度达到拐点，如图1所示。
2.1.2.稀土对铝合金强度的影响
张伟成等在对ZL10系铝合金中添加0.3%的稀土后发现，抗拉强度由205.9MPa提高到 274MPa。我司采用价格低廉的镧铈金属对A356.2铝合金进行掺杂，发现掺杂一定比例的镧铈金属后抗拉强度从234MPa提高到258MPa，掺杂量在0.2%时抗拉强度达到最大，然而当添加量大 于0.2%抗拉强度会逐渐下降。图2是A356.2铝合金的抗拉强度随镧铈金属添加量的关系图。
2.1.3.稀土对铝合金延展性的影响
铸造铝合金一般添加一定比例的硅，但硅的塑性相对较差，故此压铸常用铝合金ADC12的延 伸率只有3.5%，而含硅量低的6063铝合金的延伸率则达到12%。
王经涛等研究了稀土对合金超塑性的影响，不同合金有不同的稀土最佳添加量。图3是我 司在A356.2上添加不同比例的镧铈金属后延伸率的变化，合金锭延伸率随着稀土添加量也是先升后降，在添加量为0.2%时伸长率最佳。
2.2.稀土对铝合金导热性能的影响
纯铝的导热系数为237W/(m.K)，仅次于金银铜，可以说是导热性能优秀的金属之一。而金属 的纯度越高，其导热性能越好。由于一般铝合金中添加了硅、铜、镁等金属，因此铝合金的导热系 数低于纯铝，比如压铸性能优秀的ADC12的导热系数只有92 W/(m.K)。
饶克等研究了添加稀土对6063铝合金导热、导电性能的影响，发现添加0.05%稀土有利于提 高6063铝合金的导热性能。我司通过在A356.2添加镧铈金属后发现，合金的导热系数也是先升后降，在0.2%时达到最高，测试结果如图4。
2. 3.稀土对铝合金氧化后光泽度的影响
添加稀土能提高铝合金的光泽度，不但改善表面层的反射度，同时也能提升阳极氧化后氧化层 的光泽度。潘复生等研究表明，添加0.12%〜0.25%的稀土后，6063铝合金的反射率高达92%。 我司在对阳极氧化压铸铝合金AD2H添加0.3%镧铈金属后发现，样品在阳极氧化上金色后，其光 泽比未添加稀土的AD2H铝合金更加闪亮。图5是AD2H铝合金添加稀土前后的比较。
3稀土对铝合金影响机理讨论
3.1.稀土比铝和锌有更高的还原性
表1是几种金属的标准电极电势，从表中可以看出，La3+/La和Ce3+/Ce比A13+/A1和Zn2+/Zn有 更负的标准电极电势，即镧铈金属比铝和锌有更高的还原性，更加容易从铝合金熔液中得到氧。在铝合金和锌合金中添加适量的镧铈金属有利于净化金属的作用，消除合金熔液中的氧化物，从而提局合金的力学性能。
3. 2.细化晶粒的作用
在铝合金中添加稀土有利于细化晶粒，控制晶枝的生长，抑制富铁相。稀土为密排六方结构， 而铝是面心立方结构，添加的稀土富集中晶界处，当熔液凝固时，稀土聚集在固——液界面前沿， 增大过冷度，从而细化晶粒。
3. 3.稀土的吸氢性能
稀土是储氢合金的重要原材料，成熟应用于AB5型和A2B7型储氢材料中。稀土在储氢合金中 的作用是提高吸氢量，降低PCT平台（压力浓度等温线），即合金在高温下能保持较高的吸氢量。 利用稀土的吸氢特性，在ADC12中添加微量的镧铈金属后发现，铸件中的气孔相对于添加前有很 大的改善，图6是ADC12铝合金添加0.2%镧铈金属后的SEM图。
4在铝合金中添加稀土时的注意事项
稀土性能活泼，在高温下容易氧化燃烧。在铝合金中添加稀土时，如果直接添加混合稀土或单 质稀土，由于稀土容易氧化，造成添加量不稳定，所以一般会将稀土和铝先制成稀土铝中间合金后 再二次添加，既保证成分稳定，也使添加过程更加安全。
5结语
在铝合金中添加稀土有利于细化晶粒、净化成分、改善光泽和减少气孔等作用，而应用廉价的 镧铈金属依然能起到以上效果。作为稀土产量大国，稀土在我国锌合金和铝合金发展上等将有广大的应用空间。