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稀土硬质合金实验应用分析 [2010-06-01 04:08] 【摘要】在钨钴类和钨钛钴类的硬质合金中添加微量的稀土元素可使硬质合金的抗弯强度、韧性、耐磨性、抗冲击性及红硬性均有大的提高，对合金刀具的使用寿命提高显著。
综观稀土硬质合金产品在制造和使用过程中的效果，对其进行分析。 【关键词】稀土 硬质合金 物理力学性能 综述 稀土元素在冶金、机械、石油化工、能源、轻工、环境保护、农业和电子行业应用十分广泛，其作用倍受关注，普遍认为其为“未来的元素”。
在金属材料方面，稀土一直是人们寄以希望的提高其性能的改性强化材料。国内外对稀土的研究很早就进行了，国内已成功地应用在钢铁制造业，取得了良好的效果。
在硬质合金中的应用也取得了很大的成效，这方面的报道也很多。 稀土元素是元素周期表中第三族第六周期的镧系元素以及它们相似的钇和钪共十七个元素。
稀土元素化学性能很活泼，与氧、硫的亲和力很强，其化合物也十分稳定。椐资料报道，在硬质合金中添加微量的稀土氧化物，即使没有使硬质合金的强度和硬度下降，但却导致硬质合金的切削性能的下降，如其分布在机体内不均匀，有偏聚，也可成为氧化物夹杂，故稀土氧化物在硬质合金基本上没有的到应用。
可见，添加方式和混合效果直接关系到硬质合金物理力学性能的好坏，通常添加微量元素有以单质、氧化物和固溶体（中间合金）形式加入，中间合金形式加入方法广泛应用在黑色和有色金属合金冶炼方面，而硬质合金通常是以稀土金属和氧化物形式加入。氧化物形式加入不可取，而稀土金属在粉末状态加入，制取和添加工艺难度较大，从而一定程度上限制了应用。
目前常用的是稀土钴的混合粉作为添加剂，应用效果良好。 1 实验过程及应用效果 （1）混合粉配比：YT5Re（细颗粒WC、TiC-WC饱和固溶体和Co以及稀土钴添加剂，Ce加入量为钴含量的0.5%），配制成WC-5TiC-10Co-Re硬质合金的实验料粉。
（2）球磨：经湿磨（乙醇介质，球料比3:1），真空干燥。 （3）其它；加入成型剂压制成形。
A标5mm*5mm*30mm抗弯试样和粗加工刀片。然后经（1470-1530）℃40min真空烧结。
（4）测试结果： Ts℃ 1420℃1450℃1470℃ HRA89.589.9 89.7 бbb(Mpa)168019101850 ρ13.013.0 13.1 (5)使用对比结果（98W-Fe-Ni-Co棒材切削）： 与常规YT5比较：耐磨性提高3倍，崩刃下降2倍，寿命3.2倍。（测试期间生产统计数） 2 结果分析 上述结果表明，在硬质合金中加入稀土Ce能够有效地提高合金的强度、耐磨、抗冲击等性能，从而提高合金的使用寿命。
组织结构决定合金性能，从Ce的加入对组织产生影响方面进行解析。 （1）Ce在合金中的分布状态和作用 经金相观察，Ce与钴相固溶，造成了Co相的晶格畸变，从而强化了粘结相。
另外，与原材料带入的有害杂质硫、氧结合成化合物，从而净化了相界面。因为硫、氧的存在阻碍了粘结相和硬质相、硬质相与硬质相的接触连接，降低了结合强度。
减少硫、氧的危害，必然提高了粘结相与硬质相WC的润湿效果。另外有资料报道，稀土相还可以溶解部分其他有害杂质，同样也减低了这些有害杂质对合金的危害。
这说明稀土金属在合金中能够起到净化粘结相和晶粒表面，增加粘结相与晶粒之间的润湿效果和降低有害杂质影响的作用。据报道，稀土的加入还有助于W等元素溶于黏结相，起到了“弥散强化”作用，因此，使稀土合金的抗弯强度大大的提高。
（2）稀土金属Ce在在真空烧结方面的作用 从实验结果表明，在各个温度的烧结过程中，合金的晶粒度细小均匀，没有明显长大的现象，说明稀土金属能够有效的抑制合金晶粒长大，稳定烧结工艺，从而获得性能良好的合金产品。 （3）稀土金属的优化合金组织结构的作用 从金属金相图谱中看出，在400℃上下有同素异晶体转变，即高温稳定的α-Co(fcc结构)固溶体转变成低温相β-Co(hcp结构)，α是立方体系有十二个滑移系，显朔性。
β是六方晶格有三个滑移系显脆性。稀土的添加使Co相的α-Co为主相，稳定fcc晶体结构，有利于提高Co的朔性。
这一点已在应用中刀具的崩刃效果得到了充分的证明，在金相的观察中也可以看到，是抗冲击性能明显提高。 3 结论 （1）稀土元素能够提高硬质合金的物理力学性能且效果明显。
（2）稀土元素在硬质合金中可优化合金组织结构和净化相界面。 （3）稀土元素能够细化合金晶粒，稳定烧结工艺，降低烧结温度的敏感性。
以上是从宏观的性能表现和微观的晶体结构粗浅地分析了稀土元素对硬质合金的作用和影响，稀土元素在硬质合金中的作用可能并非这么简单，还有待进一步的研究和探讨。 参考文献 [1]尤力平.稀土学报，1990(8)4. [2]贺从讯.稀土学报，1994(12)3. [3]冶金工业出版社.硬质合金的生产.。
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3.稀土金属的用途前景及研究
在军事方面
稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说，美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。
在冶金工业方面
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。
在石油化工方面
用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程；在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶少，运转稳定，后处理工序短等优点；复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。
在玻璃陶瓷方面
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显象管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中，可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用，降低玻璃中的铁含量，以达到脱除玻璃中绿色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃，其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防x-射线的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。
在新材料方面
稀土钴及钕、铁、硼永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积，被广泛用于电子及航天工业；纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶，可用于微波与电子工业；用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃，可作为固体激光材料；稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料；镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料；铬酸镧是高温热电材料；近年来，世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料，可在液氮温区获得超导体，使超导材料的研制取得了突破性进展。
此外，稀土还广泛用于照明光源，投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉；在农业方面，向田间作物施用微量的硝酸稀土，可使其产量增加5~10%；在轻纺工业中，稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。
农业方面作用
研究结果表明，稀土元素可以提高植物的叶绿素含量，增强光合作用，促进根系发育，增加根系对养分吸收。稀土还能促进种子萌发，提高种子发芽率，促进幼苗生长。除了以上主要作用外，还具有使某些作物增强抗病、抗寒、抗旱的能力。
大量的研究还表明，使用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收、转化和利用。玉米用稀土拌种，出苗、拔节比对照早1~2天，株高增加0.2米，早熟3~5天，而且籽粒饱满，增产14%。大豆用稀土拌种，出苗提早1天，单株结荚数增加14.8~26.6个，3粒荚数增多，增产14.5%~20.0%。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的vc含量、总糖含量、糖酸比均有所提高，促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度，降低腐烂率。
4.写一篇关于金属的小论文,并与同学交流
金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：
一、分类：
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳 2%~4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。
金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属 、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。
铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。
变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。
喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。
金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。
二、性能
为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。
材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。
材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。
三、生产工艺：
金属材料生产，一般是先提取和冶炼金属 。
有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分，然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属，钢铁通常采用火法冶金工艺，即采用转炉、平炉、电弧炉、感应炉、冲天炉（炼铁）等进行冶炼和熔炼；有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺 ；高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金属材料通过冶炼并调整成分后，经过铸造成型，或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯，再经塑性加工制成各种形态和规格的产品。对有些金属制品，要求其有特定的内部组织和力学性能，还常采用热处理工艺 。常用的热处理工艺有淬火、正火、退火、时效处理（将淬火后的金属制件置于室温或较高温度下保温适当时间，以提高其强度和硬度）等。
四、发展趋势：
金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。
5.求几篇关于金属材料的论文,最好是3000字左右的,需要格式规范
金属材料一般是指工业应用中的纯金属或合金。自然界中大约有70多种纯金属，其中常见的有铁、铜、铝、锡、镍、金、银、铅、锌等等。而合金常指两种或两种以上的金属或金属与非金属结合而成，且具有金属特性的材料。
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。
①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%~4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。
②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等，有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。
6.稀土金属间化合物
稀土金属（rare earth metals）又称稀土元素，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。
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)。
稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外（有的将钪划归稀散元素），划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。
这些稀土元素的发现，从1794年芬兰人加多林（J.Gadolin）分离出钇到1947年美国人马林斯基（J.A.Marinsky）等制得钷，历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁（L.E.Glendenin）和科列尔（C.D.Coryell）用离子交换分离，在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷，直到1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。
大多数稀土金属呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。
稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。
我国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展我国稀土工业提供了坚实的基础。
稀散金属通常是指由镓（Ga）、铟（In）、铊（Tl）、锗（Ge）、硒（Se）、碲（Te）和铼（Re）7个元素组成的一组化学元素。但也有人将铷、铪、钪、钒和镉等包括在内。这7个元素从1782年发现碲以来，直到1925年发现铼才被全部发现。这一组元素之所以被称为稀散金属，一是因为它们之间的物理及化学性质等相似，划为一组；二是由于它们常以类质同象形式存在有关的矿物当中，难以形成独立的具有单独开采价值的稀散金属矿床，（最近在四川省石棉县发现一处以碲为主的碲铋矿床）；三是它们在地壳中平均含量较低，以稀少分散状态伴生在其他矿物之中，只能随开采主金属矿床时在选冶中加以综合回收、综合利用。
稀散金属具有极为重要的用途，是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等，均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大，但至关重要，缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航开发、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂材料等。我国稀散金属矿产丰富，为发展稀散金属工业提供了较好的资源条件。
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