镧对工业纯铝显微组织的影响.pdf

3 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年2 期 镧对工业纯铝显微组织的影响 杨钢1 ，一，陈敬超3 ，杜焰3 ，李玉华3 1 ．昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．云南冶金集团总公司，昆明6 5 0 0 5 1 ； 3 ．云南省新材料制备与加工重点试验室，昆明6 5 0 0 9 3 摘要研究了稀土镧对工业纯铝组织的影响。采用光学显微镜、扫描电镜，以及能谱仪等组织观察和分 析测试手段，对加稀土后的工业纯铝组织和成分进行了分析，最终得出了稀土与工业纯铝中的F e 、s i 等 杂质元素发生反应，生成它们的复杂稀土化合物，从而净化了铝基体。 关键词镧；工业纯铝；杂质；显微组织’ 中图分类号T G l 4 6 ．2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 0 2 0 0 3 8 0 3 E f f e c t so fL ao nM i c r o s t r u c t u r e so fI n d u s t r i a lP u r eA l u m i n u m Y A N GG a n 9 1 ，一，C H E NJ i n g C h a 0 3 ，D UY a n 3 ，L IY u h u a 3 1 ．K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 2 ．Y u n n a nM e t a l l u r g i c a lG r o u p ，K u n r n i n g6 5 0 0 5 1 ，C h i n a ； 3 ．Y u n n a nP r o v i n c eK e yL a b o r a t o r yo fN e wM a t e r i a lP r e p a r ea n dP r o c e s s ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fr a r ee a r t hL ao nm i c r o s t r u c t u r e so fi n d u s t r i a lp u r ea l u m i n u mw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i s w o r k ．I th a sa n a l y z e dt h em i c r o s t r u c t u r e sa n dc h e m i c a lo fa l u m i n u ma l l o ya f t e rt h eL aw e r ea d d e di ni tb ym e a n s o fo p t i c a lm i c r o s c o p e ，S E Ma n dE D S ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tL ar e a c t i o nw i t hi m p u r i t ye l e m e n t so fF e ，S i c o n t a i n e di ni n d u s t r i a lp u r ea l u m i n u mt op r o d u c ec o m p l i c a t e dr a r ee a r t hL am e t a l l i cc h e m i c a lc o m p o u n d ．a n dt h e i n d u s t r i a lp u r ea l u m i n u mw e r ep u r i f i e d ． K e y w o r d s L a n t h a n u m ；I n d u s t r i a lp u r ea l u m i n u m ；I m p u r i t y ；M i c r o s t r u c t u r e s 稀土对铝合金具有精炼、细化和变质作用。在 铝合金中加入微量稀土元素，可以显著改善铝合金 的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂 质uJ ，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强 度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑 性及可锻性，提高硬度、增加强度和韧性。稀土元素 的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广 泛的新型材料。尽管稀土在改善铝导体导电性方面 已经取得了一定的效果，但由于稀土元素化学性质 活泼对工艺因素极为敏感，再加上我国铝和稀土资 源成分复杂，始终使稀土铝导线的电性能不稳定，使 这一研究方向至今仍存在争议。本试验就是考察稀 土对工业纯铝显微组织的影响，分析各组织成分，从 而探讨稀土对工业纯铝的作用机理，完善“稀土处 理”的基本理论。 基金项目云南省科技攻关项目 2 0 0 3 G G 0 6 作者简介杨钢 1 9 5 9 一 ，男，云南昆明人，硕士研究生，高级工程师 1试验方法 本试验将舢一L a 中间合金 L a9 ．7 8 ％、F e 0 ．1 3 ％、S i0 ．0 7 4 ％、其余为铝 加人工业纯铝中，研 究稀土对工业纯铝显微组织的影响。 熔铸工艺流程将石墨坩埚加热到7 2 0 ～ 7 3 0 ℃，往其中加入配料工业纯铝，并使之熔化；把一 定成分中间合金配料压入铝液中，在7 1 0 ～7 2 0 ℃保 温1 0 m i n ；最后浇入①2 7m m x9 5m m 或①5 0m m 6 0r a m 铁模 或石墨模 中直至室温冷却。 组织及形貌观察采用德国产A x i o p h o t 光学金 相显微镜，荷兰P H I L I P S 公司生产的X L 3 0E S E M 扫描电子显微镜；物相鉴定及成分分析采用E D S 能 谱仪。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年2 期 3 9 2 试验结果及讨论 2 ．1 镧对工业纯铝宏观组织的影响 工业纯铝中加入L a 后，在中心出现等轴晶，并且 柱状晶逐渐变短变细[ 2 | 。随L a 含量的不断增加，中 心等轴晶逐渐增多，如图1 所示 放大倍数2 倍 。 图l不同含量L a 对宏观组织影响 F i g ．1 E f f e c t so fL ac o n t e n to nt h em a c r o s c o p i c a ls t r u c t u r e 2 ．2 镧对工业纯铝显微组织的影响 从图2 可以看出，试样A 1 0 ．2 4 L a 的组织主要 是由铝基体、基体中的反应析出相、以及晶界组成。 由于试样同样采用化学腐蚀方式制样，所以试样表 面形成分布均匀的腐蚀坑。析出相较铝基体腐蚀坑 大，另外，从高倍扫描图还可以清晰看出，晶内反应 析出相好像还有差别，大部分是大的球形腐蚀坑 相 对于基体铝的腐蚀坑 中聚集有白色颗粒团聚相，除 了这些相之外，在其周围偶尔出现些白球相。晶界 组织主要以蜂窝状形态存在。 万方数据 4 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年2 期 图2工业纯铝加0 ．2 4 ％L a 后的组织 F i g ．2 S t r u c t u r eo fa l u m i n u mc o n t a i n i n g0 ．2 4 ％L a 对晶内的球形颗粒进行能谱分析。如图2 b ，2 d 中的G 点，经分析为A l 、L a 、F e 的化合物，并且有的 点分析到S i 但较之自球相H 少 。对图2 中的H 点白色球状相 露头相 进行能谱分析，为甜、L a 、 F e 、S i 的化合物，分析判定为球形颗粒相刚露出表 面、未腐蚀完全所致。而晶界I 上点 见图2 f 经能 谱分析也为m 、L a 、F e 的化合物。从背散射 B S E 像 如图2 c ，g ，h 看得更加明显，这是因为背散射像 显示的是原子序数衬度，因此含L a 和F e 元素的球 形相和晶界较基体为亮。线扫描晶界也得到相同的 结果。另外，将S E M 图跟工业纯铝的S E M 进行比 较，加入L a 后，球形相较工业纯铝的球状和棒状相 为多，所以L a 加入工业纯铝后，除与工业纯铝中原 先的铝铁相融合外，还将固溶于铝基体中的部分 F e 、S i 元素净化出来，以化合物形式析出。 稀土L a 加入工业纯铝后，在铝中的固溶很小， 多在界面前沿的液相边层中富集，并对铁、硅原子有 一定吸附作用，减小了铁、硅等原子进入铝基体的概 率，使得L a 和其它元素原子在界面前沿液相中产生 一个成分过冷区。当成分过冷度大于形成新晶核所 需的过冷度时，便产生大量的异质晶核，大量新晶核 限制柱状晶的成长，因而获得发达的等轴晶[ 3 | 。 3结语 1 随镧含量的不断增加，工业纯铝中心等轴晶 逐渐增多； 2 镧能够有效地降低工业纯铝中F e 、S i 元素对 导电性的有害作用，形成F e 、S i 的稀土化合物，并以 球形颗粒相形态均匀分布于晶内，提高工业纯铝的 综合性能； 3 镧不能降低除F e 、S i 元素外其它杂质元素的 影响，也不能改变其存在方式。 参考文献 [ 1 ] 刘顺华，王桂芹，吴爱民，等．稀土元素对工业纯铝导电 性的影响[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 0 6 3 3 4 4 4 9 ． [ 2 ] 王庆良，王大庆．稀土铝导线工业试验研究[ J ] ．金属热 处理，2 0 0 0 9 1 8 2 0 ． [ 3 ] 康福伟，王丽萍，张显友，等，稀土元素对工业纯铝晶粒 度的影晌[ J ] ．哈尔滨理工大学学报，2 0 0 1 1 2 6 3 6 6 ． 万方数据