稀土釔對純銅組織及導電性的影響

孟祥鋒

【摘要】 本文通過在純銅中加入微量稀土元素釔，研究其對純銅顯微組織和導電性的影響。結(jié)果表明：微量釔的加入可以凈化組織和細化晶粒，當加入量為0.06wt%時，細化幅度最大，達到75%；釔的加入可以改變銅合金的電導率，微量的釔可以提高導電性，過多反而使電導率下降。

【關(guān)鍵詞】 純銅 釔 晶粒 電導率

一、引言

稀土元素在金屬材料中的應(yīng)用已經(jīng)有百年的歷史，最初人們把稀土元素應(yīng)用在鋁合金和鎂合金中，并取得了成功。上個世紀二十年代開始應(yīng)用在鋼鐵中，發(fā)現(xiàn)稀土元素對其性能的改善有其獨特的效果，五十年代開始大規(guī)模應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。近些年來，稀土研究開發(fā)的重點正逐漸的轉(zhuǎn)移到高新技術(shù)應(yīng)用的新材料。我國從上世紀六十年代起，開展了稀土在銅合金中的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，大量研究表明稀土在銅及銅合金中起脫氣除雜、改變顯微結(jié)構(gòu)、改善機械加工性能、提高耐腐蝕及耐磨性能的作用。如在銅中添加微量釓、鏑、鉺、鑭和富鈰混合稀土，可以起到細化晶粒、改善組織結(jié)構(gòu)、凈化除雜的作用，并能提高銅的機械性能和導電性[1-3]。本文通過在純銅中加入稀土元素釔，采用真空熔煉，研究微量稀土元素釔對純銅顯微組織和導電性的影響，為稀土在銅中作用的研究做基礎(chǔ)性工作。

二、實驗材料及方法

原材料采用 99.9%的 T2 純銅和純度大于99.9%的稀土金屬釔。首先將稀土釔銼成粉末，再與紫銅棒按質(zhì)量比例一起放入事先烘干的石墨坩堝中，放入真空爐中加熱到1180℃，保溫60min，然后采用爐冷。通過不同的成分配比加工成成分為0.02、0.04、0.06、0.08和0.1wt%系列的Cu-Re合金試樣。用 XLM-20 型金相顯微鏡和SSX-550型掃描電鏡觀察組織形態(tài)，采用 FQR-7501 型渦流電導儀測量電導率。

三、實驗結(jié)果與分析

1、實驗結(jié)果。

2、釔對顯微組織的影響。通過XLM-20 型金相顯微鏡和SSX-550型掃描電鏡觀察顯微組織形態(tài)，發(fā)現(xiàn)銅合金中不論是晶粒內(nèi)部還是晶界上，雜質(zhì)都明顯減少，晶界變窄。應(yīng)用金相法測量晶粒大小，晶粒大小用公稱直徑表示，實驗結(jié)果如表1。從實驗結(jié)果來看，隨著釔加入量的增大，銅合金的晶粒明顯被細化了，最大幅度達到70%左右。純銅液體對氮氣、二氧化碳和水蒸汽基本上不溶解，但對氧、二氧化硫和氫都有較強的溶解能力。由于稀土釔與氧和硫的親和力很強，形成熔點較高、熱穩(wěn)定性強、比重較小的稀土化合物，從而達到脫硫、脫氧的作用，同時部分化合物常以極微細顆粒懸浮于熔體之中，成為彌散的結(jié)晶核心，使晶粒變多，變小；稀土釔還會和鉛、鉍等元素生成比銅熔點高的高熔點金屬間化合物，大多超過純銅的熔點，熔化時化合物浮出液面或部分殘留在熔液中，浮出液面與熔渣一起從液體金屬銅合金中排除，達到消除雜質(zhì)的作用。稀土釔在銅中的溶解度很小，一般僅千分之幾到萬分之幾，但稀土與銅能生成多種金屬間化合物。這些金屬間化合物彌散分布于基體中，達到細化晶粒的作用。

3、釔對純銅導電性的影響。稀土釔對純銅導電性的影響從實驗結(jié)果中可以清晰的看到，當釔的加入量小于0.08wt%時，銅合金的電導率增大，最大可達3%左右。當釔的加入量大于0.08wt%時，銅合金的電導率明顯下降，幅度達到35%左右。由于銅合金中存在著各種雜質(zhì)及晶格缺陷，產(chǎn)生了電子散射，阻礙了電子的定向移動，形成電阻。而稀土釔對銅合金電導率的影響，一方面是因為，釔的細化作用使銅晶粒細化，晶界增加，電散射幾率增大，導致電阻率增大，電導率下降；另一方面，釔的凈化作用使銅中雜質(zhì)減少，晶格畸變減弱，電子散射幾率減少，導電性改善。這兩個對導電性起相反作用的因素同時存在，使電導率產(chǎn)生波動，總體表現(xiàn)為上升。當釔的加入量達到一定界限時釔對純銅導電性的影響與雜質(zhì)相似，在基體和晶界都有富集，增加了雜質(zhì)散射和晶格散射幾率，嚴重降低了導電性。

四、結(jié)論

（1）在純銅中添加適量的稀土元素釔可以起到凈化細化組織的作用，當加入量為0.06wt%時，細化程度最大，幅度達到75%。（ 2）微量的稀土元素釔可以提高純銅的導電性，最大幅度可達3%左右，而過量的釔反而使電導率下降。

參 考 文 獻

[1]廖樂杰 .稀土銅添加劑在空調(diào)用紫銅管中的應(yīng)用 [J].上海有色屬 ，1997，18（2）：93-96.

[2]涂遠軍等 .稀土對無氧銅組織和性能的影響 [J].稀土 ，1987，（5）：18.

[3]李文超等 .稀土元素在導電銅中的作用 [J].北京鋼鐵學院學報 ，1988，10（3）：354.