DOC《铈和镧对Al—B电工圆杆性能的影响》

2 结果与分析 2.1 稀土元素对导电率的影响 收稿日期:2013-10-22 基金项目:贵州省科技计划项目(2012-3043);

贵州大学研究生创新基金(研理工2013064) 作者简介:樊磊(1990-),男,贵州人,硕士研究生;

通信作者:张晓燕(1960-),女,贵州贵阳人,教授. 稀土元素铈、镧的加入量对电工圆杆导电率的影响见图1. 图1 铈、镧加入量对导电率的影响 Fig.1 Effects of addition of Ce and La on electrician conductivity 从图1可看出,导电率随铈含量的增加呈先下降后上升再下降的趋势.而导电率随着镧的增加则基本上呈下降趋势,当铈和镧的含量分别为0.05%~0.30%和0.10%~0.35%时,导电率较高.铈、镧的加入对铝电工圆杆导电率的影响主要是通过减少硅、铁在铝基体中的的固溶量,使其以析出态存在[5-6].根据金属导电理论,杂质元素以析出态存在于金属中时,使导体电阻率的增加幅度远小于固溶态.但稀土只在很小的含量范围内可提高纯铝的导电性,过低和过高都会降低铝的导电性.只有适量的稀土才能起到降低杂质在基体中的固溶度,提高铝导体的导电率,如果稀土加入量过量,就会因为细化了铝合金的晶粒组织,增加了电子通过的难度,且稀土含量的增加还会导致部分稀土固溶于铝合金晶体中,因而降低导电率. 2.2 稀土元素对试样抗拉强度的影响 图2为铈、镧的加入量对抗拉强度的影响. 图2 铈、镧加入量对抗拉强度的影响 Fig.2 Effects of addition of Ce and La on tensile strength 由图2可知,抗拉强度随铈含量的增加呈上升趋势,随镧含量的增加先下降后上升.文献表明[7],纯金属经适当的合金化后,强度会提高,并且相同溶质的质量分数越大,材料提高的强度越高.在铸造条件下,稀土的熔入为非平衡状态下结晶,且冷却速度越快,则稀土在铝溶液中的过饱和度就越大[8].本试验采用的是铁模在空气中浇铸,冷却速度较快因而容易产生过饱和.一方面由于稀土元素使铝固溶强化而提高材料的强度.另一方面由于纯铝的晶胞为FCC,而镧和铈的原子半径分别为0.187 nm和0.183 nm,比铝原子半径(0.143 nm)大,发生了置换固溶反应,使纯铝的晶格发生畸变,从而阻碍位错的运动而产生强化效果[9].稀土还能与铝生成高熔点稳定的ReAlx化合物,具有一定的除氢、变质作用,这些因素的综合作用,使得材料的强度得到提高. 2.3 稀土元素对金相组织的影响 图3为添加稀土元素前后试样的金相组织. (a) 纯铝;

b) 加入铈;

c) 加入镧 图3 加入不同稀土铝的金相组织 Fig.3 Metallographic structure of aluminum with addition of different rare earth element 从图3可以看出,稀土元素的加入可以明显细化铝的晶粒,且铈的细化效果强于镧,铝的晶界形态由网络状(α-A1+针状物)转变为以不连续长条状.这是因为,铝中加入稀土元素后形成的金属间化合物增加了有效形核核心的数量,从而达到细化晶粒的效果[10]. 2.4 稀土元素对第二相的影响 加入稀土后试样的微观形貌见图4. 图4 加入铈(a)和镧(b)后铝的微观形貌 Fig.4 Microstructure of aluminum with addition of Ce (a) and La (b) 从图4可看出,加入稀土后晶界变厚且晶界处的针状FeAl3消失了,晶粒内出现了球状颗粒和短柄相(图中的点3),微区成分能谱分析结果表明,其成分中含有较多的硅(1.2%)和大量的稀土元素(9.1%铈、11.6%镧),推断其为稀土和硅的化合物,说明稀土元素的加入使固溶在铝基体中的硅从固溶态转变为析出态,因而导电率提高.对晶界处(图中点2)进行微区成分能谱分析,图4a中的点2的成分为(%):Al 84.