中国粉体网讯 镁元素化学性质活泼，易与O2和H2O反应形成MgO，使得镁合金中含有氧化夹杂物，降低了镁合金的质量和使用性能。氧化夹杂物一般存在于镁合金铸件的基体或晶界上，导致合金产生疲劳裂纹，且降低了力学性能和耐腐蚀性能等。稀土元素的添加，不仅可以减少夹杂物的数量，还能细化晶粒，提高合金的性能，当稀土元素Ce添加到AM50镁合金中，Ce起到净化合金的作用，减少了如Fe、Ni等杂质。Y的添加能够减小挤压Mg-Zn-Zr合金的晶粒尺寸，晶粒尺寸从不含Y的14.2μm减小到3％(质量分数)的3.2μm，降幅高达77％。
1.稀土元素对Mg合金力学性能的影响
1.1 Mg-Al-RE系
Mg-Al系镁合金是目前牌号最丰富，应用最广的镁合金系列，添加到Mg-Al系镁合金的稀土元素主要有Ce、Y、Nd等。不含稀土的Mg-Al基合金主要有α-Mg枝晶和分布于枝晶间的金属间化合物β-Mg17Al12相；而当Mg-3％Al基合金添加稀土元素后，α-Mg枝晶变细，金属间化合物β-Mg17Al12相由Al11RE3和A12RE所替代。
Al11RE3相基本稳定在200℃，当温度继续升高时，Al11RE3相会转变为Al2RE相。这也说明了，Al11RE3的稳定性是有条件的。
添加稀土元素后，不管是在室温还是200℃，合金的强度均增加，延伸率也一直保持较高水平。添加稀土元素后强度提高可能与以下因素有关：首先，大量的金属间化合物Al11RE3的形成，对枝晶边界的强化起到了很大的作用；其次，添加稀土元素细化了枝晶臂，促进强度的提高;最后，添加稀土元素，特别是Y，会通过固溶强化提高Mg基体的强度。
1.2 Mg-Zn-RE系
Mg-Zn系合金广泛应用于变形镁合金，具有较好的可时效强化能力。添加到Mg-Zn系合金的稀土元素种类很多，如Y、Er、Gd、Nd、Ce等。添加稀土元素后，合金的力学性能均得到提高，这是因为稀土元素能够细化晶粒，而且在合金中会形成强化相，提高合金的强度。
在铸态Mg-3.8Zn-2.2Ca合金中添加稀土元素Ce和Gd，加Ce和Gd合金的抗拉强度分别从123.8MPa提高到146.1和130.6MPa，延伸率分别从2.4％提高到3.5％和2.9％。
单纯研究铸态合金添加稀土元素并不能满足合金对强度的需求，越来越多的研究者开始研究变形和添加稀土双重效应对合金性能的影响。对比研究铸态和挤压态Mg-5.0Zn-0.9Y-0.16Zr合金发现，挤压后合金的力学性能得到大幅度改善，抗拉强度，屈服强度和延伸率分别从168，105MPa和1.8％增强到363，317MPa和12％。力学性能的提高归因于合金挤压后晶粒细化的作用。挤压后的Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce合金的力学性能也得到改善，屈服强度从209MPa增强到232MPa，抗拉强度基本保持不变，延伸率从11.5％增大到14。7％。相比铸态M-12Zn-1.5Er合金，挤压态合金的力学性能得到了显著改善。
1.3 Mg-Li-RE系
Mg-Li合金是镁合金中最轻的系列，加入稀土元素后，通过固溶强化和形成细小弥散的金属间化合物来提高Mg-Li合金的力学性能。在Mg-Li合金中添加的稀土元素种类很多，如Y、Ce、Nd等。
在Mg-5Li-3Al-2Zn合金中添加稀土元素，Al2RE或Al3RE相生成，AlLi相减少。随着稀土元素的添加，合金的拉伸强度随着添加量的增多而提高，但当添加量多余1.5％(质量分数)，拉伸强度变弱。延伸率的变化趋势和拉伸强度一样，当添加量为1.5％(质量分数)时，Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE具有最优的拉伸强度和延伸率，分别为206.5MPa和14.4％。
Nd也能提高合金的拉伸强度和延伸率，当Nd含量为2.0％(质量分数)时，Mg-8Li-3Al合金抗拉强度达到峰值185.95MPa，当Nd含量为1.6％(质量分数)时，延伸率达到峰值16.3％。力学性能提高归因于Nd添加减小了α相尺寸和分布于相界的新相Al2Nd束缚了滑移。BinJiang等.研究了Ce和Y对Mg-8Li-2Zn合金性能的影响。研究发现，在Mg-8Li-2Zn合金中添加0.5％(质量分数)的Ce和Y能够提高强度且同等条件下Y的效果比Ce更显著。0.5％(质量分数)的Y添加同时提高了Mg-8Li-2Zn合金的延伸率，而Ce却使延伸率变小。
1.4其他
对于Mg-4Y-4Sm-0.5Zr合金，随着挤压温度的升高，抗拉强度和屈服强度有轻微的减弱;相反，时效后随着挤压温度的升高，抗拉强度和屈服强度增大。当合金在200℃时效16h，在400℃挤压的合金具有最优的力学性能，即抗拉强度达到400MPa，屈服强度超过300MPa，延伸率达到7％。而Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金在14次的循环挤压-压缩过程后，屈服强度、抗拉强度和延伸率的涨幅分别为20％、8.2％和150％。
将稀土元素Ce添加到M-3Sn-2Ca合金中，当Ce的添加量达到1.5％(质量分数)及以上，合金的力学性能有较大的提高。当Ce添加量为2％(质量分数)时，室温下抗拉强度、屈服强度和延伸率的增幅分别为24.4％，28.6％和73.7％，150℃时的增幅分别为22.4％，28.8％和56％。
稀土元素Y也能提高合金的强度，当添加量为1.5％(质量分数)时，合金的力学性能最优，即室温下抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为150，137MPa和3.2％，增幅分别为18.1％，22.3％和68.4％，相应的150℃时的增幅分别为19.8％，24％和54.9％。在ChengWeili的研究中同样发现Ce能提高Mg-5Sn-4Zn的力学性能。
2.结语
我国在稀土新材料的开发与应用上与发达国家相比有很大差距，对变形稀土镁合金的研究还不深入，稀土合金化的作用研究还不足，其作用机理也存在争议。由于稀土元素价格偏高，所以开发低成本的稀土镁合金也是当前研究的重点，例如可以用价格较便宜的Nd替代昂贵的Gd、Dy等。而且稀土元素众多，每种元素对材料的影响还没有研究透彻和清晰。目前稀土元素只是作为辅助元素，其加入的质量分数不高，进一步开发使之成为主要元素，并研究其与镁合金及其他元素之间的合金化机制，从而开发出最佳配比的具有特殊性能的镁合金。稀土元素的添加显著提高了镁合金的强度，但是合金的塑性不高，在汽车、摩托车等应用上的制作工艺复杂，使得稀土镁合金至今的产业化还没实现。
但是我国有丰富的镁和稀土资源，是镁和稀土的储备、生产、出口的第一大国。因此我国在研究开发稀土镁合金方面具有非常大的优势，合理利用稀土资源，开发出性能优异的稀土镁合金，这样不仅能增加镁合金在航空、航天、汽车、通讯等领域的应用，还可以促进其在新型领域的进一步开发和利用。
1.稀土元素对Mg合金力学性能的影响
1.1 Mg-Al-RE系
Mg-Al系镁合金是目前牌号最丰富，应用最广的镁合金系列，添加到Mg-Al系镁合金的稀土元素主要有Ce、Y、Nd等。不含稀土的Mg-Al基合金主要有α-Mg枝晶和分布于枝晶间的金属间化合物β-Mg17Al12相；而当Mg-3％Al基合金添加稀土元素后，α-Mg枝晶变细，金属间化合物β-Mg17Al12相由Al11RE3和A12RE所替代。
Al11RE3相基本稳定在200℃，当温度继续升高时，Al11RE3相会转变为Al2RE相。这也说明了，Al11RE3的稳定性是有条件的。
添加稀土元素后，不管是在室温还是200℃，合金的强度均增加，延伸率也一直保持较高水平。添加稀土元素后强度提高可能与以下因素有关：首先，大量的金属间化合物Al11RE3的形成，对枝晶边界的强化起到了很大的作用；其次，添加稀土元素细化了枝晶臂，促进强度的提高;最后，添加稀土元素，特别是Y，会通过固溶强化提高Mg基体的强度。
1.2 Mg-Zn-RE系
Mg-Zn系合金广泛应用于变形镁合金，具有较好的可时效强化能力。添加到Mg-Zn系合金的稀土元素种类很多，如Y、Er、Gd、Nd、Ce等。添加稀土元素后，合金的力学性能均得到提高，这是因为稀土元素能够细化晶粒，而且在合金中会形成强化相，提高合金的强度。
在铸态Mg-3.8Zn-2.2Ca合金中添加稀土元素Ce和Gd，加Ce和Gd合金的抗拉强度分别从123.8MPa提高到146.1和130.6MPa，延伸率分别从2.4％提高到3.5％和2.9％。
单纯研究铸态合金添加稀土元素并不能满足合金对强度的需求，越来越多的研究者开始研究变形和添加稀土双重效应对合金性能的影响。对比研究铸态和挤压态Mg-5.0Zn-0.9Y-0.16Zr合金发现，挤压后合金的力学性能得到大幅度改善，抗拉强度，屈服强度和延伸率分别从168，105MPa和1.8％增强到363，317MPa和12％。力学性能的提高归因于合金挤压后晶粒细化的作用。挤压后的Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce合金的力学性能也得到改善，屈服强度从209MPa增强到232MPa，抗拉强度基本保持不变，延伸率从11.5％增大到14。7％。相比铸态M-12Zn-1.5Er合金，挤压态合金的力学性能得到了显著改善。
1.3 Mg-Li-RE系
Mg-Li合金是镁合金中最轻的系列，加入稀土元素后，通过固溶强化和形成细小弥散的金属间化合物来提高Mg-Li合金的力学性能。在Mg-Li合金中添加的稀土元素种类很多，如Y、Ce、Nd等。
在Mg-5Li-3Al-2Zn合金中添加稀土元素，Al2RE或Al3RE相生成，AlLi相减少。随着稀土元素的添加，合金的拉伸强度随着添加量的增多而提高，但当添加量多余1.5％(质量分数)，拉伸强度变弱。延伸率的变化趋势和拉伸强度一样，当添加量为1.5％(质量分数)时，Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE具有最优的拉伸强度和延伸率，分别为206.5MPa和14.4％。
Nd也能提高合金的拉伸强度和延伸率，当Nd含量为2.0％(质量分数)时，Mg-8Li-3Al合金抗拉强度达到峰值185.95MPa，当Nd含量为1.6％(质量分数)时，延伸率达到峰值16.3％。力学性能提高归因于Nd添加减小了α相尺寸和分布于相界的新相Al2Nd束缚了滑移。BinJiang等.研究了Ce和Y对Mg-8Li-2Zn合金性能的影响。研究发现，在Mg-8Li-2Zn合金中添加0.5％(质量分数)的Ce和Y能够提高强度且同等条件下Y的效果比Ce更显著。0.5％(质量分数)的Y添加同时提高了Mg-8Li-2Zn合金的延伸率，而Ce却使延伸率变小。
1.4其他
对于Mg-4Y-4Sm-0.5Zr合金，随着挤压温度的升高，抗拉强度和屈服强度有轻微的减弱;相反，时效后随着挤压温度的升高，抗拉强度和屈服强度增大。当合金在200℃时效16h，在400℃挤压的合金具有最优的力学性能，即抗拉强度达到400MPa，屈服强度超过300MPa，延伸率达到7％。而Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金在14次的循环挤压-压缩过程后，屈服强度、抗拉强度和延伸率的涨幅分别为20％、8.2％和150％。
将稀土元素Ce添加到M-3Sn-2Ca合金中，当Ce的添加量达到1.5％(质量分数)及以上，合金的力学性能有较大的提高。当Ce添加量为2％(质量分数)时，室温下抗拉强度、屈服强度和延伸率的增幅分别为24.4％，28.6％和73.7％，150℃时的增幅分别为22.4％，28.8％和56％。
稀土元素Y也能提高合金的强度，当添加量为1.5％(质量分数)时，合金的力学性能最优，即室温下抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为150，137MPa和3.2％，增幅分别为18.1％，22.3％和68.4％，相应的150℃时的增幅分别为19.8％，24％和54.9％。在ChengWeili的研究中同样发现Ce能提高Mg-5Sn-4Zn的力学性能。
2.结语
我国在稀土新材料的开发与应用上与发达国家相比有很大差距，对变形稀土镁合金的研究还不深入，稀土合金化的作用研究还不足，其作用机理也存在争议。由于稀土元素价格偏高，所以开发低成本的稀土镁合金也是当前研究的重点，例如可以用价格较便宜的Nd替代昂贵的Gd、Dy等。而且稀土元素众多，每种元素对材料的影响还没有研究透彻和清晰。目前稀土元素只是作为辅助元素，其加入的质量分数不高，进一步开发使之成为主要元素，并研究其与镁合金及其他元素之间的合金化机制，从而开发出最佳配比的具有特殊性能的镁合金。稀土元素的添加显著提高了镁合金的强度，但是合金的塑性不高，在汽车、摩托车等应用上的制作工艺复杂，使得稀土镁合金至今的产业化还没实现。
但是我国有丰富的镁和稀土资源，是镁和稀土的储备、生产、出口的第一大国。因此我国在研究开发稀土镁合金方面具有非常大的优势，合理利用稀土资源，开发出性能优异的稀土镁合金，这样不仅能增加镁合金在航空、航天、汽车、通讯等领域的应用，还可以促进其在新型领域的进一步开发和利用。
