Vì sao cần thêm các nguyên tố đất hiếm vào gang thép?

Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, thông thường mỗi nguyên tố hoá học chiếm vị trí 1 ô. Nhưng trong bảng tuần hoàn có hai ngoại lệ là nhóm các nguyên tố lantanoit và actinoit, hai nhóm nguyên tố này mỗi nhóm có 15 nguyên tố và các nguyên tố của mỗi nhóm được xếp vào một ô. Nhóm lantanoit là một nhóm 15 nguyên tố bao gồm các nguyên tố: lantan (La); ceri (Ce); praseodim (Pr); neodim (Nd); prometi (Pm); samari (Sm); europi (Eu); gadoleni (Gd); terbi (Tb); dysprosi (Dy); homi (Ho); erbi (Er); tuli (Tm); yterbi (Yb); lutexi (Lu). Nhóm 15 nguyên tố này thường được gọi là nhóm các nguyên tố đất hiếm. Các nguyên tố đất hiếm có đặc điểm là có cấu tạo nguyên tử và tính chất hoá học rất giống nhau nên các nguyên tố này cũng tập hợp trong cùng một loại khoáng vật. Ngoài ra còn có hai nguyên tố scanđi và itri cũng hay cùng các nguyên tố đất hiếm ở trong cùng một loại khoáng vật, nên hai nguyên tố này cho dù ở 2 vị trí riêng biệt trong bảng tuần hoàn, nhưng chúng cũng được xếp vào họ nguyên tố đất hiếm.

Các nguyên tố đất hiếm được phát hiện từ rất sớm (1794) thế nhưng chúng đã ngủ yên trong suốt 150 năm sau đó, vì trong suốt thời gian đó người ta chưa tìm thấy được công dụng của các nguyên tố đất hiếm. Mãi đến thời kỳ đại chiến thế giới thứ hai, khi người ta đưa được nguyên tố đất hiếm vào thành phần gang thép, bấy giờ nguyên tố đất hiếm mới bắt đầu được sử dụng vào các mục đích thực tiễn.

Ngày nay phạm vi sử dụng các nguyên tố đất hiếm ngày càng rộng rãi. Thực sự thì ở đây các nguyên tố đất hiếm đã tìm được chỗ phát huy các mặt tốt, đã cải thiện được nhiều tính năng của gang thép, nên người ta xem nguyên tố đất hiếm như là "sinh tố" cho gang thép.

Khi đưa nguyên tố đất hiếm vào gang xám sẽ làm tăng tính chịu mài mòn, nâng cao độ bền, có tính chịu mỏi tốt, có thể dùng thay thế thép trong chế tạo cơ khí. Loại gang xám để đúc có tính chịu được axit, vốn có nhiều lỗ xốp, nên khi chế tạo có thể cho nhiều phế phẩm. Khi thêm nguyên tố đất hiếm vào gang đúc có thể loại bỏ các lỗ xốp, nên phế phẩm trong khi sản xuất sẽ giảm, tính chịu axit cũng tăng gấp bội. Loại thép cacbon có hàm lượng photpho cao ở nhiệt độ thấp có độ giãn nở lớn; khi thêm nguyên tố đất hiếm thì sự giãn nở ở nhiệt độ thấp sẽ bị loại bỏ, bấy giờ photpho lại tăng cao được cường độ cũng như tính chịu ăn mòn của thép. Thép xây dựng cường độ siêu cao vốn rất khó hàn; khi thêm các nguyên tố đất hiếm, việc hàn thép sẽ thực hiện được dễ hơn. Thép chế tạo viên bi và thép công cụ có độ cứng và cường độ cao nhưng tính dẻo và tính bền thấp; khi thêm nguyên tố đất hiếm có thể nâng cao được hai tính năng nêu trên của thép, thời gian sử dụng được kéo dài. Thép không gỉ ở nhiệt độ cao vốn khó gia công, khi thêm nguyên tố đất hiếm vào thép, không chỉ làm cho việc gia công thép trở nên dễ hơn mà càng làm tăng tính chống oxy hoá của thép ở nhiệt độ cao càng được tăng cường.

Vì sao các nguyên tố đất hiếm lại có tác dụng "thần kỳ" như vậy? Đó là vì các nguyên tố đất hiếm có tác dụng loại bỏ lưu huỳnh, oxy và nitơ cố định trong thép, tác dụng có hại của tạp chất trong thép giảm đi rất nhiều.

Mặt khác, nguyên tố đất hiếm trong thép sẽ làm thay đổi các hình thái tồn tại của các nguyên tố phi kim, các nguyên tố phi kim sẽ ở dạng các hạt cầu nhỏ phân bố đều trong thép, làm giảm tác hại của tạp chất đối với thép. Ngoài ra các nguyên tố đất hiếm có thể tạo thành hợp kim với nguyên tố có trong thép, nhờ đó cải thiện được tính năng của thép.

Ở Trung Quốc có nguồn nguyên tố đất hiếm khá phong phú, nên việc tiến hành các nghiên cứu về nguyên tố đất hiếm là việc làm hết sức quan trọng và cấp thiết.

Tại sao trong tàu điện ngầm lại không thu được tín hiệu máy nhắn tin?

Hiện nay người sử dụng máy nhắn tin ngày càng nhiều. Nếu bạn của bạn có máy nhắn tin, thì dù là anh ta đang mua sắm tại cửa hàng hay dạo chơi nơi công...

Tại sao trong tiếng Nhật lại có nhiều chữ Hán đến như thế?

Nhật Bản là một nước láng giềng của Trung Quốc, trong thời cổ đại nước này đã có nhiều mối quan hệ trao đổi với Trung Quốc.

Tại sao máy tính có thể chụp ảnh cho ta?

Những năm gần đây, ở những nơi đông người như sân ga tàu điện ngầm, siêu thị thỉnh thoảng ta thấy có quầy chụp ảnh vi tính. Tại đây, chỉ cần bỏ vài...

Vận tốc của sao Chổi Halley là bao nhiêu km/s?

Cũng như Trái đất, sao chổi Halley cũng chuyển động trên một quỹ đạo quanh Mặt trời. Điểm khác biệt là quỹ đạo của Trái đất là hình elip gẩn tròn, còn...

Bộ đồ bay có thể trở thành phương tiện giao thông cá nhân trong tương lai không?

Năm 1984, tại lễ khai mạc Thế vận hội Ôlympic lần thứ 23 cử hành ở Los Angeles nước Mỹ, trên bầu trời sân vận động rộng lớn, có một "người bay" từ...

Tàu phá băng hoạt động như thế nào?

Mùa Đông rét buốt kéo dài thường làm các eo biển, mặt biển ở phương bắc bị băng đóng kín, đường hàng hải ách tắc. Để tàu thuyền có thể ra vào cảng, người ta phải dùng đến sức nặng của các con tàu khổng lồ...

Tại sao máy bay tàng hình có thể "tàng hình" được?

Máy bay tàng hình là loại máy bay chiến đấu quân sự dùng kỹ thuật tàng hình để thiết kế chế tạo nên. Tuy nhiên, sự "tàng hình" của máy bay tàng hình...

Vì sao âm nhạc cũng có thể chữa bệnh?

Việc thưởng thức âm nhạc khiến cho ta có cảm giác thoải mái, thư giãn, có tác dụng tích cực đối với sức khỏe. Hiện nay, phương pháp chữa bệnh bằng âm...

Tìm các hành tinh trên bầu trời đêm như thế nào?

Trong đại gia đình hệ Mặt Trời, ngoài Mặt Trời ra, các hành tinh là những thành viên quan trọng nhất cấu tạo nên. Khoảng cách của chín hành tinh lớn...