稀土具有很高的化學(xué)活性、低電位和特殊電子層排布，幾乎能與所有的元素作用。鋁及鋁合金中常用的稀土有La(鑭)、Ce(鈰)、Y(釔)和Sc(鈧)，常以變質(zhì)劑、生核劑和脫氣劑加入鋁液中，起到凈化熔體、改善組織、細(xì)化晶粒等作用。

01稀土的凈化作用

由于在熔鑄鋁合金時(shí)，會(huì)帶入大量氣體和氧化夾雜(主要是氫、氧和氮)，使鑄件產(chǎn)生針孔、裂紋和夾雜等缺陷，降低鋁合金的強(qiáng)度。稀土的凈化作用主要表現(xiàn)為明顯減少鋁液中的氫含量，降低針孔率和孔隙度，減少夾雜物和有害元素等。主要是因?yàn)橄⊥僚c氫有較大的親和力，能大量吸附和溶解氫，并形成穩(wěn)定的化合物，不會(huì)聚集成氣泡，使鋁的含氫量和孔隙率明顯降低；稀土與氮生成難熔化合物，在熔煉過(guò)程中大部分以渣的形式排除，從而達(dá)到凈化鋁液的目的。

實(shí)踐證明，稀土具有降低鋁及鋁合金中氫、氧和硫含量的效果，在鋁液中加入0.1%～0.3%的RE，有助于更好地清除有害雜質(zhì)、細(xì)化雜質(zhì)或改變其形貌，使之晶粒細(xì)化并分布均勻；另外，RE與低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)形成RES、REAs、REPb等二元化合物，而這些化合物具有熔點(diǎn)高、密度小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以上浮成渣、撈除，從而凈化鋁液；遺留的微細(xì)質(zhì)點(diǎn)成為鋁的異質(zhì)晶核從而細(xì)化晶粒。

02稀土的變質(zhì)作用

稀土變質(zhì)作用主要表現(xiàn)在細(xì)化晶粒和枝晶，抑制粗片狀T2相出現(xiàn)，消除原晶內(nèi)分布的粗大塊狀相并形成球狀相，使晶界處條狀及碎塊狀化合物明顯減少。通常情況下，稀土原子半徑大于鋁原子半徑，性質(zhì)比較活潑，熔于鋁液中極易填補(bǔ)合金相的表面缺陷，使得新舊兩相界面上的表面張力降低，提高了晶核的生長(zhǎng)速度；同時(shí)還能在晶粒與熔融液之間形成表面活性膜，阻止生成的晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化合金組織。

加入稀土元素后α(Al)相晶粒開始變小，起到了一定的細(xì)化晶粒作用，原本粗大樹枝狀的α(Al)相變成了較小的玫瑰狀或者桿狀，當(dāng)稀土含量為0．3%時(shí)α(Al) 相的晶粒最小，隨著稀土量進(jìn)一步增加晶粒又逐漸變大。實(shí)驗(yàn)證明稀土變質(zhì)作用存在一定潛伏期，只有在高溫下保持一定的時(shí)間，稀土才會(huì)發(fā)揮最大的變質(zhì)作用。此外，鋁與稀土形成的化合物在金屬結(jié)晶時(shí)晶核數(shù)大量增加也使得合金組織得到細(xì)化。研究證明稀土對(duì)鋁合金具有良好的變質(zhì)效果。

03稀土的微合金化作用

稀土主要以3種形式存在于鋁及鋁合金中：固溶在基體α(Al)中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固溶在化合物中或以化合物形式存在。稀土在鋁合金中的強(qiáng)化作用主要包括細(xì)晶強(qiáng)化、有限固溶強(qiáng)化和稀土化合物的第二相強(qiáng)化等。

稀土在鋁及鋁合金中的存在形式與其加入量有很大關(guān)系，一般當(dāng)RE含量小于0.1%時(shí)，RE的作用主要以細(xì)晶強(qiáng)化和有限固溶強(qiáng)化為主；當(dāng)RE含量為0.25%～0.30%時(shí)，RE與Al等形成大量球狀或短棒狀的金屬間化合物，分布在晶粒內(nèi)或晶界中，并出現(xiàn)大量位錯(cuò)及細(xì)晶粒球化組織和彌散稀土化合物，會(huì)產(chǎn)生第二相強(qiáng)化等微合金化效果。