稀土中间合金(rage earth intermediate alloy)是指稀土元素与一种或数种其他元素组成的具有金属特性的物质。又称母合金。一般包括
混合稀土金属、硅基稀土
复合铁合金和以稀土或钇为基的二元稀土中间合金。稀土中间合金的基本用途是作稀土添加剂。它的生产方法视原料情况和使用要求而定,主要有熔合法,
熔盐电解法、金属热还原法和
粉末冶金法。
简介
稀土中间合金(rage earth intermediate alloy)是指稀土元素与一种或数种其他
元素组成的具有金属特性的物质。又称母合金。一般包括
混合稀土金属、硅基稀土
复合铁合金和以稀土或钇为基的二元稀土中间合金。
稀土中间合金的基本用途是作稀土添加剂。它的生产方法视原料情况和使用要求而定,主要有熔合法,
熔盐电解法、金属热还原法和
粉末冶金法。
发展简史
1908年含铁30%的打火石问世,这是稀土合金的首次应用,1922年美国矿务局(U.S.Bureau ofMines)首先在钢中添加稀土。从50年代起,含铁5%的铈组混合稀士金属广泛用于钢铁冶金,生产球墨铸铁和汽车用高强度低合金钢。60年代美国钒公司(Vanadium Corp)和钼公司(Molyenrp Inc.)研制成功被欧美等一些国家称作稀土硅化物的
稀土硅铁合金,1968-1974年期间。由于稀土硅化物的价格按稀土金属含量计比电解法生产的混合稀土金属低58%,致使混合稀土金属在钢铁冶金中的应用地位逐渐被稀土硅化物所取代,1972年稀土硅化物在美国冶金领域中的用量占稀土在该领域中用量的90%。1974年稀土硅化物的消费量相当于6000t的混合稀土金属。从70年代中期起,受世界钢市场和炼钢新技术的影响以及稀土硅化物在炼钢中的熔合能力欠佳,特别是合金生产费用增加而导致价格上涨等因素,致使稀土硅化物在钢中的消费量在80年代初下降到15%。到80年代末,用于高强度低合金钢的稀土中,稀土硅化物的占有率不到10%。
1948年英国研究人员首先用火石合金与硅铁一起处理生铁得到了球墨铸铁。1952年
美国联合碳化物公司(Union Carbide Carp.)在镁硅铁球化剂中配入铈处理铁水取得成功,从而导致了
稀土镁硅铁合金的诞生。
前苏联在钢铁冶金中最先应用
混合稀土金属和铈铁。70年代开始广泛试斜
稀土硅铁合金和含镁、钙、锶、钡及稀土的
复合铁合金。
1956年中国科学院上海陶瓷冶金研究所研制成功用电硅热法从含RE2O3 4%-6%的
包头钢铁公司的炼铁高炉渣中冶炼稀土硅铁合金的方法,这是世界上首次在电弧炉内用硅铁还原
稀土氧化物生产稀土硅铁合金,并于1958年在内蒙古的包头市开始了工业化生产,70年代又先后开发了用碳热法生产稀土硅铁合金和抗球化衰退能力强的钇组稀土硅铁合金的方法。经历20多年的提高与发展,在80年代初稀土硅铁合金及稀土镁硅铁合金产量成为当时中国稀土工业产品中产量最大的稀土产品,大大促进了中国球铁工业的发展。1988年上述两种产品的产量按稀土氧化物计达到4500t。80年代中期,作为球化剂、蠕化剂及孕育剂的稀土复合铁合金产品开始进入系列化、标准化和商品化。80年代后期,中国又开发用
熔盐电解法和金属热还原法生产RE-Al、RE-Mg、Nd-Fe、Y-Fe、Y-Mg及Y-Al等二元合金,用于稀土功能性材料的研究开发。
混合稀土金属
由几种或十几种稀土金属自然组成具有金属特性的物质。常用的有铈组混合稀土金属、富铈混合稀土金属和富镧混合稀土金属。
硅基稀土复合铁合金
以硅、铁为基本成分复合多种金属的铁合金。常用的有铈组稀土硅铁合金、钇组稀土硅铁合金、含镁稀土硅铁合金、含
碱土金属稀土硅铁合金和高铝稀土硅铁合金。
二元稀土中间合金
混合稀土金属或单一稀土金属和以有色金属或铁为基的二元中间合金,常用的有铝基稀土中间合金、镁基稀土中间合金和铁基稀土中间合金。
展望
20世纪80年代以前,钢铁冶金曾是稀土中间合金的主要应用领域,虽然从70年代中期开始,西方国家钢中稀土消费比例显著下降,但在90年代以来中国稀土处理钢的产量却逐年增长,
年平均增长率达42%。中国稀土铸铁的产量也呈逐年增长的趋势,年平均增长率为20%左右。可以预料,稀土在钢铁中消费的增长将随着中国钢铁产量的增加和稀土在钢铁中应用进一步推广会保待到2000年。
随着稀土功能材料不断开发,又为稀土中间合金开辟了新的消费市场。无公害、电容量大的稀土镍-氢化物电池的产业化正在日本和欧美一些国家中兴起。此种电他的
贮氢合金中含富镧或富铈混合稀土金属约33% o稀土镍-氢化物电池除了要取代上亿支的镍镉电池外,还将取代机动车上污染环境的铅酸电池,有人估计,每替代2万辆小型电动车上的铅酸电池就需消费3000t混合稀土金属。据资源报道,日本已建成年产数千吨贮氢合金的设备能力。
1985年开始推广名pN加鲁凡(Ga/fan)的热浸镀锌合金,这种合金含稀土金属0.05%、Al 5%,余量为锌,已在欧美一些国家及日本、南非及印度等国广泛用于薄板、线材及管材的表面处理,使钢产品的使用寿命比一般锌镀层钢材提高2-3倍。西方国家推广加鲁凡合金钢两年产量就超过10万t。
美国研制的弗克拉洛伊合金钢(Fecralloy steels)含Cr 15%-22%、Al 4%-5%和Y 0.5%-4%是一种能抗高温氧化和耐腐蚀的不锈钢,常用作
汽车尾气净化器的基底,以取代传统的陶瓷基底。到20世纪90年代末在美国年用量已达8000t,这也是稀土中间合金一个不可忽视的新的消费市场。
总之,随着稀土新材料的开发,应用稀土中间合金的领域会不断扩大,产品结构也会按市场需求而不断改变。