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稀土合金 版權信息
- ISBN：9787030734914
- 條形碼：9787030734914 ; 978-7-03-073491-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
稀土合金 本書特色
本書適合稀土及其合金、熔鹽電解、乏燃料干法后處理等領域的高校教師、研究生以及科研人員和工程技術人員閱讀。
稀土合金 內容簡介
稀土是化學元素周期表中鑭系元素和鈧、釔共17種元素的總稱。目前已知自然界中約有250種稀土礦。稀土被發現距今已經230多年，為了總結稀土研究的成就，本書以稀土在合金中的應用為主線，重點介紹稀土的歷史、稀土合金電解制備、鑭系元素合金電解的遞變規律、稀土二元合金電解電位基本規律、稀土鎂鋰合金、稀土鎂合金、稀土合金膜、稀土鋼和稀土鑄鐵、稀土儲氫合金、稀土永磁合金。目前，稀土合金電解電位遞變規律的相關書籍較少，本書對此進行重點介紹，并給出著者近期新的研究成果，同時總結和梳理該領域的近期新進展。 本書適合稀土及其合金、熔鹽電解、乏燃料干法后處理等領域的高校教師、研究生以及科研人員和工程技術人員閱讀。
稀土合金 目錄
目錄
前言
第1章 稀土概論 1
1.1 稀土的歷史 1
1.2 稀土命名及用途 2
1.3 稀土科技的發展歷程 10
1.3.1 搖籃時代 10
1.3.2 啟蒙時代 12
1.3.3 黃金時代 14
1.3.4 未來前景 16
參考文獻 17
第2章 稀土合金電解制備 18
2.1 稀土金屬的熔鹽電解法制備 18
2.1.1 氯化物熔鹽電解體系 19
2.1.2 氟化物熔鹽電解體系 20
2.2 熔鹽電解法制備稀土合金 21
2.2.1 熔鹽體系中電解共沉積合金理論 22
2.2.2 電解共沉積原理 22
2.2.3 標準析出電位 23
2.2.4 過電位 25
2.2.5 去極化作用 28
2.3 稀土鎂鋰合金電解 35
2.3.1 鎂-鋰-鏑合金電解 35
2.3.2 鎂-鋰-鐠合金電解 38
2.3.3 鎂-鋰-鈥合金電解 39
2.3.4 鎂-鋰-釔合金電解 41
參考文獻 48
第3章 鑭系元素合金電解的遞變規律 49
3.1 鑭系元素的價電子層結構 49
3.2 鑭系元素化合物的熱力學性質規律 50
3.3 鑭系元素在銅電極上電解的電化學行為 56
3.3.1 鑭系元素在銅電極上的開路計時電位曲線 57
3.3.2 鑭系元素在銅電極上析出電位的遞變規律 60
3.3.3 鑭系元素半徑與析出電位間關系的數學方程 60
3.4 鑭系元素在鎳電極上電解的電化學行為 62
3.4.1 鑭系元素在鎳電極上的開路計時電位曲線 62
3.4.2 鑭系元素在鎳電極上析出電位的遞變規律 65
3.4.3 鑭系元素半徑與析出電位間關系的數學方程 66
3.5 鑭系元素在鋁電極上電解的電化學行為 67
3.5.1 鑭系元素在鋁電極上的開路計時電位曲線 67
3.5.2 鑭系元素在鋁電極上析出電位的遞變規律 69
3.5.3 鑭系元素半徑與析出電位間關系的數學方程 69
3.6 鑭系元素在鋅電極上電解的電化學行為 71
3.6.1 鑭系元素在鋅電極上的開路計時電位曲線 71
3.6.2 鑭系元素在鋅電極上析出電位的遞變規律 73
3.6.3 鑭系元素半徑與析出電位間關系的數學方程 73
3.7 鑭系元素在錫電極上電解的電化學行為 74
3.7.1 鑭系元素在錫電極上的開路計時電位曲線 75
3.7.2 鑭系元素半徑與析出電位間關系的數學方程 77
3.8 鑭系元素在鉛電極上電解的電化學行為 78
3.8.1 鑭系元素在鉛電極上的開路計時電位曲線 78
3.8.2 鑭系元素半徑與析出電位間關系的數學方程 80
3.9 考慮析出電位和電負性的回歸方程 81
參考文獻 84
第4章 稀土二元合金電解電位基本規律 86
4.1 金屬間化合物相的特性 86
4.2 金屬間化合物相的分類 87
4.3 Ni-Ln合金電解析出電位規律 88
參考文獻 97
第5章 稀土鎂鋰合金 98
5.1 稀土鎂鋰合金中的主要合金元素 98
5.2 稀土元素對鎂鋰合金的影響 99
5.2.1 釹在鎂鋰合金中的作用 99
5.2.2 鈰在鎂鋰合金中的作用 100
5.2.3 釔在鎂鋰合金中的作用 101
5.2.4 鈧在鎂鋰合金中的作用 101
5.2.5 混合稀土在鎂鋰合金中的作用 102
5.3 稀土鎂鋰合金的組織和性能 104
5.3.1 LAZ532合金 104
5.3.2 LA81和LA83合金 109
5.3.3 Mg-8.5Li-xCe合金 114
5.3.4 Mg-5.6Li-3.37Al-1.68Zn-1.14Ce合金 116
5.3.5 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金 118
5.3.6 Mg-16Li-5Al-xCe合金 119
5.3.7 LA141-xNd合金 124
參考文獻 127
第6章 稀土鎂合金 130
6.1 稀土鎂合金發展歷程 130
6.2 稀土在鎂合金中的作用 133
6.2.1 稀土對鎂合金除氣除雜的凈化作用 134
6.2.2 稀土對鎂合金的強化作用 134
6.3 稀土鎂合金研究進展 138
6.4 稀土鑄造鎂合金 142
6.4.1 Mg-Al-RE系 142
6.4.2 Mg-Zn-RE系 143
6.4.3 Mg-RE系 143
6.5 LPSO增強稀土鎂合金 144
6.5.1 LPSO增強相在稀土鎂合金中的形成 145
6.5.2 LPSO增強相的類型 146
6.5.3 LPSO結構增強的鎂合金 153
6.5.4 稀土耐熱鎂合金 155
參考文獻 156
第7章 稀土合金膜 162
7.1 合金膜的制備方法 162
7.2 合金膜生成的基本理論 163
7.3 電沉積制備稀土合金膜 163
7.3.1 水溶液電沉積稀土合金膜 164
7.3.2 非水溶液電沉積稀土合金膜 167
7.4 物理氣相沉積制備稀土合金膜 167
7.5 稀土永磁薄膜 168
7.5.1 永磁薄膜的制備技術 170
7.5.2 稀土-過渡金屬永磁薄膜的制備 171
7.5.3 稀土-過渡金屬-第三組元永磁薄膜的制備 171
7.5.4 雙相復合稀土永磁薄膜的制備 172
7.6 磁泡稀土合金薄膜 173
7.7 稀土超磁致伸縮薄膜 174
參考文獻 174
第8章 稀土鋼和稀土鑄鐵 178
8.1 稀土在鋼中的作用機理 179
8.1.1 稀土對鋼的凈化作用 179
8.1.2 稀土對鋼的變質作用 179
8.1.3 稀土對鋼的微合金化作用 180
8.2 稀土鋼的缺點 182
8.3 稀土在各類鋼中的應用 182
8.4 稀土在鑄鐵中的作用 186
8.4.1 稀土在球墨鑄鐵中的應用 190
8.4.2 稀土在蠕墨鑄鐵中的應用 190
8.4.3 稀土在可鍛鑄鐵中的應用 190
8.4.4 稀土在白口鑄鐵中的應用 191
參考文獻 191
第9章 稀土儲氫合金 194
9.1 氫能 194
9.2 氫能利用 195
9.3 化學制氫方法 196
9.4 氫的儲存方法 198
9.5 儲氫合金的吸放氫原理 200
9.5.1 儲氫合金的固-氣吸放氫原理 200
9.5.2 儲氫合金的電化學吸放氫原理 201
9.5.3 儲氫合金電極電化學反應機理 201
9.6 稀土儲氫合金的制備方法 202
9.6.1 真空感應熔煉法 202
9.6.2 機械合金化法 203
9.6.3 化學還原法 204
9.6.4 置換-擴散法 205
9.6.5 燃燒合成法 205
9.6.6 熔體快淬法 205
9.7 主要稀土儲氫合金 206
9.7.1 稀土鎂系儲氫合金 206
9.7.2 稀土鎳鋁系儲氫合金 207
9.7.3 稀土鎳系儲氫合金 208
9.7.4 稀土鎂鎳系儲氫合金 212
9.8 稀土儲氫合金的處理方法 217
9.8.1 熱處理 217
9.8.2 表面處理 219
9.9 金屬氫化物 219
參考文獻 222
第10章 稀土永磁合金 225
10.1 永磁材料發展簡史 225
10.2 磁性參數 231
10.3 Al-Ni-Co永磁合金 235
10.4 稀土鈷永磁合金 236
10.4.1 RECo5永磁合金 239
10.4.2 RE2Co17永磁合金 241
10.4.3 稀土鈷永磁合金矯頑力機制 244
10.5 Nd-Fe-B永磁合金 247
10.5.1 Nd-Fe-B永磁合金的結構 248
10.5.2 Nd-Fe-B永磁合金的應用領域和性能 249
10.5.3 燒結Nd-Fe-B永磁體 251
10.5.4 黏結Nd-Fe-B永磁體 251
10.5.5 快淬Nd-Fe-B永磁合金 252
10.5.6 快淬-黏結Nd-Fe-B永磁合金 253
10.5.7 晶界擴散Nd-Fe-B永磁合金 254
10.6 稀土-鐵-氮永磁合金 256
10.7 交換耦合永磁合金 257
參考文獻 258
展開全部
稀土合金 節選
稀土有如下3種共性：①原子結構相似；②離子半徑相近（RE3+半徑為1.06×10?10～0.84×10?10m，Y3+半徑為0.89×10?10m）；③在自然界中的存在形式往往是密切共生。 為了方便稀土的研究，人們對稀土進行了分組。稀土有多種分組方法，目前*常用的有兩種。 （1）兩分法。鈰族稀土，即La～Eu，亦稱為輕稀土；釔族稀土，即Gd～Lu + Y + Sc，亦稱為重稀土。重稀土包括釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，它們具有較高的原子序數和較大的質量。有人將化學性質與重稀土相近的釔也列入重稀土亞族，所以重稀土亦稱為釔族稀土。兩分法分組以Gd劃界的原因是從Gd開始在4f亞層上新增加電子的自旋方向改變了。Y歸入重稀土主要是由于其離子半徑、化學性質與重稀土相似，在自然界中多數與重稀土密切共生。 （2）三分法。根據稀土物理化學性質的相似性和差異性，除鈧之外（有人將鈧劃歸稀散元素），將其劃分成三組[1]，即將鑭、鈰、鐠、釹稱為輕稀土，將钷、釤、銪、釓、鋱、鏑稱為中稀土，將鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土。三分法中，輕稀土為La～Nd，中稀土為Pm～Dy，重稀土為Ho～Lu + Y。 實際上*先被發現的稀土元素是釔，Arrhenius在瑞典小鎮附近的一個采石場里發現了一種黑色的礦石（該礦石含有鈹和釔，因此稱為鈹釔礦石），從此揭開了稀土研究的歷史序幕。1794年，**個從礦石中分離出來的單一物質是以不純的氧化物形式存在的釔，其與鑭系元素的性質特別相近，在當時被認為是一種新發現的元素。后來的研究發現它是含有六種稀土元素的化合物或混合物，而且所發現的元素是這個系列元素的成員組合，而不是單一元素。這一發現激發了稀土科學家實現分離這些元素的強烈愿望。在隨后的若干年研究中，人們探索了諸多分離鑒定稀土的方法和技術，其中*有代表性的是1859年Bansen利用攝譜儀測定了有關元素的性質，奠定了分離稀土的基礎，帶動了分離稀土的技術進步。1912年，Moseley展開了相對原子質量和X射線譜之間關系的實驗研究，這一開創性的工作確定了稀土元素的個數，同時為原子結構理論奠定了基礎，*終確定了鑭以及除鑭以外的14個元素。這一系列研究是極為重要的成果，每個元素的發現都是稀土研究的里程碑[2]。 1.2 稀土命名及用途 從1794年人類發現**個稀土元素釔，至今已有200余年了。但17個稀土元素并不是一下子就被全部發現的，到1947年找到*后一個稀土元素钷，整整經歷了153年的艱苦歷程。在這極其漫長的進程里充滿了歷史性的誤會，也傾注了世界范圍內諸多科學家的心血，這里有成功者，當然也有失敗者，這些人都值得我們尊重，同時值得我們紀念和欽佩。在眾多化學元素命名的歷史中有許多有趣的故事，這些故事帶給人們很多歡樂，這也許就是科學對世界的有益貢獻之一吧。對于稀土元素來說更是如此。下面根據資料簡單介紹稀土的命名及用途。 1. 鑭 鑭是1839～1842年Mosander從鈰硅石中分離出來的，當時他認為分離出了兩個新的元素，并把其中一個命名為鑭（lanthanum，源自希臘詞lauthano，意思是我被藏起來）。從此，鑭便開始出現在歷史舞臺上，并且在材料和其他領域發揮了巨大的作用。 鑭的應用非常廣泛，在壓電材料、電熱材料、熱電材料、磁阻材料、發光材料、儲氫材料、光學玻璃、激光材料、各種有色和黑色金屬合金材料等領域都有鑭的身影。有機化工產品的催化劑和光轉換農用薄膜等也時常用到鑭，國外科學家基于鑭對作物的突出作用而賦予其“超級鈣”的美譽。 2. 鈰 鈰（cerium）是1803年由瑞典化學家Berzelius和瑞典礦物學家Hisinger發現的，同年德國化學家Klaproth也獨立地發現了鈰。為紀念1801年發現的小行星谷神（Ceres），將鈰元素命名為cerium。 鈰的應用領域也非常廣泛，幾乎所有的稀土應用領域都有鈰的身影。鈰的主要應用如下：①鈰作為玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現已在商業上被大量應用于汽車玻璃，它不僅能防紫外線，而且可降低車內溫度、節約空調用電。從1990年起，日本的汽車玻璃幾乎全部加入氧化鈰，1996年全世界汽車玻璃至少消費2000t氧化鈰，僅美國汽車玻璃就需要1000多t氧化鈰。②在汽車尾氣凈化催化劑中應用鈰，可有效地防止大量的汽車廢氣排放到空氣中。美國在這方面的消費量占世界稀土消費總量的1/3還多。③硫化鈰可以取代鉛、鎘等對塑料、涂料、油墨和紙張進行著色。④Ce:LiSAF激光系統通過監測色氨酸濃度來探查生物武器。鈰在拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽油催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬合金等領域均有廣泛的應用。 3. 鐠 1841年，瑞典化學家Mosander從含鑭的礦物中分離出一個極為稀有的元素，稱為didymium土。1874年，瑞典地質學家Cleve證實了didymium土實際上是兩種元素的混合物。自發現鑭、鉺和鋱以后，Mosander又從含鑭礦石中發現了一個“新的元素”（實際上這不是單一元素，而是兩個新元素的氧化物）。Mosander發現這種“元素”的性質與鑭非常相似，便將其定名為鐠釹（didymium，源自希臘詞didymos，意思是孿生）。這時各國化學家特別注意從已發現的稀土元素中分離新的元素。在發現釤和釓的同一時期里，1885年，奧地利化學家Welsbach成功地從didymium土中分離出兩個元素：一個命名為釹（neodidymium，希臘詞的意思是新的一個，后來簡化為neodymium），元素符號定為Nd；另一個命名為鐠（praseodidymium，源自希臘詞prason，意思是韭蔥綠，后來簡化為praseodymium），元素符號定為Pr。鐠和釹兩個元素的金屬鹽及其顏色有很大的差別。從此這對“雙生子”就被徹底分開了，鐠也有了獨立施展才華的廣闊空間。 鐠在石油化工方面可用作催化劑。鐠作為用量較大的稀土元素，很大一部分以混合稀土的形式被利用，如用作金屬材料的凈化變質劑、催化劑及農用等。例如，以鐠釹富集物的形式加入Y型沸石分子篩中制備石油裂化催化劑，可提高催化劑的活性、選擇性和穩定性。 稀土永磁材料是當今*熱門的稀土應用領域。鐠也可單獨用作永磁材料，雖然其性能并不突出，但是它可以起到改善磁性能的良好協同作用。無論是**代稀土永磁材料Sm-Co合金，還是第三代稀土永磁材料Nd-Fe-B合金，加入適量的鐠就能夠有效地改善稀土永磁材料的性能。例如，在SmCo5中加入部分Pr取代Sm可以提高稀土永磁材料的磁能積，兩者的比例一般為80%Sm-20%Pr，鐠加入量過多反而會降低稀土永磁材料的矯頑力和穩定性。在第三代稀土永磁材料Nd-Fe-B合金中，添加鐠可以提高稀土永磁材料的矯頑力，德國、日本等國在生產高矯頑力Nd-Fe-B合金時均加入5%～10%的鐠，能夠取代1/3的釹。稀土永磁材料對鐠的純度要求較高，至少應該達到釹的純度。 鐠還可用于研磨和拋光材料，現已取代拋光效率低且污染生產環境的氧化鐵紅粉。鐠還可用作新型磨削材料，制成含鐠剛玉砂輪。 鐠在光纖領域的用途也越來越廣，已開發出在1300～1360nm譜區的摻鐠光纖放大器。鐠應用于建筑陶瓷顏料，使顏料呈淡黃色，色調純正、淡雅。 4. 釹 釹（neodymium）的元素符號為Nd。釹伴隨著鐠的發現而生，釹與鐠的成功分離并獲得純的釹明顯活躍了稀土領域的研究與發展。釹在稀土領域扮演著非常重要的角色，尤其在磁性材料領域起著巨大的作用。釹在很大程度上左右著稀土的市場，這一點得到了工業界和科學界的共識。 釹憑借其在稀土應用領域的獨*地位，多年來成為國內外市場關注的熱點。釹的*大用途是制作Nd-Fe-B合金。Nd-Fe-B合金的問世為稀土高科技領域注入了新的生機與活力。Nd-Fe-B合金的磁能積大，被譽為當代“永磁之王”，并以其優異的性能廣泛用于電子、機械、動力能源等行業。在鎂或鋁合金中添加1.5%～2.5%的釹，可提高合金的高溫性能、氣密性和耐蝕性能，廣泛用作航空航天材料。在釔鋁石榴石晶體中摻雜釹會產生短波激光束，在工業上廣泛用于厚度在10mm以下薄型材料的焊接和切削。在醫療上，摻釹釔鋁石榴石激光器代替手術刀用于摘除手術或消毒創傷傷口。隨著科學技術的發展，以及稀土科技領域的拓展和延伸，釹還會有更廣闊的利用空間。 5. 钷 钷是稀土中唯一的人造放射性元素。1947年，Marinsky、Glendenin和Coryell從原子能反應堆廢燃料中成功地分離出61號元素，命名為钷（promethium）。钷的用途如下：①钷可用作同位素熱源，為真空探測和人造衛星提供輔助能量。②147Pm放出能量低的β射線，用于制造钷電池，作為導彈制導儀器及鐘表、便攜式X射線儀、航標燈等的電源，體積小、能連續使用數年之久。③钷摻入硫化鋅中可以制作夜光粉。④钷作為射線源用在測厚儀中。⑤電子捕獲鑒定器、靜電消除器等器件中用钷作為電離源。 6. 釤 1879年，俄國的采礦官員Samarsky從鈮釔礦（samarskite）的礦石中發現了釤，并據此將其命名為釤（samarium），元素符號為Sm。同年，Boisbaudran也獨立地從鈮釔礦的didymium土中分離得到了釤。 釤呈淺黃色，是制備Sm-Co永磁體的主要原料。Sm-Co永磁體是*早得到工業應用的稀土永磁體。這種永磁體有SmCo5系和Sm2Co17系兩類。20世紀70年代前期發明了SmCo5系，后來又發明了Sm2Co17系，目前以后者的需求為主。Sm-Co永磁體用釤的純度一般在95%左右。釤是變價元素，直接電解很難得到釤，一般用鑭等稀土還原獲得釤。
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