在鋁合金中加入微量稀土元素，可以顯著改善鋁合金的金相組織，細化晶粒，去除鋁合金中氣體和有害雜質，減少鋁合金的裂紋源，從而提高鋁合金的強度，改善加工效能，還能改善鋁合金的耐熱性、可塑性及可鍛性，提高硬度、增加強度和韌性。稀土元素的加入使得稀土鋁合金成為一種效能優良、用途廣泛的新型材料，目前稀土鋁合金的產量已近全國鋁產量的1／4。
稀土元素非常活潑，極易與氣體(如氫)、非金屬(如硫)及金屬作用，生成相應的穩定化合物。稀土元素的原子半徑大於常見的金屬如鉛、鎂等，在這些金屬中的固溶度極低，幾乎不能形成固溶體。一般認為，稀土元素加入到鋁合金中可起到微合金化的作用；此外，它與氫等氣體和許多非金屬有較強的親和力，能生成熔點高的化合物，故它有一定的除氫、精煉、淨化作用；同時，稀土元素化學活性極強，它可以在長大的晶粒介面上選擇性地吸附，阻礙晶粒的生長，結果導致晶粒細化，有變質的作用。
以下就這3方面的作用詳細介紹。
1.變質作用
變質處理是指在金屬及合金中加入少量或微量的變質劑，用以改變合金的結晶條件，使其組織和效能得到改善的過程。變質劑又稱晶粒細化劑或孕育劑。稀土元素的原子半徑為0.
174～0.204mm，大於鋁原子半徑(0.143mm)。
稀土元素比較活潑，它熔於鋁液中，極易填補合金相的表面缺陷，從而降低新舊兩相介面上的表面張力，使得晶核生長的速度增大，同時還在晶粒與合金液之間形成表面活性膜，阻止生成的晶粒長大，使合金的組織細化。此外，鋁與稀土形成的化合物在金屬液結晶時作為外來的結晶晶核，因晶核數的大量增加而使合金的組織細化。研究表明：
稀土對鋁合金具有良好的變質效果。例如，合金化的7005鋁合金鑄錠本身就呈十分細小的組織。同時值得一提的是，稀土的變質作用具有長效及重熔穩定性的特點，比用鈉(na)、鍶(sr)等變質劑具有明顯優點。
稀土的變質作用只受共晶矽變化的影響。
2.精煉、淨化作用
稀土元素的脫氧能力比強脫氧劑al、mg、ti等強，微量稀土就能使［o］脫到＜lppm(即<10-4％)。稀土的脫硫能力也相當強，可以生成res或re2s3，生成物主要取決於稀土與硫的活度或溶解度。稀土元素在金屬液中還可以與氧和硫同時發生反應生成re2o2s型硫化物。
稀土元素還能與p、sn、as等低熔點金屬元素化合，生成rep、resn、reas等化合物。這些稀土化合物都具有熔點高、比重輕，當它們的熔點高於金屬冶煉溫度時，能上浮一部分成渣，它們微小的質點則成為鋁結晶過程的異質晶核，而留在固態金屬內的部分則能降低其危害性。稀土對氫的的吸附力特別大，能大量吸附和溶解氫，稀土與氫的化合物熔點較高，並且瀰散分布於鋁液中，以化合物形成的氫不會聚集形成氣泡，大大降低鋁的含氫量和針孔率。
3.合金化作用
稀土在鋁合金中的強化作用主要有細晶強化、有限固溶強化和稀土化合物的第二相強化等。當稀土加入量不同時，稀土在鋁合金中主要以三種形式存在：固熔在基體α(al)中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固熔在化合物中或以化合物形式存在。
當稀土含量較低時(低於0.1％)，稀土主要以前兩種形式分布。第一種形式起到了有限固溶強化的作用，第二種形式增加了變形阻力，促進制錯增殖，使強度提高。
加入稀土後合金的鑄態組織中合金晶粒明顯減少，二次枝晶間距有可能細化，稀土與al、mg、si等元素形成的金屬間化合物呈球狀和短棒狀分布在晶界或界內，組織中有大量位錯分布。當稀土含量大於0.3％ ，後一種存在形式開始佔主導地位。
這時，稀土與合金中的其他元素開始形成許多含稀土元素的新相，同時使第二相的形狀、尺寸發生變化，可能使得第二相從長條狀等形狀轉變成短棒狀粒子出現，粒子的尺寸也變得比較細小，且呈瀰散分布。大部分含稀土元素的第二相都出現了粒子化、球化和細化的特徵，這種變化在一定程度上都強化了鋁合金。
鋁合金加入稀土元素後效能的變化
隨著稀土元素加入量的增加，鋁合金的強度、塑性均有所提高。這主要得益於稀土元素對合金組織的改善以及瀰散的稀土化合物強烈的沉澱強化效應等。新增稀土元素可以導致合金斷裂過程中裂紋萌生位置與擴充套件途徑發生改變，有利於合金的韌化。
同時鋁合金中隨稀土含量的增加，抗拉強度、硬度提高，而延伸率略有下降。由此可見，伴隨稀土的加入，合金的機械效能大有改善。
稀土元素的加入也可以改善鋁合金的鑄造效能。這是因為鐵是鋁合金中非常有害的雜質，萬分之幾的fe就能形成al+feal3的共晶矽，大多數含鐵相的結晶組織都十分粗大，直接影響合金的機械效能，降低合金的流動性，增加組織不均勻性，新增稀土，則可以改變鐵相的存在形態，提高鋁合金的鑄造效能。
在同一溫度下，稀土鋁合金的電阻率比普通鋁合金小得多，說明摻入微量稀土元素後鋁合金的導電性能大大提高。這是因為稀土元素作為表面活性元素加到合金中，使合金的鑄態組織得以細化，減小了對傳導電子的散射，從而使電阻率大幅度下降。
稀土在鋁合金中可以形成熱硬性高的複雜成分化合物，呈網狀分布於晶界或枝晶間，細化了組織，有效地阻礙了基體變形和晶界移動，從而明顯提高了合金的高溫效能。
稀土鋁合金的應用
由於稀土獨特的物理、化學性質開發出了眾多的含稀土的合金材料，不但大量用於軍事工業、農業、輕工業、手工業和交通運輸業，也廣泛用作建築材料、家庭生活用具和體育用品等。
我國鋁土礦含矽量高(0.1％以上)，比國外的電解鋁含矽量(0.08％)高，直接影響了鋁的效能，不能用作電工鋁。
然而鋁中加入適量稀土元素後，效能則大有改善。目前我國的稀土鋁導線主要有高強度稀土鋁合金電纜，成分為al-mg-si-re，用於高壓輸電線路；高導電鋁電線，成分為al-re；還有在較高溫度下使用的高導電稀土鋁導線，其成分為al-zr-re。在zj104鑄造鋁合金中加入不同量的稀土元素後合金的抗拉強度、硬度、高溫強度均有所提高，因而廣泛應用於機械製造業的缸體、曲軸、軸承蓋等材料中。
已投入批量生產的稀土鋁矽過共晶zl117合金在200～300℃下，抗拉強度超過德國活塞合金ks280和ks282，耐磨效能比常用活塞合金高4～5倍，線膨脹係數小，已用於航空空壓機和航模發動機活塞。稀土鋁箔是一種生產電子元器件較為理想的材料。
稀土鋁合金能大大提高合金的強度、硬度、韌性，還會使表面氧化膜結構發生變化，從而使產品表面光亮、美觀，提高產品的耐腐蝕性能。目前我國在民用鋁製品工業中已用來製造洗衣機內缸等。
新增適量稀土還可以明顯提高鋁錳和鋁鎂合金材料的耐腐蝕性能。稀土元素的加入在鑄造、鍛造、焊接、熱處理及表面塗層技術中都取得了良好的效應。
使用稀土鋁合金需注意事項
稀土元素雖然在鋁合金中的作用很大，但我們必須防止稀土加入方法不正確和使用不當引起的不良影響。應注意以下幾點：
1.注意掌握稀土元素的加入量。稀土的過量加入不但不會使鋁合金的效能改善，還會影響鋁合金的正常使用，甚至造成材料的報廢；
2.稀土不宜做預先脫氧、脫硫劑，當脫氧、脫硫效果良好後再加入稀土，不但有深度脫氧、脫硫作用，還能很好控制氧、硫夾雜物的形態；
3.注意防止生成不均勻分布、大而脆的稀土金屬化合物；
4.還要注意防止稀土元素與某些合金元素發生衝突，影響合金的效能等。
結語稀土元素具有獨特的4f電子結構、大的原子磁距、很強的自旋軌道耦合等特性，形成稀土配合物時，配位數在3～12之間變化，並且稀土化合物的晶體結構也是多樣化的。稀土元素獨特的物理、化學性質，決定了其廣闊的潛在用途。
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