钪合金的应用

所谓“钪合金”其实就是在铝及其合金中添加微量的钪，形成高性能的铝合金，应该仍属于铝合金的一种。

钪scandium（符号Sc）是典型的稀散亲石元素，已知含钪的矿物多达800多种，但作为钪的独立矿物只有钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿和钛硅酸稀金矿等少数几种，且矿源较小，在自然界中罕见。钪广泛分散于其它矿物，例如铝土矿、钛铁矿、锆铁矿、锆英石、钒钛磁铁矿、钨矿、铀矿和煤等矿物中。目前，全世界的钪储量约200万吨，其中90%-95%赋存于铝土矿、磷块岩及铁钛矿石中，少部分在铀、钍、钨、稀士矿石中。钪主要分布在俄罗斯、塔吉克斯坦、美国、马达加斯加等国家。从组成复杂和钪含量很低的原料中富集、分离和提取高纯钪的过程相当复杂，致使钪的产量不大，目前全世界年生产钪的氧化物尚不到一吨，但钪及其化合物却价格不菲，金属钪的价格为黄金的四倍多。尽管目前钪的高昂价格限制了它的广泛应用，但由于钪本身所具有的优异性能仍使其在电光源、宇航、电子工业、核技术、超导技术等重要领域获得应用。

新型含钪合金材料。钪对铝合金具有非常神奇的合金化作用，在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%-0.4%Sc可使合金的再结晶温度提高150-200℃，且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。

通过添加微量钪有希望在现有铝合金的基础上开发出一系列新一代铝合金材料，如超高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等，在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。据报道，在该方面研究最早、最深入的俄罗斯已经开发出了一系列性能优良的铝合金，并正在走向推广应用和工业化生产。1420合金已广泛用作米格-29、米格-26型飞机，图-204客机及雅克-36垂直起落飞机等的结构件。1421合金还以挤压异形材的形式用于安东诺夫运输机作机身的纵梁。此外，美、日、德和加拿大以及中国、韩国等也相继展开对钪合金的研究。近几年，美国已将钪铝合金用于制造焊丝和体育器械（例如棒球和垒球棒，曲棍球杆，自行车横梁等），钪铝合金制造的棒球棒和垒球棒已在多项世界大赛及夏季奥运会的比赛中得到使用。

由于钪的熔点（1540℃）远比铝的熔点（660℃）高，钪的密度（3.0g/cm3）则与铝的密度（2.7g/cm3）相近，曾考虑用钪代替铝作火箭和宇航器中的某些结构材料。美国在研究宇宙飞船的结构材料时要求在920℃下材料还应具有较高的强度和抗腐蚀稳定性，且比重要小，据认为钪钛合金和钪镁合金是具有熔点高，比重小和强度大等特点的理想材料之一。钪也是铁的优良改化剂，少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。钪也可用作高温钨和铬合金的添加剂。