我国拥有比较丰富的稀土资源，不仅储量位居世界第一，而且品种齐全。鉴于如此得天独厚的资源以及稀土元素及其化合物具有不少独特的光学、磁学和电学性能，稀土元素在金属材料、陶瓷材料等多个领域中都有广泛的应用，特别是在非晶合金方面的应用越来越被人们重视。根据现有的研究状况，在非晶合金体系中添加适当的稀土元素有助于提高非晶形成能力、增强软磁性能、改善表面光洁度，从而降低生产成本，为工业生产提供一定的理论依据，因此近年来如何优化资源优势为工业优势，使稀土元素在非晶合金中发挥更大的作用成为目前研究的热点。
稀土元素的物理特性与化学特性
由于稀土元素的电价高、半径大、极化力强，化学活性很强，能形成氧化物、硫化物、氯化物、氟化物、氢氧化物、碳酸盐等多种化合物，在较低的温度下能与氢、氮、磷、碳及其它元素反应，生成各种化合物。因此相对于一般金属及合金，稀土元素具有一些独特的作用，具体表现在以下几个方面。
(1)净化作用:稀土元素十分活泼，且有晶面吸附性，因此常与金属中的杂质元素如P、S、O等相互作用，生成稳定的化合物分布在晶界上，从而降低固溶体中的杂质含量，改善金属的力学性能和物理性能。
(2)强化作用:稀土元素在固溶度小的Fe、 Ni、Co等金属中有微合金化作用，且能在晶界处产生偏聚抑制晶粒的长大，强化晶界，从而提高了金属及合金的变形抗力和断裂抗力。另外，稀土元素能细化合金组织，提高高温断裂抗力。
(3)变质作用:稀土元素能使合金组织细化，尤其能使二次枝晶间距显著减小。
(4)提高非晶形成能力:稀土元素能增加组元的原子尺寸比、增大固液界面能、增强长程范围内原子的重排困难度，从而增大结晶阻力、抑制晶体的生长。
(5)改善高温抗腐蚀及抗氧化性能:稀土元素能改善氧化膜的结构，提高氧化膜与基体的粘附性，不易剥落，保护性好，可明显提高抗氧化性。
(6)表面改性作用:能加快工件表面处理的渗透速度，增加渗透厚度，同时降低共渗透温度，节约能源，以提高表面渗层的抗磨、抗腐蚀性能。
稀土元素在铁基非晶合金中的应用
Fe基非晶合金具有高饱和磁感应强度、低铁损等特点，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、逆变器铁芯等方面，但因其非晶形成能力较差，限制了在工程结构上的潜在应用。研究开发具有较高GFA和高热稳定性的Fe基非晶合金就显得尤为重要。
稀土元素作为典型的金属元素，其金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属。有研究认为，稀土元素在Fe基合金体系中可以起到净化溶液和提高非晶形成能力的作用。在铁基非晶形成过程中少量的稀土可以作为氧吸附剂加入，净化熔体、抑制异质形核、使过冷液体更加稳定，从而提高其玻璃形成能力。作为稀土元素之首的镧是稀土元素中最活泼的一员，通常以混合稀土金属或中间合金的形态加人到金属合金中，可以起到净化和变质剂的作用，能够去除金属合金中的氧、硫、磷等非金属杂质和铅、锡等低熔点金属杂质。
稀土元素镝对铁基非晶合金的相关性能也有一定影响。将适量的镝加人FeCoNiBSiNb非晶合金中能增强过冷液的稳定性，抑制初晶相的析出和熔化。
稀土元素钇加人到非晶合金中能优先与合金中的氧和杂质反应，具有提纯净化合金的作用。
相对于其它稀土元素，稀土钕的加入使非晶合金的性能得到更好改善，有助于提高非晶合金的玻璃形成能力。
其它稀土元素如鈰Ce等对Fe基非晶合金的性能也有一定程度的影响。
稀土元素在锆基非晶合金中的应用
锆基非晶合金具有高的抗拉强度、弹性能、冲击断裂性能、耐腐蚀性能和电催化活性，以及良好的延展性和优异的固有低频振动阻尼性能，当添加铁后，其又具有良好的磁性能。如何能最大程度地抑制非晶形核，减小或消除氧的有害作用仍然是锆基非晶合金研究的难题。
在锆基块体非晶合金ZrTiCuFeCoNiBe中加入适量的稀土元素，能加剧组元间大原子与小原子之间的相互作用，增大非晶合金的平均原子间距，改变其进程有序区和原子排列，提高合金系中原子的局部排布密度，使原子之间的长程扩散变得困难，故有利于块体非晶合金的形成与稳定，也发现Gd加人到非晶合金后，不但可以起到脱氧的作用，而且还增强了冷熔体的稳定性，降低了吉布斯自由能差△G，因此随扎含量的增加，锆基非晶合金的玻璃形成能力相应提高。特别是当Gd的加入量为1%时，生成的柱状非晶合金的直径可达16mm,相对于未加入稀土元素的非晶合金，直径增大2mm，但Gd掺杂同时也降低了其断裂强度与塑性变形能力。
另外，稀土钪在锆基非晶合金中的应用也不容忽视。相关研究结果表明，钪的加入可起到脱氧和提高锆基非晶合金玻璃形成能力的作用，显著增大合金的最大非晶形成厚度，使其最大厚度达6. 5mm，对比未加入钪的非晶合金增大了约3mm, GFA提高了将近1倍。
稀土元素在铝基非晶合金中的应用
随着航空航天、运输工具等向轻型化方向迅速发展，人们开始转向研究高强低密材料，具有高比强度的铝基非晶合金一直是材料界研究的热点。然而，铝基非晶合金的非晶形成能力比较弱，尚不能用直接冷却法制备出完全非晶态的样品，而且由于制备的样品热稳定性比较差，一般低于2500C ,故在很大程度上制约了铝基非晶合金在实际工程中的应用。如何改变铝基非晶合金的合金成分以提高其玻璃形成能力和热稳定性是目前研究的关键，而加入适量稀土元素有望成为一条有效的途径。稀土中含量最多的元素铈，不仅可以显正三价，而且也能以正四价稳定存在，尤其是化学活泼性使其在冶金领域中得到了很好的应用。在A1-Fe-Ce非晶合金中由于铈原子的半径比Al, Fe的大得多，使原子间距增加，铈含量增加导致预峰和主峰向小角度偏移，反映在实空间上，Al、Fe、Ce所组成的化学短程序的有序范围增加，因此铈的加入有利于化学键的增强和化合物的形成与稳定。AI-Fe-Ce合金存在强烈的化学键，具备一定的共价材料特征，是合金易于形成非晶的根本原因。相对而言，Ce的加入使AI-Zn-Ce合金存在强烈的化学短程序，从而使合金处于局域平衡状态，有利于形成非晶相，而作为稀土中含量较少的元素铒添加到非晶合金后，如何改变非晶合金的微观机制以提高合金非晶形成能力及热稳定性，目前的相关研究还比较少。
另外，稀土元素在镁基、钴基、铜基以及钛基等其它基非晶合金中对GFA和磁性能等相关性能也有一定的影响。结语
稀土元素因其独特的物理化学性能，在非晶合金中的应用非常广泛。稀土元素如I_a, Y, Ce等加入到非晶合金中可以起到氧吸附作用、净化熔体、抑制异质形核、稳定过冷液体的作用，从而提高合金的非晶形成能力，同时，也能降低矫顽力、提高初始磁导率等软磁性能。加人适量的稀土Dy能提高铁基非晶合金的玻璃形成能力。加人稀土Nd可以提高铁基和镁基非晶合金的GFA，并相应改善非晶合金的软磁性能。而Gd, Sc等不仅可以提高冷熔体的稳定性以及锆基非晶合金的玻璃形成能力，而且还能起脱氧作用，减小或消除非晶合金中起有害作用的氧，以净化熔体。另外，非晶合金中几种稀土元素共同作用往往比某种元素单独替代更能提高非晶合金的相关性能，如Y和Nd共同添加时能使镁基非晶合金的GFA达到最大，而Y和Gd共同添加也能相应改善钴基非晶合金的玻璃形成能力。（文章选自武汉科技大学 陈义明 甘章华 王锦林 编辑中有删减）
