我铝铒中间合金：稀土强化的“精炼之钥”
前言：为何需要铝铒中间合金？
在先进铝合金的制备中，铒作为一种重要的稀土微合金化元素，能够显著细化晶粒、提高强度、增强耐热性和耐腐蚀性。然而，纯铒金属熔点高（1529°C）、化学活性强、密度与铝差异大，若直接加入铝熔体中，极易产生烧损、偏析和夹杂等问题。
铝铒中间合金正是解决这一难题的“精炼之钥”——它将铒预先以稳定形态“锁”在铝基体中，使后续合金化过程变得可控、均匀且高效。
一、核心制备工艺详解 1.原料准备与配比设计
铝原料：使用 ≥99.7% 的工业纯铝锭或铝粒
铒原料：采用 ≥99% 的金属铒（通常为铒屑、铒粒或铒块）
配比设计：
常见铒含量：4-10 wt.%（可根据需求定制）
计算依据：根据目标中间合金成分及烧损率（通常铒烧损率按2-5%预留）
公式：
���=���−��×���(1−烧损率)mEr=(1−烧损率)mAl−Er×wEr
其中 ���mEr 为铒投料量，���−��mAl−Er 为中间合金目标质量，���wEr 为目标铒含量。
常见铒含量：4-10 wt.%（可根据需求定制）
计算依据：根据目标中间合金成分及烧损率（通常铒烧损率按2-5%预留）
公式：
���=���−��×���(1−烧损率)mEr=(1−烧损率)mAl−Er×wEr
其中 ���mEr 为铒投料量，���−��mAl−Er 为中间合金目标质量，���wEr 为目标铒含量。
熔炼炉：中频感应炉或电阻炉（推荐感应炉，电磁搅拌促进均匀）
坩埚：高纯石墨坩埚或刚玉坩埚（避免铁质污染）
保护气氛：氩气或真空（防止铒氧化）
温度控制：
先熔化铝：720-780°C（全熔后保温除气）
加入铒时：升温至 850-950°C（确保铒充分溶解）
精炼温度：900-1000°C（促进扩散均匀化）
先熔化铝：720-780°C（全熔后保温除气）
加入铒时：升温至 850-950°C（确保铒充分溶解）
精炼温度：900-1000°C（促进扩散均匀化）
石墨坩埚预热至300°C以上
加入铝料，升温至720°C以上完全熔化
加入精炼剂（如六氯乙烷）除气、除渣，静置10-15分钟
扒渣，获得洁净铝液
关键技巧：
铒金属需预热至200-300°C（去除水分、减少热冲击）
分批加入：每批加入后充分搅拌，待完全溶解后再加下一批
电磁辅助：感应炉的电磁搅拌可加速铒的分散与溶解
温度控制：逐步升温至900°C以上，确保铒充分熔入
铒金属需预热至200-300°C（去除水分、减少热冲击）
分批加入：每批加入后充分搅拌，待完全溶解后再加下一批
电磁辅助：感应炉的电磁搅拌可加速铒的分散与溶解
在900-1000°C保温30-60分钟
间歇式机械搅拌（每10分钟搅拌2-3分钟）
目的：使铒原子充分扩散，避免成分偏析
加入覆盖剂（KCl+NaCl混合盐）防止氧化
可采用氩气旋转喷吹进一步除气
取样进行快速成分分析（如光谱仪），必要时微调成分
浇铸温度：750-850°C（略高于铝液常规浇铸温度）
模具预热：金属模预热至150-200°C，防止激冷开裂
产品形态：
铸锭：便于储存和运输
铸棒：适合直接投入铝合金熔炉
破碎颗粒：溶解速度最快，适合精确添加
铸锭：便于储存和运输
铸棒：适合直接投入铝合金熔炉
破碎颗粒：溶解速度最快，适合精确添加
足够高温：确保铒充分溶解（需超过铝‑铒共晶温度）
避免过高：>1000°C 会加剧铒烧损和坩埚侵蚀
推荐梯度：720°C（熔铝）→ 900-950°C（加铒保温）→ 800°C（浇铸）
2.氧化的防控体系
气氛保护：全程氩气覆盖（流量5-10 L/min）
熔剂覆盖：KCl-NaCl熔盐层厚度≥3 cm
操作规范：加料、搅拌动作轻柔，减少熔体扰动
快速浇铸：精炼后尽快浇铸，减少高温停留时间
机械搅拌：石墨棒每10-15分钟搅拌一次
电磁搅拌：感应炉自带优势，促进对流
扩散保温：高温保温时间充足（每增加1%铒，保温延长5-10分钟）
快速冷却：浇铸后适当提高冷却速度，减少偏析
问题现象
可能原因
解决方案
铒收得率低（<95%）
氧化烧损严重、温度过高
加强气氛保护、优化加入温度
成分不均匀（偏析）
扩散不充分、冷却过慢
延长保温时间、加强搅拌、提高冷却速度
中间合金脆性大
杂质含量高、冷却应力大
原料提纯、优化浇铸温度、退火处理
铸锭开裂
模具预热不足、冷却过快
模具预热至200°C、调整冷却方式
展开全文
三、质量检测与标准 1.成分检测
铒含量：ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）或 XRF（X射线荧光光谱）
杂质控制：Fe≤ 0.20%，Si ≤ 0.15%，其他稀土杂质总量 ≤ 0.05%
均匀性检验：在同一铸锭上、中、下部位取样分析，成分偏差应 ≤ ±0.3%
金相观察：检查 Al₃Er 相分布均匀性（应为细小、弥散分布）
扫描电镜：观察相界面结合情况，无氧化夹杂
** XRD 物相分析**：确认主相为 Al 和 Al₃Er，无其他杂相
熔点测定：DSC 测定实际熔化温度范围
溶解速度测试：在标准铝熔体中测试完全溶解时间
应用验证：制备典型铝合金（如 Al-Er-Zr 系），检验晶粒细化效果
添加时机：铝完全熔化、精炼除气后，在720-750°C加入
推荐形态：铸棒或破碎颗粒（溶解快、收得率高）
添加量计算：
�中间合金=�铝液×�目标铒含量�中间合金铒含量m中间合金=w中间合金铒含量m铝液×w目标铒含量
溶解时间：充分搅拌后保温10-20分钟
收得率高：铒收得率可达96-98%（直接加纯铒仅85-90%）
成分均匀：避免局部富铒导致的脆性相
工艺友好：降低熔炼温度，节约能耗
品质稳定：批次间成分波动小（±0.2%以内）
铝铒中间合金的制备，本质上是一场对温度、时间和化学环境的精细调控。通过预合金化这一巧妙的工艺路径，它将活泼难控的稀土铒转化为稳定、易用的合金形态，成为高性能铝合金开发中不可或缺的“标准化添加剂”。
随着航空航天、新能源汽车等领域对轻量化、高强度铝材需求的增长，铝铒中间合金的标准化、高品质制备技术，正成为材料产业链上的关键一环。掌握其核心工艺要点，不仅意味着更高效的生产，更代表着对材料微观组织的精准掌控。
本文由蒂姆（北京）新材料科技有限公司技术部提供，基于实际研发与生产经验总结。具体工艺参数需根据设备条件与原料特性进行调整优化。欢迎行业同仁交流探讨，共同推进稀土铝合金技术的发展。
返回搜狐，查看更多
