摘要：随着时代的发展和科研技术水平的提高，我们国家在冶金工业方面已经取得了非常好的成绩，高纯稀土低镧钼合金的研发与应用正在逐步开展起来，该合金的制备只要是使用一定量的粉末，通过冶金工艺来制备相应的不同体积分数的稀土氧化镧颗粒掺杂的鉬合金。稀土元素镧在钼合金中的使用能够大大的提高钼的性能，所以为了有效的研究镧在钼合金中的应用形式以及变化形式，将采用一定的办法将固定的形式加入到二氧化镧中，并且制备出掺杂镧钼的合金。本文将首先分析现阶段稀土元素镧的应用情况，然后分析对目前掺杂稀土元素的的钼合金的研究进展，并且继续阐述钼合金的制备工艺以及强韧化的机理研究，最终提出对高纯度的稀土低镧在钼合金中的研究和应用。
关键词：高纯稀土；稀土镧现状；钼合金研究进展；低镧钼合金；研究和应用
一、引言
根据多年的学习和研究，我们了解到钼金属和钼金属合金等都具有非常良好的高温力学性能，以及较好低的热膨胀系数、较高的导电导热系数等，是现阶段应用的非常广泛，并且具有较好应用前景的难熔金属材料之一。钼金属以及钼金属的合金在我们国家的航天和核能事业上都存在着大量得使用，并且在一般生活中的照明设备以及一些电器中使用的电子器件等都有着广泛的应用，在一定的程度上实现了在工业和航天等生产和生活中首选的一项重要的耐高温金属。也正是由于这个原因，现在很多国家都非常看重对于钼金属以及其合金的研发和探究。特别总要的是有些机构和科研院所已经对钼金属中掺杂稀土氧化物的研制成功，并且有效的提高了钼金属的综合性的力学性能。现在国际上对于在钼金属中掺杂稀土氧化物的这种方式提高钼金属性能的方式还没有通过统一的共识。因为这种方式存在着一些问题。比如：钼金属本身所具有的钼基体细长并且互锁，其能够改善钼合金的低脆性。稀土氧化物能够在一定的程度上降低钼金属中的氧、碳以及氮之间的间隙杂质。并且稀土氧化物的加入对于一些位错的钉扎增加了位错运动的阻力，在一定的程度上提高了钼金属合金的强度。
为了更好的提高稀土金属在钼合金中的使用效果，以及稀土氧化物颗粒含量和尺寸变化对钼合金力学性能的影响，在一定的程度上揭示了氧化物掺杂的钼合金上的强效机制。本文将通过对稀土氧化物中镧的使用含量来分别测试钼合金的力学性能，有效的观察和分析了合金中的晶体尺寸以及稀土氧化物镧的含量变化。
二、稀土元素镧在金属合金中的应用
通过研究和调查显示，稀土元素镧元素在整个稀土家族中是一个非常重要的成员，无论是在其地位或者是整个金属中的应用来说，都是稀土金属家族元素只能够的首位。镧元素作为稀土元素具有典型的金属元素的特点，在所有的稀土元素中金属性质最为活泼。所以经常在金属的热还原反映中作为还原剂，并且还能够在一定的程度上制备其他的稀土金属，近期比较多的应用就是通过镧元素的加入来制备相应的金属合金。镧元素依靠自身丰富的特性，能够广泛的被使用在冶金、石油和陶瓷等工业领域。由于镧是稀土金属中最为活泼的金属，所以在一定的条件下去除氧、硫以及磷等非金属元素之后，就非常容易和钼、铅等金属元素进行融合，产生合金。这样所制造出的合金能够有效的提高其力学性能，有的甚至能够提高到上百倍。一方面能够在一定的程度上提高金属的力学性能，另一方面还能够扩大合金市场的应用范围。
三、掺杂稀土元素的的钼合金的研究进展
随着时代的发展和社会的进步，以前的一些关于钼合金的研究和探索已经不能够满足现阶段我们国家的工业以及航天事业的发展需求。在钼合金中掺杂稀土氧化物已经成为了一种必然的趋势，并且取得了良好的成绩。由于稀土氧化物本身具有一定的热力学性能，并且在自然条件下非常的稳定。稀土氧化物还有一定非常特殊的就是，其热点和熔点都和钼金属元素非常的接近。所以，有效的在钼金属中掺杂一定的稀土元素是现阶段我们国家以及世界领域中难熔金属材料领域的重要研究内容。掺杂稀土元素的钼合金能够在一定的程度上耐高温，所以可以作为重要的高温结构材料，并且其合金在功能上也有着广泛的应用，能够成为不少科研人员在未来的稀土强韧研究中的重要内容。现阶段很多国内外的科学家都在研究稀土元素所具有的第二相粒子的强化机制，其中稀土元素氧化物本身具有较大的应力场，并且能够进行细化晶粒，使其能够在结晶形成后再进行衔接，进而在一定的程度上提高晶体的温度。
现阶段我们国家在对钼金属中掺杂稀土元素的钼合金已经进行了深入的研究，并且取得了良好的效果。我国一些科学家通过一些相关的分析技术表明，一些制备出的高纯稀土低镧钼合金中发现，在钼合金中一些元素能够首先在晶体的表面以及稀土的氧化物表面存在，并且其稀土氧化物的粒子能够有效的分布在晶体的外界和内部，在一定的程度上引起界面表面积的增大，并且能够在一定的程度上降低晶体内部的杂志浓度，使钼金属的韧性能够有效的提高。很多研究人员都认为稀土氧化物加入到钼金属中，其改变的不是氧、碳、氮等元素的强度，认识一种第二项韧化的机制，能够有效的对加入稀土元素的钼金属断口的发现，并且在一定的程度上减低的在晶体内部的一些塞积问题，然后有效的提高钼合金的良好韧性。所以现阶段人们对于稀土氧化物中掺杂一些钼金属的韧化机制还存在不一致的意见，还需要在日后进行有效地研究统一。
过去的研究过程表明，很多的稀土掺杂机理在一定的程度上都是有待进行研究的。其材料的生产工艺是不容易被大家忽视的，其工艺方案的好坏能够在一定的程度上有利于稀土钼金属的掺杂机理研究。对钼金属进行稀土元素的掺杂是现阶段钼合金实现的重要途径。现阶段所使用的钼金属掺杂手段主要分为：固体和固体进行掺杂、固体和液体进行掺杂、液体和液体进行掺杂等。
四、高纯稀土低镧钼合金的实验
稀土氧化镧是制备高纯稀土低镧钼合金实验的重要试剂之一，其能够通过现阶段工业中使用比较多的粉末冶金工艺制备的方式，来进行不同体积分数的稀土氧化镧配置。本次实验采用的是液体和固体进行结合的稀土掺杂冶金工艺，基本原理是将经过雾化的硝酸镧溶液有效的掺杂到二氧化钼的固体颗粒当中，并且在密闭的流动的干燥的氢气中对实验样品进行还原。最终会得到钼合金的粉末。该粉末接下来会被冷却然后制成直径为17mm的圆棒。这样能够有效的将钼合金的棒放置在氢气中进行加热，然后在真空感应中进行燃烧，最后要通过一定的方式把其制成钼金属的合金棒。
在这个实验中，需要注意的是应该将所制备的钼合金棒在氢气炉中进行退火制备，主要的操作工艺有以下几点。在退火的过程中，温度应该为1200摄氏度左右。退火的时间应该为一个小时左右。并且在钼合金棒的制作过程中，应该按照我们国家相关的规定标准进行制备，直径保证为5mm，并且钼合金的金属棒长度也有一定的标准，其为25mm的样品。在钼合金的拉伸试验过程中也有一定的说明，其在拉伸机器中进行拉伸的过程中，所采用的温度应该是室温，并且其拉伸的速度也要有所要求。
在钼合金的初步模型制备出来之后，钼合金中稀土氧化镧的大体形貌应该能够透过一定的显微镜来进行观察。钼合金棒的样品制作方式流程如下：应该先从钼合金棒的材料上进行一些切片的实验，用实验中所规定的砂纸进行切片处理，然后将一定比例的氢氧化钠应用到电解操作中进行穿孔。该操作过程所应该处于的温度也应该是室温，且工作的电压应该为15伏特。然后将操作后的样品进行较好的冲洗，其冲洗的试剂应该是甲醇，并且冲洗的次数应该是2次。其冲洗应该是在干燥的环境之下进行的。在冲洗之后应该采用国家规定的电子显微镜进行观察，发现相应的钼合金中晶体粒子的尺寸大小，以及稀土氧化镧自身的尺寸和体系分数的浓度大小参数。
四、稀土钼合金制备方法体系概述
1.钼合金中固体和固体进行掺杂的制备方式
在稀土钼合金进行制备的时候，可以选择固和固体进行掺杂的方式进行制备。主要是在实验中将固态形式的稀土氧化物粉末加入钼金属粉末中进行反应合成，然后采用专用的制备设备机器进行混合，使其最终能够混合均匀，然后再经过压制和烧结等手段最终制得稀土钼合金的初步样品。
2.钼合金中固体和液体进行掺杂的制备方式
在稀土钼合金进行制备的时候，可以选择固体和液体进行掺杂的方式进行制备，在专业的领域又称为调浆法。该方式具有一定的优点，能够在一定的条件下改善固体和固体制备的不均匀的特性。通常采用搪瓷搅拌掺杂锅或喷雾掺杂混合机等，以醋酸盐或硝酸盐的形式将稀土氧化物掺杂二氧化锰的干粉，然后采用专用的制备设备机器进行混合，使其最终能够混合均匀，然后再经过干燥和分解等进行还原，最终压制和烧结等手段最终制得稀土钼合金的初步样品。
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3.钼合金中液体和液体进行掺杂的制备方式
在进行钼合金制备的时候，还可以采用液体和液体进行制备的方式，其主要是通过采用一些特定的制备仪器，比如说蒸发锅、蒸发结晶槽或者是一些干燥塔等设备。这三种制备的设备有些一定的不同之处，主要区别是在存不存在母液的问题。如果在使用喷雾干燥塔进行制备的时候，一定要采用不会留母液的结晶方式来进行制备。而蒸发结晶槽、搪瓷掺杂蒸发锅留不留母液的结晶方法都可以采用。现阶段我们国家比较成熟的制备方法是凝胶法和蒸发结晶法。将溶液中加入可溶性的稀土盐溶液，再经过干燥、还原、压型和烧结等手段，来制得稀土钼合金的样品。
五、稀土掺杂钼合金的应用
1.稀土掺杂钼丝
经过掺杂一定量的钼丝的钼合金在一些电器产品中被广泛的使用。包括电火花加工电极、电光源灯丝及高温炉发热体等。如果能够在稀土钼粉中添加一定量的甘油酒精来改善钼粉的成型性，通过均匀混料、机械压制、烧结、旋锻、探伤加工等手段来制备成不同规格的钼杆，然后通过对不同大小以及形状的材料进行粗拉、细拉、中间退火、轧制、电解抛光等工序加工成所要制造的各种各样的钼丝，都能够被广泛的应用在电气设备当中。
2.稀土掺杂钼顶头
钼顶头也是钼合金的重要应用之一，其主要是由钼钛锆碳合金制成的，能够被广泛使用于生产无缝钢管穿管机芯棒顶头的钼合金，其具有较好的高温抗氧化性能，并且其耐高温的强度高，使用的寿命长，具有良好的抗腐蚀以及不易使玻璃着色等优点。在我国钼顶头，经常采用的就是通过粉末冶金法来生产，并且通过添加适量的稀土元素，可在一定的程度上提高钼顶头的使用寿命。
3.稀土掺杂钼板材
钼制品还可以被使用制造钼板材。其有着比钼丝和钼顶头更加广泛的应用，并且钼制品中钼板材是钼合金深加工的一个重要组成部分，在一些新兴材料范围内收到广泛的欢迎。
四、高纯稀土低镧钼合金的研发的结果
1.高纯稀土低镧钼合金的力学性能以及显微组织
通过对高纯稀土低镧钼合金的试验，对其结果通过相应的电子显微镜进行观察可以发现，实验得到的氧化镧颗粒具有不同的尺寸大小以及形状，并且其形状为棒状，且颗粒比较大，还有一些椭球状的亚微米以及纳米级的细小颗粒。通过对以上的试验结果做对比，得出以下结论。微米级的氧化镧颗粒其体积分数要比细小的氧化镧颗粒的体积分数小很多，并且在高纯稀土低镧钼合金的实验中，稀土氧化物主要是以细小的氧化镧颗粒为主要的元素。
另一方面，通过电子显微镜的使用观察，能够有效的观察到钼合金自身的晶体机构，包括大小和尺寸，以及钼合金棒的横截面积和纵剖面的晶体粒状等。并且我们能够非常清楚的观察到钼金属晶体的晶粒是一种非常小并且非常狭窄的形貌。并且也能够测试出其的屈服强度值，对于高纯稀土低镧钼合金的研究有一定的意义。
2.高纯稀土低镧钼合金的强化机制分析
在高纯稀土低镧钼合金的实验中发现，一些较小的微观组织能够表明掺杂了氧化镧的钼合金在一定的程度上能够具有一些细小并且狭长的晶粒结构，并且能够有效的分布在一些钼合金集体的氧化镧颗粒中。这样典型的钼金属微观组织具有的特征能够对提高氧化镧的屈服度有较好的效果。更重要的是，其还能够对钼金属中的位错密度进行发现，并且该发现能够证明其对与金属的屈服强度所做出的影响较小。所以我们可以认为稀土氧化镧通过掺杂一定的钼合金之后，要想提高其屈服强度，就要做到以下三个方面，第一是纯钼基体变性前的强度以及细小稀土氧化镧颗粒的贡献强度。这些都是一些强度的影响。因此可以通过如下的公式来表示:
式中:分别表示为材料的总屈服强度；表示金属在变形前的强度；弥散颗粒贡献的强度；细化晶粒贡献的强度；斜率；铝合金的晶粒尺寸等。通过对拉伸试验中未发生变形的部分进行微观观察可以发现，看到由轧制过程导致位错堆积在微米级粗大颗粒周围所形成的亚晶界的发生。这些亚晶界的出现相当于进一步细化了晶粒,因此可以认为亚晶界增强了铝合金晶粒细化对屈服强度的贡献。
由于亚微米和纳米级细小晶粒具有一定足够的强度，所以在进行周围的位错的时候不能使其破裂，也不能使其发生变形。所以位错在稀土氧化前会发生弯曲，并且最终绕过颗粒并留下位错环。即位错通过位错强化机制绕过氧化晶体粒。位错发生弯曲并通过颗粒需要附加应力,此附加应力可以通过位错强化模型进行定量计算。
经过多次对高纯稀土低镧钼合金的研究实验和调查中可以发现一些规律。通过科研人员对于实验中没有发生变形的金属合金部分进行调查和研究观察，还可以看到由轧制过程导致位错堆积在微米级粗大颗粒周围所形成的亚晶界。这样的现象表明，这样的试验相当于进行了进一步的细化晶粒试验，在一定的程度上认为亚晶界增强了铝合金晶粒细化对屈服强度的贡献。高纯稀土低镧钼合金的研究实验和调查还表明，亚微米和纳米级细小氧化晶体颗粒具有一定的强度，所以在堆积周围的位错并不能使它产生破裂的情况，但是也不能使其发生变形而切过。位错在稀土氧化钥颗粒前发生弯曲,最终绕过颗粒并留下位错环。位错发生弯曲并通过颗粒需要附加应力。
稀土氧化镧是制备高纯稀土低镧钼合金实验的重要试剂之一，其能够通过现阶段工业中使用比较多的粉末冶金工艺制备的方式，来进行不同体积分数的稀土氧化镧配置。本次实验采用的是液体和固体进行结合的稀土掺杂冶金工艺，基本原理是将经过雾化的硝酸镧溶液有效的掺杂到二氧化钼的固体颗粒当中，并且在密闭的流动的干燥的氢气中对实验样品进行还原。最终会得到钼合金的粉末。该粉末接下来会被冷却然后制成直径为17mm的圆棒。这样能够有效的将钼合金的棒放置在氢气中进行加热，然后在真空感应中进行燃烧，最后要通过一定的方式把其制成钼金属的合金棒。
结论：综上所述，钼合金作为我们国家新时期的一些工业化和航天工业的新材料，在一定的程度上具有重要的战略意义。该新型材料钼合金具有熔点高、强度大并且硬度较高的特点，能够在一定的程度上具有良好的导热性，能够广泛的被使用在冶金、石油以及一些工业化的领域中。但是，现阶段由于我们国家对于钼金属合金的研究和开发存在一定的制约性，所以很多时候还是会出现问题。比如，由于钼金属自身具有塑脆准变的过程中温度较高，并且在使用合金的使用温度要比再次进行合金的时候温度高，所以合金能够明显的比高温强度在的领域脆肉很多。钼金属和钼金属合金等都具有良好的高温力学性能，较好低的热膨胀系数、较高的导电导热系数等，是现阶段应用的非常广泛，并且具有较好应用前景的难熔金属材料之一。钼金属以及钼金属的合金在我们国家的航天和核能事业上都存在着大量得使用，并且在一般生活中的照明设备以及一些电器中使用的电子器件等都有着广泛的应用，在一定的程度上实现了在工业和航天等生产和生活中首选的一项重要的耐高温金属。也正是由于这个原因，现在很多国家都非常看重对于钼金属以及其合金的研发和探究。特别总要的是有些机构和科研院所已经对钼金属中掺杂稀土氧化物的研制成功，并且有效的提高了钼金属的综合性的力学性能。
所以，通过添加适当的稀土元素可以有效的改善钼制品的综合性能。第一，能够降低钼合金韧脆转变温度，综合的改善钼合金强韧化能力。第二，能够有效的提升钼合金的再次结晶的温度，使合金的应用温度上限、高温抗下垂性及高温使用强度显著提高，拓展了钼制品的应用范围；第三，细化了钼合金晶粒尺寸，稀土氧化物颗粒有效阻碍钼颗粒异常长大而获得细小尺寸的晶粒，稀土氧化物分布在晶粒界面处有效抑制了烧结、轧制过程中的晶粒长大，从而制备具有优良性质的钼制品。
通过本文对高纯稀土低镧钼金属的研究表明：第一，稀土氧化悯掺杂铝合金中具有一定的多尺度的氧化性质。经过氧化过的钼金属其具有棒状结构，并且其颗粒粗大，并且具有椭球形或者是圆球形，的亚微米和纳米级细小氧化钢颗粒。该实验得到的细小氧化钢颗粒的体积分数要远远高于那些实验中得到的粗大氧化悯颗粒的体积分数。第二，稀土氧化斓掺杂铝合金的屈服强度主要来源以下三部分:纯铝基体变形前的强度、细小氧化斓颗粒贡献的强度，其主要是通过弥散强化机制进行，以及细小的铝合金晶粒贡献的强度。其主要有变形和添加稀土氧化钥导致铝晶粒的细化。第三，粗大的氧化斓颗粒数量较少，并且其自身对铝合金强度贡献非常小，但是在性能上却非常有助于形成亚晶界，从而进一步细化晶粒,即通过细晶强化机制对钥合金强度有贡献。细小稀土氧化悯颗粒对强度的贡献显著,并高于细小的钥合金晶粒对强度的贡献。相信通过这次对高纯稀土低镧钼合金的实验与研究，能够对未来的高纯稀土低镧钼合金的研发与应用有所帮助。
参考文献：
[1]刘涛,史振琦,白秋平,张航,王岗,赵冠寅. 高镧钼合金稀土相研究[J]. 中国钨业,2015,30(06):63-66.
[2]董帝,王承阳. 钼合金制备工艺的研究进展[J]. 粉末冶金技术,2017,35(04):304-309.
[3]赵虎,杨秦莉,冯鹏发,刘仁智,付静波. 稀土氧化物粒子对钼合金粉末冶金过程及力学性能的影响[J]. 中国钼业,2013,37(04):42-45+52.
佛山市南海区“蓝海人才计划”项目资助
论文作者:诸定昌
论文发表刊物:《科技中国》2017年9期
论文发表时间:2018/2/9
标签：合金论文; 稀土论文; 金属论文; 稀土元素论文; 晶粒论文; 氧化物论文; 颗粒论文; 《科技中国》2017年9期论文;