稀土在銅及銅合金中的作用

1、提高質(zhì)量稀土在銅及銅合金中的作用  稀土在銅及銅合金中的作用一、稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響1、凈化組織工業(yè)用銅中往往含有多種雜質(zhì),雖然有些雜質(zhì)含量很低,甚至低于0.001 %(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同) ，但是這些雜質(zhì)元素會(huì)嚴(yán)重影響銅及銅合金的加工性能、降低導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。如氧、硫和銅形成的脆性化合物(Cu2O 和Cu2S) 可以降低銅的塑性，這些脆性化合物冷拉時(shí)還會(huì)產(chǎn)生毛刺，并降低銅的導(dǎo)電性、耐蝕性和焊接性能。稀土凈化銅及銅合金組織主要有兩種方式: (1) 稀土與氧和硫的親和力很強(qiáng),形成熔點(diǎn)較高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，比重較小的稀土化合物，從而達(dá)到脫硫、脫氧的作用；又稀土元素很容易與原子態(tài)氫

2、發(fā)生作用，生成RH2 或RH3 型穩(wěn)定氫化物(R 代表稀土金屬) ,這些氫化物以固溶體的形式溶于銅合金中，從而消除了氫的有害作用。(2) 稀土與鉛、鉍等元素生成比銅熔點(diǎn)高的高熔點(diǎn)金屬間化合物，因此在銅熔鑄過(guò)程中，可以保持固體狀態(tài)，與熔渣一起從液體金屬銅合金中排除，達(dá)到脫鉛、鉍的目的。2、細(xì)化組織稀土對(duì)銅及銅合金顯微組織的影響主要體現(xiàn)為細(xì)化晶粒，減少或消除柱狀晶，擴(kuò)大等軸晶區(qū)的作用。稀土細(xì)化銅及銅合金組織的作用機(jī)理主要存在以下三種: (1) 形成新晶核，抑制晶粒長(zhǎng)大。稀土在銅及其合金中能與一些元素反應(yīng)形成高熔點(diǎn)化合物，常以極微細(xì)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；又從凝固原

3、理及熱力學(xué)觀點(diǎn)看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固時(shí)成分過(guò)冷增大，以樹(shù)枝狀方式凝固生長(zhǎng)，同時(shí)在分枝節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生細(xì)頸、熔斷，增多了結(jié)晶核心，從而細(xì)化了晶粒。(2) 微晶化作用。由于稀土元素的原子半徑( 0.174nm0.204 nm) 比銅的原子半徑(0.127nm) 要大36 %60 % ，故稀土原子很容易填補(bǔ)正在生長(zhǎng)中的銅或銅合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長(zhǎng)的膜，從而細(xì)化為微晶； (3) 合金化作用。稀土在銅中的溶解度很小，一般僅千分之幾到萬(wàn)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(dá)到細(xì)化晶粒。3、稀土對(duì)夾雜物組織的影響稀

4、土對(duì)夾雜物組織的影響主要是改變雜質(zhì)的形態(tài)和分布。其主要表現(xiàn)有以下四種: (1) 減輕或消除合金結(jié)構(gòu)中的樹(shù)枝狀晶形和柱狀結(jié)晶,這與稀土同某些雜質(zhì)形成難熔化合物并呈彌散狀態(tài)有關(guān)。(2) 使合金中某些呈條狀、片狀甚至塊狀的雜質(zhì)(如鉛、鉍等，其中有的雜質(zhì)可形成低熔點(diǎn)共晶) 轉(zhuǎn)變成點(diǎn)狀或球狀，從而改善或提高了銅及其合金的機(jī)械及加工性能，這是由于活性很強(qiáng)的稀土金屬，能使像鉛這樣的一些雜質(zhì)對(duì)銅的潤(rùn)濕性急劇降低，這些雜質(zhì)在其自身表面張力的作用下，使體積大大縮小。(3) 使合金中的某些有害雜質(zhì)由集中分布于枝晶或晶界間，改變?yōu)檩^均勻分布于整個(gè)晶體中，使雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)在金屬微觀體積上的再分布，或?qū)δ承╇s質(zhì)的宏觀偏析發(fā)生影

5、響，導(dǎo)致各種性能得以提高。(4) 含稀土的化合物被吸附在金屬或合金的晶界上，減少合金晶界上低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的數(shù)量，從而減弱合金的高溫回火脆性。如在鈹銅合金中未加稀土前，夾雜物多為不規(guī)則棱角形的Cu2O 和Cu2S，添加適量稀土后，夾雜物全部球化，稀土夾雜物取代了Cu2O 和Cu2S ，使夾雜物由固溶態(tài)變?yōu)橄⊥粱衔镂龀?。二、稀土?duì)銅及銅合金性能的影響1、稀土對(duì)銅及銅合金加工性能的影響在銅合金中加入適量稀土金屬，可以改善銅及銅合金的鑄造性能。對(duì)不同種類的銅合金，加入稀土后流動(dòng)性可提高30 %40 %。對(duì)高錳鋁青銅、高鉛青銅、鉛黃銅中加入微量混合稀土，均可以改善合金的偏析或逆偏析現(xiàn)象，并可顯著提高變

6、形鉛黃銅的高溫延伸率，改善熱加工性能，減輕或消除熱軋開(kāi)裂現(xiàn)象。加入稀土可使殘余應(yīng)力值降低，稀土在一定變形度范圍內(nèi)( < 14 %) 可提高材料的冷變形能力。在變形鉛黃銅中添加稀土，可大大改善其切削加工性能，尤為顯著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨損。稀土添加劑對(duì)改善銅及其合金的焊接工藝性能具有很好的效果，焊縫金屬中的雜質(zhì)如微量Pb、Fe 、Si 、Bi 可引起熱裂紋，添加稀土元素將有效地防止這一傾向。稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響【組圖】今天我們的主題是稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響。看了這個(gè)主題不知是否有很多疑惑，什么是稀土？稀土的定義是什么？稀土的應(yīng)用在哪幾塊？稀土和銅及銅合

7、金有什么關(guān)系？稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響是什么？我們帶著這些疑問(wèn)來(lái)看這邊文章，我們通過(guò)2塊內(nèi)容將上述問(wèn)題一一講述，請(qǐng)看正文。今天我們的主題是稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響，稀土可能我們做生產(chǎn)加工的企業(yè)了解甚多。什么是稀土？它與我們的主題稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響有什么關(guān)系，這都是我們今天要了解的內(nèi)容。今天的內(nèi)容稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響也是分為2塊。第一塊是稀土的定義，這個(gè)不是我們的重點(diǎn)我們會(huì)點(diǎn)到為止。第二塊內(nèi)容稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響是我們的重頭戲。因?yàn)槿~網(wǎng)是一個(gè)主營(yíng)銅的門(mén)戶網(wǎng)站，銅合金的各個(gè)元素對(duì)其的影響也是各不相同，我們今天的內(nèi)容則是稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的

8、影響中稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響因素。好了，廢話不多說(shuō)我們開(kāi)始今天的主題的第一塊：稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響之稀土的定義。稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響之稀土的定義稀土(rareearth)有“工業(yè)維生素”的美稱?，F(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數(shù)為57到71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧（Sc）和釔（Y）共17種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，稀土氧化物的價(jià)值將越來(lái)越大。稀土稀土概況表中文名稀土類別氧化物外文名rare ea

9、rth化學(xué)式sc別稱工業(yè)維生素應(yīng)用石油、化工、冶金、紡織、陶瓷以及永磁材料稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響之稀土主要元素根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，以及它們?cè)诘V物中共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征，十七種稀土元素通常分為二組：輕稀土包括：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓。重稀土包括：鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧。礦物特點(diǎn)鈰組（輕稀土）鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤和銪；釔組（重稀土）釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和鈧。稀土的定義及對(duì)銅合金組織的影響之稀土的應(yīng)用軍事方面稀土有工業(yè)“黃金”之稱，由于其具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最

10、顯著的功能就是大幅度提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飛機(jī)、導(dǎo)彈的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金的戰(zhàn)術(shù)性能。而且，稀土同樣是電子、激光、核工業(yè)、超導(dǎo)等諸多高科技的潤(rùn)滑劑。稀土科技一旦用于軍事，必然帶來(lái)軍事科技的躍升。從一定意義上說(shuō)，美軍在冷戰(zhàn)后幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中壓倒性控制，以及能夠?qū)橙怂翢o(wú)忌憚地公開(kāi)殺戮，正緣于稀土科技領(lǐng)域的超人一等。冶金工業(yè)稀土金屬或氟化物、硅化物加入鋼中，能起到精煉、脫硫、中和低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的作用，并可以改善鋼的加工性能；稀土硅鐵合金、稀土硅鎂合金作為球化劑生產(chǎn)稀土球墨鑄鐵，由于這種球墨鑄鐵特別適用于生產(chǎn)有特殊要求的復(fù)雜球鐵件，被廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)

11、等機(jī)械制造業(yè)；稀土金屬添加至鎂、鋁、銅、鋅、鎳等有色合金中，可以改善合金的物理化學(xué)性能，并提高合金室溫及高溫機(jī)械性能。冶金工業(yè)石油化工用稀土制成的分子篩催化劑，具有活性高、選擇性好、抗重金屬中毒能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因而取代了硅酸鋁催化劑用于石油催化裂化過(guò)程；在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，用少量的硝酸稀土為助催化劑，其處理氣量比鎳鋁催化劑大1.5倍；在合成順丁橡膠和異戊橡膠過(guò)程中，采用環(huán)烷酸稀土-三異丁基鋁型催化劑，所獲得的產(chǎn)品性能優(yōu)良，具有設(shè)備掛膠少，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，后處理工序短等優(yōu)點(diǎn)；復(fù)合稀土氧化物還可以用作內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化催化劑，環(huán)烷酸鈰還可用作油漆催干劑等。石油化工玻璃陶瓷稀土氧化物或經(jīng)過(guò)加工處理的稀土精礦，可

12、作為拋光粉廣泛用于光學(xué)玻璃、眼鏡片、顯像管、示波管、平板玻璃、塑料及金屬餐具的拋光；在熔制玻璃過(guò)程中，可利用二氧化鈰對(duì)鐵有很強(qiáng)的氧化作用，降低玻璃中的鐵含量，以達(dá)到脫除玻璃中綠色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光學(xué)玻璃和特種玻璃，其中包括能通過(guò)紅外線、吸收紫外線的玻璃、耐酸及耐熱的玻璃、防X-射線的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以減輕釉的碎裂性，并能使制品呈現(xiàn)不同的顏色和光澤，被廣泛用于陶瓷工業(yè)。新材料稀土鈷及釹鐵硼永磁材料，具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積，被廣泛用于電子及航天工業(yè)；純稀土氧化物和三氧化二鐵化合而成的石榴石型鐵氧體單晶及多晶，可用于微波與電子工業(yè)；用高純氧化釹制作的

13、釔鋁石榴石和釹玻璃，可作為固體激光材料；稀土六硼化物可用于制作電子發(fā)射的陰極材料；鑭鎳金屬是70年代新發(fā)展起來(lái)的貯氫材料；鉻酸鑭是高溫?zé)犭姴牧?；?dāng)前世界各國(guó)采用鋇釔銅氧元素改進(jìn)的鋇基氧化物制作的超導(dǎo)材料，可在液氮溫區(qū)獲得超導(dǎo)體，使超導(dǎo)材料的研制取得了突破性進(jìn)展。此外，稀土還廣泛用于照明光源，投影電視熒光粉、增感屏熒光粉、三基色熒光粉、復(fù)印燈粉；在農(nóng)業(yè)方面，向田間作物施用微量的硝酸稀土，可使其產(chǎn)量增加510%；在輕紡工業(yè)中，稀土氯化物還廣泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛線染色及地毯染色等方面。農(nóng)業(yè)方面研究結(jié)果表明，稀土元素可以提高植物的葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)根系發(fā)育，增加根系對(duì)養(yǎng)分吸收。稀土

14、還能促進(jìn)種子萌發(fā)，提高種子發(fā)芽率，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。除了以上主要作用外，還具有使某些作物增強(qiáng)抗病、抗寒、抗旱的能力。大量的研究還表明，使用適當(dāng)濃度稀土元素能促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)化和利用。玉米用稀土拌種，出苗、拔節(jié)比對(duì)照早12天，株高增加0.2米，早熟35天，而且籽粒飽滿，增產(chǎn)14%。大豆用稀土拌種，出苗提早1天，單株結(jié)莢數(shù)增加14.826.6個(gè)，3粒莢數(shù)增多，增產(chǎn)14.5%20.0%。噴施稀土可使蘋(píng)果和柑橘果實(shí)的Vc含量、總糖含量、糖酸比均有所提高，促進(jìn)果實(shí)著色和早熟。并可抑制貯藏過(guò)程中呼吸強(qiáng)度，降低腐爛率。我們的第一塊內(nèi)容大致結(jié)束了，我們看到稀土的應(yīng)用其中一塊就是應(yīng)用于冶金工業(yè)，也銜接到我們

15、的第二部分內(nèi)容稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響之稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響。稀土的定義及對(duì)銅及銅合金組織的影響之稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響主要有一下幾塊。一、稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響1、凈化組織工業(yè)用銅中往往含有多種雜質(zhì),雖然有些雜質(zhì)含量很低,甚至低于0.001%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，但是這些雜質(zhì)元素會(huì)嚴(yán)重影響銅及銅合金的加工性能、降低導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。如氧、硫和銅形成的脆性化合物(Cu2O和Cu2S)可以降低銅的塑性，這些脆性化合物冷拉時(shí)還會(huì)產(chǎn)生毛刺，并降低銅的導(dǎo)電性、耐蝕性和焊接性能。稀土凈化銅及銅合金組織主要有兩種方式:(1)稀土與氧和硫的親和力很強(qiáng),形成熔點(diǎn)較高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，比重較小的

16、稀土化合物，從而達(dá)到脫硫、脫氧的作用；又稀土元素很容易與原子態(tài)氫發(fā)生作用，生成RH2或RH3型穩(wěn)定氫化物(R代表稀土金屬),這些氫化物以固溶體的形式溶于銅合金中，從而消除了氫的有害作用。(2)稀土與鉛、鉍等元素生成比銅熔點(diǎn)高的高熔點(diǎn)金屬間化合物，因此在銅熔鑄過(guò)程中，可以保持固體狀態(tài)，與熔渣一起從液體金屬銅合金中排除，達(dá)到脫鉛、鉍的目的。2、細(xì)化組織稀土對(duì)銅及銅合金顯微組織的影響主要體現(xiàn)為細(xì)化晶粒，減少或消除柱狀晶，擴(kuò)大等軸晶區(qū)的作用。稀土細(xì)化銅及銅合金組織的作用機(jī)理主要存在以下三種:(1)形成新晶核，抑制晶粒長(zhǎng)大。稀土在銅及其合金中能與一些元素反應(yīng)形成高熔點(diǎn)化合物，常以極微細(xì)顆粒懸浮于熔體之中

17、，成為彌散的結(jié)晶核心，使晶粒變多，變??；又從凝固原理及熱力學(xué)觀點(diǎn)看，由于稀土大量聚集在固液界面前沿的液相中，使合金在凝固時(shí)成分過(guò)冷增大，以樹(shù)枝狀方式凝固生長(zhǎng)，同時(shí)在分枝節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生細(xì)頸、熔斷，增多了結(jié)晶核心，從而細(xì)化了晶粒。(2)微晶化作用。由于稀土元素的原子半徑(0.174nm0.204nm)比銅的原子半徑(0.127nm)要大36%60%，故稀土原子很容易填補(bǔ)正在生長(zhǎng)中的銅或銅合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長(zhǎng)的膜，從而細(xì)化為微晶；(3)合金化作用。稀土在銅中的溶解度很小，一般僅千分之幾到萬(wàn)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(dá)到細(xì)化晶粒

18、。3、稀土對(duì)夾雜物組織的影響稀土對(duì)夾雜物組織的影響主要是改變雜質(zhì)的形態(tài)和分布。其主要表現(xiàn)有以下四種:(1)減輕或消除合金結(jié)構(gòu)中的樹(shù)枝狀晶形和柱狀結(jié)晶,這與稀土同某些雜質(zhì)形成難熔化合物并呈彌散狀態(tài)有關(guān)。(2)使合金中某些呈條狀、片狀甚至塊狀的雜質(zhì)(如鉛、鉍等，其中有的雜質(zhì)可形成低熔點(diǎn)共晶)轉(zhuǎn)變成點(diǎn)狀或球狀，從而改善或提高了銅及其合金的機(jī)械及加工性能，這是由于活性很強(qiáng)的稀土金屬，能使像鉛這樣的一些雜質(zhì)對(duì)銅的潤(rùn)濕性急劇降低，這些雜質(zhì)在其自身表面張力的作用下，使體積大大縮小。(3)使合金中的某些有害雜質(zhì)由集中分布于枝晶或晶界間，改變?yōu)檩^均勻分布于整個(gè)晶體中，使雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)在金屬微觀體積上的再分布，或?qū)δ承?/p>

19、雜質(zhì)的宏觀偏析發(fā)生影響，導(dǎo)致各種性能得以提高。(4)含稀土的化合物被吸附在金屬或合金的晶界上，減少合金晶界上低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的數(shù)量，從而減弱合金的高溫回火脆性。如在鈹銅合金中未加稀土前，夾雜物多為不規(guī)則棱角形的Cu2O和Cu2S，添加適量稀土后，夾雜物全部球化，稀土夾雜物取代了Cu2O和Cu2S，使夾雜物由固溶態(tài)變?yōu)橄⊥粱衔镂龀?。二、稀土?duì)銅及銅合金性能的影響1、稀土對(duì)銅及銅合金加工性能的影響在銅合金中加入適量稀土金屬，可以改善銅及銅合金的鑄造性能。對(duì)不同種類的銅合金，加入稀土后流動(dòng)性可提高30%40%。對(duì)高錳鋁青銅，稀土的加入量不超過(guò)0.15%時(shí)，流動(dòng)性隨稀土加入量的增加而增加。在高鉛青銅(

20、ZQPb25-5)中加入0.5%1.0%混合稀土，HPb59-1鉛黃銅中加入0.04%0.05%混合稀土，均可以改善合金的偏析或逆偏析現(xiàn)象。添加0.01%0.03%混合稀土可顯著提高變形鉛黃銅的高溫延伸率，改善熱加工性能，減輕或消除熱軋開(kāi)裂現(xiàn)象。加入稀土可使殘余應(yīng)力值降低，稀土在一定變形度范圍內(nèi)(<14%)可提高材料的冷變形能力。在變形鉛黃銅中添加0.03%0.05%的稀土，可大大改善其切削加工性能，尤為顯著的是降低表面粗糙度、毛刺和刀具磨損。稀土添加劑對(duì)改善銅及其合金的焊接工藝性能具有很好的效果，焊縫金屬中的雜質(zhì)如微量pb、fe、si、bi可引起熱裂紋，添加稀土元素將有效地防止這一傾向

21、。< p="">2、稀土對(duì)銅及銅合金機(jī)械性能和導(dǎo)電性能的影響稀土對(duì)銅及銅合金機(jī)械性能的影響主要表現(xiàn)在硬度、強(qiáng)度、塑性等方面。稀土在純銅中含量為0.1%0.2%時(shí)，強(qiáng)度提高幅度較大，高于0.2%時(shí)強(qiáng)度提高緩慢。稀土對(duì)H68黃銅強(qiáng)度的影響有雙重作用:一方面，稀土的固溶強(qiáng)化及凈化作用，使料強(qiáng)度升高；而另一方面，當(dāng)稀土加入量超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，稀土的有害作用掩蓋了有利作用，宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度下降。關(guān)于稀土對(duì)銅及銅合金導(dǎo)電性影響的機(jī)理是:一方面，稀土的細(xì)化作用使銅晶粒細(xì)化，晶界增加，電散射幾率增大，導(dǎo)致電阻率增大，導(dǎo)電性下降；另一方面，稀土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(dǎo)電性改善。這兩個(gè)對(duì)導(dǎo)電性起相反作用的因素同時(shí)存在，其影響隨稀土加入量的變化而變化。3、稀土對(duì)銅及銅合金抗氧化性和耐腐蝕性能的影響為了解決抗氧化性能和高電導(dǎo)率之間的矛盾，采用添加稀土金屬作為銅及銅合金的合金元素。發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)加