研究了三种（zhǒng）不同的壳型材料与合金中的强活性金属Nd的化学反（fǎn）应情况。结果表明，壳型中的矿化剂最容易与活性金属Nd反应（yīng），氧化钇作为壳型材料具有很好（hǎo）的化学（xué）稳定性。

　　在熔模铸造（zào）过程中，壳型作为（wéi）一个“容器”充（chōng）满了熔融金（jīn）属，尤其在（zài）定向（xiàng）和单晶工艺中，合金保（bǎo）持（chí）液态的时间长达60min，壳型材料各组份很容易（yì）与合金液发生化学反应，为了较好地体现壳型材料与合（hé）金发生反应的情况（kuàng），本试验选用含强活性金属元素Nd较多的某合金作为研究对象，研究了各种壳（ké）型材料与这（zhè）种熔融合金的反应（yīng）情况，为选用合适的壳型材（cái）料提供依（yī）据。

　　试验方法

　　试（shì）验用合金的主要成分为：Nd 24%～28%， B 0.7%～1.2%， Al<0.05%， Si<0.1% ，Fe 余量。

　　试验采用三种制成坩埚状的壳型，壳型材料和分组情况见表1。

　　表1　试验用的壳型

　　把10kg合金放入这三种壳型内熔炼，在ZG-0.025型真空感应炉内升温至1550℃保温20min，炉内压力20Pa，自然冷却，取样后用能谱仪分析合金中Al，Si和Y等各元素的含量。

　　试验结果及讨论

　　用三种壳型熔（róng）炼合金部分元素的分（fèn）析结果（guǒ）见表2。

　　表2　合金与三种壳型反应后的（de）分析结果（wt%）

　　从表2可以看出，与原合金成分相（xiàng）比，用三种壳型熔炼后的（de）合金成分有所变化，说（shuō）明在高温下三（sān）种壳型都与熔融合金发生过一定（dìng）的化（huà）学反应，其中壳型A的反应最为严重，致使合金中Al含（hán）量提高了约7倍。壳型A的组分中最重要的特点是含有经过锻烧的高岭土作（zuò）为矿化剂。高岭土的主要成（chéng）分是SiO2与（yǔ）Al2O3，从微观结（jié）构看，具（jù）有层状结构，一层硅氧四面体和（hé）一层铝氧八面体互相重叠，层间以氧键连接且距离较大，高温下与合金（jīn）液接触时，合金中的活性金（jīn）属元素Nd大量进（jìn）入层间结构，与其中的Al2O3发生置换反应（yīng），置换出的Al进入合金中，反应式（shì）如下：

　　2Nd＋Al2O3 Nd2O3＋2Al

　　从分析结果看，壳型B也有一定程度的反应，该壳型与壳型A不同处是不含矿化剂，只含电熔刚玉，电熔（róng）刚玉的主要成分是Al2O3，熔（róng）化后再结晶（jīng）的Al2O3以铅氧八面（miàn）体的铺展形成晶体，键（jiàn）结构稳定，要（yào）破坏这种（zhǒng）结构需要很高的能量，当电熔刚玉与合金接触时，Nd原子不容易深入Al2O3的晶格中把Al置换出来，但仍有部分处于晶体边缘（yuán）的Al参加了（le）反应，只是量很少，对比结果A和B，少量的矿化剂（约4wt%）被置换出来的Al与电熔刚玉（约（yuē）95wt%）中被置（zhì）换出的Al几乎相等。这说明，当壳型材（cái）料与（yǔ）合金发生化（huà）学反应时，矿化剂的活性比电熔刚玉（yù）的活性大得多。

　　从分析结果看，采用壳型C熔炼的熔炼合金中钇的含量仅为 0.0084%，这说明与合金反应（yīng）的Y2O3的量很少，其反应式为：2Nd+Y2O3→Nd2O3+Y2。由于Y2O3是结构坚强的离子（zǐ）键化合（hé）物，键结构非常稳定，从原子结构看，Nd与Y的原子（zǐ）半径和三价离子半径相差不多，因此化学性质（zhì）极为（wéi）相近，所以（yǐ）Nd不容易置换Y。仅有（yǒu）少部分Y2O3参加了化学反应，这也说明氧化钇壳（ké）型具有很好（hǎo）的化学（xué）稳定性。

　　对于矿化剂中的SiO2和粘结剂SiO2，则有如下（xià）反应：SiO2+ Nd2O3Nd2O3。SiO2，Nd2O3由原材料带入或在熔炼过程中产生，Nd2O3。SiO2熔（róng）入合金液中，由于生产条件的控制，Nd2O3的带入量是有限（xiàn）的，从反应结果看三种情况的Si含量变化不大。

　　结论

　　在本试验条件下，三种壳型中，含（hán）有高岭土的壳型与熔融合金（jīn）中的活性金属元素发生严重化学反应，而氧化钇壳型的化学稳（wěn）定性最好。