【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 耐熱合金能提高抗氧化和抗高溫腐蝕的能力，對(duì)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(jì)效益，并能為國(guó)家減少這些寶貴資源的消耗。 稀土在鋁電線、電纜中的應(yīng)用 目前我國(guó)的稀土鋁導(dǎo)線主要有高強(qiáng)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(qiáng)度達(dá)到26ｋg/mm2，弧垂性能和彎曲性能好，使用壽命長(zhǎng)。高導(dǎo)電鋁電線，成份為AlRE，～%。在較高溫度下（＜150℃）使用的高導(dǎo)電稀土鋁導(dǎo)線其成份為AlZrRE，～，用作大電流導(dǎo)線。每年生產(chǎn)的稀土鋁電纜、電線不僅滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，還大量出口，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 6063稀土鋁合金及應(yīng)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(qiáng)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(kāi)發(fā)成功并投入生產(chǎn)。這種稀土熱鍍合金的流動(dòng)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(jià)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(jī)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(qiáng)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(guò)程生產(chǎn)的硬質(zhì)合金，抗彎強(qiáng)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(qiáng)度高，對(duì)減輕飛機(jī)重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有廣泛的應(yīng)用前景。中國(guó)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(gè)牌號(hào)，很多牌號(hào)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(qiáng)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(qiáng)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(lái)，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(dǎo)性。遺憾的是這些物質(zhì)由常導(dǎo)態(tài)到超導(dǎo)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(dǎo)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(lái)了不便。為此尋找高溫超導(dǎo)材料成為科技界多年來(lái)追逐的主要目標(biāo)。其中稀土元素自然也成為尋找的對(duì)象。這是因?yàn)榻饘勹|的Tc值在16 GPa的高壓下約為11 K，同時(shí)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(dǎo)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(gè)稀土元素釔構(gòu)成的Tc越過(guò)液氮溫區(qū)(Tc=77 K，)的釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7δ)。YBCO的Tc高達(dá)92 K，是一個(gè)具有實(shí)用意義的高溫超導(dǎo)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(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度介于～92 K(R=Y)至～95 K(R=Nd)之間的高溫超導(dǎo)化合物。在理論上這類化合物的上臨界場(chǎng)可高達(dá)160 T，故亦可視之為高場(chǎng)超導(dǎo)體。稀土銅氧基高溫超導(dǎo)化合物的出現(xiàn)，除帶來(lái)具有挑戰(zhàn)意義的認(rèn)知問(wèn)題外，還表現(xiàn)出巨大的技術(shù)應(yīng)用潛力。近年來(lái)在一些應(yīng)用中技術(shù)前沿問(wèn)題的初步解決，為稀土作為原料在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域中的應(yīng)用開(kāi)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(kāi)的導(dǎo)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(chǔ)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(dǎo)體。鑒于這兩種高溫超導(dǎo)化合物的晶胞內(nèi)含有兩個(gè)銅氧(CuO2)面，又稱其為雙銅氧層化合物。 空穴摻雜超導(dǎo)體多為高Tc超導(dǎo)體。1988年日本人發(fā)現(xiàn)了又一種通式為L(zhǎng)n2xMxCuO4y(Ln=Pr,Nd,Sm,Eu。M=Ce,Th?！?的稀土超導(dǎo)化合物，其晶胞內(nèi)僅含一個(gè)CuO2面，又稱做單銅氧層化合物。其導(dǎo)電機(jī)制為電子導(dǎo)電，故叫做電子摻雜超導(dǎo)體。如在反鐵磁絕緣化合物Nd2CuO4內(nèi)用4價(jià)鈰代替部分3價(jià)釹，使銅氧面獲得電子的明顯摻雜，導(dǎo)致Nd2xCexCuO4y在大約25 K的Tc(亦有報(bào)道Tc的最大值可達(dá)28 K)表現(xiàn)出超導(dǎo)性。 以YBa2Cu3O7δ即YBCO(又簡(jiǎn)稱做Y123)為代表的釔系超導(dǎo)材料中，除Y123相外，還存在Y124超導(dǎo)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(wèn)題，故預(yù)計(jì)將會(huì)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(dǎo)體外，稀土還是含局域化磁矩超導(dǎo)體即所謂磁性超導(dǎo)體和重費(fèi)米子超導(dǎo)體(近藤合金)的主要組成部分。這兩種超導(dǎo)體都屬于金屬互化物類型。前一類超導(dǎo)體涉及超導(dǎo)性與磁性的相互作用或超導(dǎo)性與反鐵磁有序化的并存，ErRh4B4，HoMo6S8，YPd2B2C，YNi2B2C等即屬于此類超導(dǎo)體；后一類超導(dǎo)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(yīng)有關(guān))如CeCu2Si2，CeRu2Si2等，其中CeRu2的Tc最高， K。目前對(duì)這兩類稀土超導(dǎo)體的理論研究頗多，尤其是對(duì)含局域化磁矩的RNi2B2C(R一般包括Lu,Y,Tm,Er,Ho,Dy)型超導(dǎo)體的研究明顯增多。 K， K。目前看來(lái)，在上述幾類稀土超導(dǎo)體中，真正具有廣泛應(yīng)用潛力和產(chǎn)業(yè)化前程的當(dāng)推以YBa2Cu3O7δ(YBCO)為代表的稀土銅氧化物高溫超導(dǎo)陶瓷。最近日本對(duì)同屬RBa2Cu3O7δ的NdBCO和SmBCO進(jìn)行的研究表明，輕稀土鋇銅氧化合物L(fēng)REBCO(LRE指輕稀土中的釹、釤、銪、釓)經(jīng)適當(dāng)加工制成的塊材，表現(xiàn)出比YBCO系材料具有更強(qiáng)的磁通釘扎力，隨著Jc值提高，可捕集非常高的磁場(chǎng)(在77 K，大于5 T)，同時(shí)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(gè)世紀(jì)50年代我國(guó)仿制的飛機(jī)和導(dǎo)彈的蒙皮、框架及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣已采用稀土鎂合金，70年代后，隨著我國(guó)稀土工業(yè)的迅速發(fā)展，航空稀土開(kāi)發(fā)應(yīng)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(jī)產(chǎn)品也在、直升機(jī)、無(wú)人駕駛機(jī)、民航機(jī)以及導(dǎo)彈衛(wèi)星等產(chǎn)品上逐步得到推廣和應(yīng)用。 （1）稀土鎂合全 稀土鎂合金比強(qiáng)度較高，對(duì)減輕飛機(jī)重量，提高戰(zhàn)術(shù)性能具有廣泛的應(yīng)用前景。中國(guó)航空工業(yè)總公司（簡(jiǎn)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(gè)牌號(hào)，很多牌號(hào)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(kuò)大用于直升機(jī)后減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋及30KW發(fā)電機(jī)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(qiáng)鎂合金B(yǎng)M25已代替部分中強(qiáng)鋁合金，在強(qiáng)擊機(jī)上獲得應(yīng)用。 稀土鑄造鎂合金主要用作200～300℃以下長(zhǎng)期使用，它具有好的高溫強(qiáng)度和長(zhǎng)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?yàn)殍|、混合稀土、鈰、鐠、釹。它對(duì)常溫、高溫力學(xué)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(xué)性能，而且還有良好的高溫瞬時(shí)力學(xué)性能和抗蠕變性能，可在室溫下使用，也可在250℃下長(zhǎng)期使用。隨著含釔抗蝕新型鑄造鎂合金的出現(xiàn)，近年來(lái)鑄造鎂合金重新受到國(guó)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(dòng)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(qiáng)度和抗蠕變性能。（2）稀土鈦合金 上世紀(jì)70年代初，北京航空材料研究院（簡(jiǎn)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(qiáng)度的同時(shí)，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(guó)際同類合金相比，在耐熱強(qiáng)度及工藝性能方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)。用它制造的壓氣機(jī)匣用于WPI3Ⅱ發(fā)動(dòng)機(jī)，每架飛機(jī)減重達(dá)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(jì)效益，填補(bǔ)了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在500℃條件下使用鑄鈦機(jī)匣的空白。研究表明，含鈰的ZT3合金組織中存在著細(xì)小的氧化鈰質(zhì)點(diǎn)。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(diǎn)Ce203。這些質(zhì)點(diǎn)在合金形變過(guò)程中阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)化的同時(shí)，保持良好的熱穩(wěn)定性能。這是在鑄造鈦合金中應(yīng)用