研究了三种不同的壳型材料与合金中的强活性金属Nd的化学反应情况 。结果表明 ，壳型中的矿化剂最容易与活性金属Nd反应，氧化钇作为壳型材料具有很好的化学稳定性 。
在熔模铸造过程中 ，壳型作为一个“容器”充满了熔融金属，尤其在定向和单晶工艺中，合金保持液态的时间长达60min，壳型材料各组份很容易与合金液发生化学反应，为了较好地体现壳型材料与合金发生反应的情况，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 ，研究了各种壳型材料与这种熔融合金的反应情况 ，为选用合适的壳型材料提供依据 。
试验方法
试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
用三种壳型熔炼合金部分元素的分析结果见表2 。
表2 合金与三种壳型反应后的分析结果（wt%）
从表2可以看出 ，与原合金成分相比 ，用三种壳型熔炼后的合金成分有所变化，说明在高温下三种壳型都与熔融合金发生过一定的化学反应，其中壳型A的反应最为严重 ，致使合金中Al含量提高了约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为矿化剂。高岭土的主要成分是SiO2与Al2O3，从微观结构看，具有层状结构，一层硅氧四面体和一层铝氧八面体互相重叠，层间以氧键连接且距离较大 ，高温下与合金液接触时 ，合金中的活性金属元素Nd大量进入层间结构，与其中的Al2O3发生置换反应，置换出的Al进入合金中 ，反应式如下：
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，电熔刚玉的主要成分是Al2O3，熔化后再结晶的Al2O3以铅氧八面体的铺展形成晶体，键结构稳定 ，要破坏这种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的Al参加了反应 ，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95wt%）中被置换出的Al几乎相等。这说明，当壳型材料与合金发生化学反应时，矿化剂的活性比电熔刚玉的活性大得多。
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是结构坚强的离子键化合物，键结构非常稳定 ，从原子结构看，Nd与Y的原子半径和三价离子半径相差不多，因此化学性质极为相近 ，所以Nd不容易置换Y 。仅有少部分Y2O3参加了化学反应 ，这也说明氧化钇壳型具有很好的化学稳定性 。
对于矿化剂中的SiO2和粘结剂SiO2，则有如下反应 ：SiO2+ Nd2O3Nd2O3。SiO2 ，Nd2O3由原材料带入或在熔炼过程中产生 ，Nd2O3。SiO2熔入合金液中，由于生产条件的控制，Nd2O3的带入量是有限的，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 ，含有高岭土的壳型与熔融合金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定性最好 。 |
