【文章內(nèi)容簡介】 耐熱合金能提高抗氧化和抗高溫腐蝕的能力，對超硬合金可以改善韌性和耐磨性。這些性能的改善，都顯著地提高了生產(chǎn)企業(yè)及使用單位的經(jīng)濟效益，并能為國家減少這些寶貴資源的消耗。 稀土在鋁電線、電纜中的應用 目前我國的稀土鋁導線主要有高強度稀土鋁合金電纜，成份為AlMgSiRE，用于高壓輸電線路，它的抗拉強度達到26ｋg/mm2，弧垂性能和彎曲性能好，使用壽命長。高導電鋁電線，成份為AlRE，～%。在較高溫度下（＜150℃）使用的高導電稀土鋁導線其成份為AlZrRE，～，用作大電流導線。每年生產(chǎn)的稀土鋁電纜、電線不僅滿足國內(nèi)市場的需求，還大量出口，經(jīng)濟效益顯著。 6063稀土鋁合金及應用 這是一種最常用的變形合金，多用于工業(yè)和民用建筑，其成份（%）～，～，～，余為鋁?！?的稀土金屬，抗拉強度提高24%，成材率提高3%，并改善了表面質(zhì)量。增加了耐蝕性和著色性。另外還有添加稀土的AlSiM(M=Cu,Mg,Mn)合金用于制造汽缸缸體和活塞。 稀土鋅鋁熱鍍合金 為防止鋼材腐蝕，通常用 ZnAl 熱鍍合金（Galfan）比鍍鋅具有更好的加工成形性和耐腐蝕性，但鋅耗較高，耐蝕性也有待改善。近年ZnAlMgRE 熱鍍合金開發(fā)成功并投入生產(chǎn)。這種稀土熱鍍合金的流動性、耐蝕性、鍍層的形成性能都優(yōu)于鋅和ZnAl 合金。 稀土銅耐磨合金 一般軸瓦材料用錫青銅（即巴氏合金），但價格較貴。稀土耐磨鉛青銅合金（RPH），而噸成本比后者又降低了5000～6000元。目前已在紡織機械中使用。稀土硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金用于金屬切削、鉆頭、模具等方面，其硬度大、強度高，但抗彎性差、易打損。稀土添加劑同粘結(jié)劑與硬質(zhì)相WC、TiC一起球磨鈦，制備硬質(zhì)合金原料粉，再經(jīng)壓型燒結(jié)工藝過程生產(chǎn)的硬質(zhì)合金，抗彎強度提高約15%，使用壽命提高一倍以上。 稀土鎂合金 稀土鎂合金比強度高，對減輕飛機重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有廣泛的應用前景。中國航空工業(yè)總公司研制的稀土鎂合金包括鑄造鎂合金及變形鎂合金約有10個牌號，很多牌號已用于生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定。稀土元素在鎂合金中溶解度大，因而有明顯的熱處理強化作用。在鑄造和變型鎂合金中加入金屬釹、釔顯著地提高強度和工藝性能。目前已工業(yè)生產(chǎn)的鑄造鎂合金有ZMZMZM6；變型稀土鎂合金有BMBM25。 自1911年荷蘭人翁納斯(K*Onnes)在汞中首次發(fā)現(xiàn)以來，至今全世界共發(fā)現(xiàn)28種金屬和上千種合金或金屬間化合物具有超導性。遺憾的是這些物質(zhì)由常導態(tài)到超導態(tài)的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc最高的只有23 K(Nb3Ge)，其中常用的NbTi，Nb3Sn等已商品化的超導材料必須在液氦( K，每升約10美元)環(huán)境中工作，這不但增加了成本，也給操作帶來了不便。為此尋找高溫超導材料成為科技界多年來追逐的主要目標。其中稀土元素自然也成為尋找的對象。這是因為金屬鑭的Tc值在16 GPa的高壓下約為11 K，同時1975年和1976年分別在BaPb1xBixO3(Tc=13 K)和LaMo6Se8(Tc=11 K)中發(fā)現(xiàn)了超導性。也許正是在這樣的背景下，繆勒和柏諾茲于1986年才在氧化物陶瓷特別是以鑭為組分的氧化物陶瓷上另辟蹊徑，終于在LaBa2CuO4(Tc=35 K)上取得歷史性的突破。緊接著朱經(jīng)武和趙忠賢又邁出了具有決定意義的一步，發(fā)現(xiàn)由另一個稀土元素釔構(gòu)成的Tc越過液氮溫區(qū)(Tc=77 K，)的釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7δ)。YBCO的Tc高達92 K，是一個具有實用意義的高溫超導材料。此后相繼發(fā)現(xiàn)除鈰、鋱、鐠外，其它所有鑭系元素包括釔在內(nèi)，都能形成通式為RBa2Cu3O7δ，超導轉(zhuǎn)變溫度介于～92 K(R=Y)至～95 K(R=Nd)之間的高溫超導化合物。在理論上這類化合物的上臨界場可高達160 T，故亦可視之為高場超導體。稀土銅氧基高溫超導化合物的出現(xiàn)，除帶來具有挑戰(zhàn)意義的認知問題外，還表現(xiàn)出巨大的技術(shù)應用潛力。近年來在一些應用中技術(shù)前沿問題的初步解決，為稀土作為原料在高溫超導領(lǐng)域中的應用開發(fā)展現(xiàn)了美好的前景?？娎盏劝l(fā)現(xiàn)的La2xBaxCuO4及其后出現(xiàn)的以YBCO為代表的RBa2Cu3O7δ在結(jié)構(gòu)上呈層狀類鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，由被AmOn層(A—其它元素，O—氧)隔開的導電的CuO2面組成。電荷的遷移主要由保留在CuO2面內(nèi)的空穴完成，AmOn層起電荷儲存器作用并借荷電載流子控制CuO2面的摻雜。故在分類上把其叫做空穴摻雜超導體。鑒于這兩種高溫超導化合物的晶胞內(nèi)含有兩個銅氧(CuO2)面，又稱其為雙銅氧層化合物。 空穴摻雜超導體多為高Tc超導體。1988年日本人發(fā)現(xiàn)了又一種通式為Ln2xMxCuO4y(Ln=Pr,Nd,Sm,Eu。M=Ce,Th?！?；)的稀土超導化合物，其晶胞內(nèi)僅含一個CuO2面，又稱做單銅氧層化合物。其導電機制為電子導電，故叫做電子摻雜超導體。如在反鐵磁絕緣化合物Nd2CuO4內(nèi)用4價鈰代替部分3價釹，使銅氧面獲得電子的明顯摻雜，導致Nd2xCexCuO4y在大約25 K的Tc(亦有報道Tc的最大值可達28 K)表現(xiàn)出超導性。 以YBa2Cu3O7δ即YBCO(又簡稱做Y123)為代表的釔系超導材料中，除Y123相外，還存在Y124超導相(YBa2Cu4O8)和Y247相(Y2Ba4Cu7O15)，其中Y124和Y123相比，由于在塊材狀態(tài)不存在熱穩(wěn)定問題，故預計將會部分取代Y123。Y124的Tc約為80 K，但用鈣代替部分釔可使Tc提高到90 K。 除上述稀土氧化物陶瓷超導體外，稀土還是含局域化磁矩超導體即所謂磁性超導體和重費米子超導體(近藤合金)的主要組成部分。這兩種超導體都屬于金屬互化物類型。前一類超導體涉及超導性與磁性的相互作用或超導性與反鐵磁有序化的并存，ErRh4B4，HoMo6S8，YPd2B2C，YNi2B2C等即屬于此類超導體；后一類超導體其電子比熱的線性系數(shù)特別高，電子有效質(zhì)量約為自由電子的102倍～103倍(與近藤效應有關(guān))如CeCu2Si2，CeRu2Si2等，其中CeRu2的Tc最高， K。目前對這兩類稀土超導體的理論研究頗多，尤其是對含局域化磁矩的RNi2B2C(R一般包括Lu,Y,Tm,Er,Ho,Dy)型超導體的研究明顯增多。 K， K。目前看來，在上述幾類稀土超導體中，真正具有廣泛應用潛力和產(chǎn)業(yè)化前程的當推以YBa2Cu3O7δ(YBCO)為代表的稀土銅氧化物高溫超導陶瓷。最近日本對同屬RBa2Cu3O7δ的NdBCO和SmBCO進行的研究表明，輕稀土鋇銅氧化合物LREBCO(LRE指輕稀土中的釹、釤、銪、釓)經(jīng)適當加工制成的塊材，表現(xiàn)出比YBCO系材料具有更強的磁通釘扎力，隨著Jc值提高，可捕集非常高的磁場(在77 K，大于5 T)，同時還由于NdBCO塊材的加工速率比YBCO塊材快50倍(在溫度梯度下于空氣中)故LREBCO更適合批量生產(chǎn)。 早在上個世紀50年代我國仿制的飛機和導彈的蒙皮、框架及發(fā)動機機匣已采用稀土鎂合金，70年代后，隨著我國稀土工業(yè)的迅速發(fā)展，航空稀土開發(fā)應用跨入了自行研制的新階段。新型稀土鎂合金、鋁合金、鈦合金、高溫合金、非金屬材料、功能材料及稀土電機產(chǎn)品也在、直升機、無人駕駛機、民航機以及導彈衛(wèi)星等產(chǎn)品上逐步得到推廣和應用。 （1）稀土鎂合全 稀土鎂合金比強度較高，對減輕飛機重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有廣泛的應用前景。中國航空工業(yè)總公司（簡稱：中航總）研制的稀土鎂合金包括鑄造鎂合金及變形鎂合金約有10多個牌號，很多牌號已用于生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定。例如：以稀土金屬釹為主要添加元素的ZM6鑄造鎂合金已擴大用于直升機后減速機匣、殲擊機翼肋及30KW發(fā)電機的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。中航總與有色金屬總公司聯(lián)合研制的稀土高強鎂合金B(yǎng)M25已代替部分中強鋁合金，在強擊機上獲得應用。 稀土鑄造鎂合金主要用作200～300℃以下長期使用，它具有好的高溫強度和長期抗蠕變性能。各種稀土元素在鎂中的溶解度不同，增加的順序為鑭、混合稀土、鈰、鐠、釹。它對常溫、高溫力學性能的良好影響也隨之增加。中航總研制的以釹為主要添加元素的ZM6合金在熱處理后不但具有高的室溫力學性能，而且還有良好的高溫瞬時力學性能和抗蠕變性能，可在室溫下使用，也可在250℃下長期使用。隨著含釔抗蝕新型鑄造鎂合金的出現(xiàn)，近年來鑄造鎂合金重新受到國外航空工業(yè)的青瞇。 在鎂合金中添加適量的稀土金屬以后，可以增加合金的流動性，降低微孔率，提高氣密性，顯著改善熱裂和疏松現(xiàn)象，使合金在200～300℃高溫下仍具有高的強度和抗蠕變性能。（2）稀土鈦合金 上世紀70年代初，北京航空材料研究院（簡稱：航材院）在Ti－A1－Mo系鈦合金中用稀土金屬鈰（Ce）取代部分鋁、硅，限制了脆性相的析出，使合金在提高耐熱強度的同時，也改善熱穩(wěn)定性能。以此基礎(chǔ)上，又研制出了性能良好的含鈰的鑄造高溫鈦合金ＺT3。它與國際同類合金相比，在耐熱強度及工藝性能方面均具有一定的優(yōu)勢。用它制造的壓氣機匣用于WPI3Ⅱ發(fā)動機，每架飛機減重達39公斤，％，此外減少加工工序約30％，取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益，填補了我國航空發(fā)動機在500℃條件下使用鑄鈦機匣的空白。研究表明，含鈰的ZT3合金組織中存在著細小的氧化鈰質(zhì)點。鈰化合了合金中的一部分氧，形成了難熔的、高硬度的稀土氧化物質(zhì)點Ce203。這些質(zhì)點在合金形變過程中阻礙了位錯運動，提高了合金高溫性能，鈰奪取了一部分氣體雜質(zhì)（尤其是在晶界上的），就有可能在使合金強化的同時，保持良好的熱穩(wěn)定性能。這是在鑄造鈦合金中應用