稀土钇对纯铜组织及导电性的影响

【摘要】 本文通过在纯铜中加入微量稀土元素钇，研究其对纯铜显微组织和导电性的影响。结果表明：微量钇的加入可以净化组织和细化晶粒，当加入量为0.06wt%时，细化幅度最大，达到75%；钇的加入可以改变铜合金的电导率，微量的钇可以提高导电性，过多反而使电导率下降。

【关键词】 纯铜 钇 晶粒 电导率

一、引言

稀土元素在金属材料中的应用已经有百年的历史，最初人们把稀土元素应用在铝合金和镁合金中，并取得了成功。上个世纪二十年代开始应用在钢铁中，发现稀土元素对其性能的改善有其独特的效果，五十年代开始大规模应用在工业生产中。近些年来，稀土研究开发的重点正逐渐的转移到高新技术应用的新材料。我国从上世纪六十年代起，开展了稀土在铜合金中的基础研究和应用研究，大量研究表明稀土在铜及铜合金中起脱气除杂、改变显微结构、改善机械加工性能、提高耐腐蚀及耐磨性能的作用。如在铜中添加微量钆、镝、铒、镧和富铈混合稀土，可以起到细化晶粒、改善组织结构、净化除杂的作用，并能提高铜的机械性能和导电性[1-3]。本文通过在纯铜中加入稀土元素钇，采用真空熔炼，研究微量稀土元素钇对纯铜显微组织和导电性的影响，为稀土在铜中作用的研究做基础性工作。

二、实验材料及方法

原材料采用 99.9%的 T2 纯铜和纯度大于99.9%的稀土金属钇。首先将稀土钇锉成粉末，再与紫铜棒按质量比例一起放入事先烘干的石墨坩埚中，放入真空炉中加热到1180℃，保温60min，然后采用炉冷。通过不同的成分配比加工成成分为0.02、0.04、0.06、0.08和0.1wt%系列的Cu-Re合金试样。用 XLM-20 型金相显微镜和SSX-550型扫描电镜观察组织形态，采用 FQR-7501 型涡流电导仪测量电导率。

三、实验结果与分析

1、实验结果。

2、钇对显微组织的影响。通过XLM-20 型金相显微镜和SSX-550型扫描电镜观察显微组织形态，发现铜合金中不论是晶粒内部还是晶界上，杂质都明显减少，晶界变窄。应用金相法测量晶粒大小，晶粒大小用公称直径表示，实验结果如表1。从实验结果来看，随着钇加入量的增大，铜合金的晶粒明显被细化了，最大幅度达到70%左右。纯铜液体对氮气、二氧化碳和水蒸汽基本上不溶解，但对氧、二氧化硫和氢都有较强的溶解能力。由于稀土钇与氧和硫的亲和力很强，形成熔点较高、热稳定性强、比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用，同时部分化合物常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；稀土钇还会和铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，大多超过纯铜的熔点，熔化时化合物浮出液面或部分残留在熔液中，浮出液面与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到消除杂质的作用。稀土钇在铜中的溶解度很小，一般仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒的作用。

3、钇对纯铜导电性的影响。稀土钇对纯铜导电性的影响从实验结果中可以清晰的看到，当钇的加入量小于0.08wt%时，铜合金的电导率增大，最大可达3%左右。当钇的加入量大于0.08wt%时，铜合金的电导率明显下降，幅度达到35%左右。由于铜合金中存在着各种杂质及晶格缺陷，产生了电子散射，阻碍了电子的定向移动，形成电阻。而稀土钇对铜合金电导率的影响，一方面是因为，钇的细化作用使铜晶粒细化，晶界增加，电散射几率增大，导致电阻率增大，电导率下降；另一方面，钇的净化作用使铜中杂质减少，晶格畸变减弱，电子散射几率减少，导电性改善。这两个对导电性起相反作用的因素同时存在，使电导率产生波动，总体表现为上升。当钇的加入量达到一定界限时钇对纯铜导电性的影响与杂质相似，在基体和晶界都有富集，增加了杂质散射和晶格散射几率，严重降低了导电性。

四、结论

（1）在纯铜中添加适量的稀土元素钇可以起到净化细化组织的作用，当加入量为0.06wt%时，细化程度最大，幅度达到75%。（ 2）微量的稀土元素钇可以提高纯铜的导电性，最大幅度可达3%左右，而过量的钇反而使电导率下降。

参 考 文 献

[1]廖乐杰 .稀土铜添加剂在空调用紫铜管中的应用 [J].上海有色属 ，1997，18（2）：93-96.

[2]涂远军等 .稀土对无氧铜组织和性能的影响 [J].稀土 ，1987，（5）：18.

[3]李文超等 .稀土元素在导电铜中的作用 [J].北京钢铁学院学报 ，1988，10（3）：354.