稀土對(duì)銅及銅合金性能的影響有哪些

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(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。

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)加入量時(shí)，電導(dǎo)率不但沒(méi)有降低反而略有提高，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)銅中加入稀土

能明顯改善抗氧化性能。關(guān)于在銅及銅合金中加入稀土后耐蝕性能均有不同程度的提高，對(duì)此現(xiàn)象的解釋主要有: (1)稀土的凈化作用，消除銅基體中雜質(zhì)。(2) 在銅及銅合金表面形成致密的氧化層，阻止基體原子向外擴(kuò)散和外部原子向內(nèi)擴(kuò)散。(3) 提高銅及銅合金的腐蝕電位。(4)稀土的加入縮小了銅合金的結(jié)晶溫度范圍。

混合稀土的加入不僅可以改善錫黃銅的耐蝕性能，還可以改變錫黃銅的腐蝕形貌，不僅減小了易脫落層的厚度，同時(shí)也大大減小了滲透層的厚度。

4、稀土對(duì)銅及銅合金耐磨性能的影響

　　稀土和銅元素可以形成硬度較高、分布均勻的金屬間化合物，這些化合物成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力；而且稀土可以有效地改善夾雜物的存在形式和分布，減少其弱化晶界的可能，減少了承受載荷時(shí)沿晶界開(kāi)裂的幾率，因而提高了耐磨性。含有稀土的鑄造黃銅具有較高的硬度及良好的塑性及韌性，可以縮短跑合階段的時(shí)間，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損的階段，從而達(dá)到減少磨耗，延長(zhǎng)工件使用壽命的目的。在高錳鋁青銅中添加稀土，可使其干摩擦磨損減少20%左右，潤(rùn)滑摩擦磨損量減少50%左右。

　　稀土在銅及銅合金的實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用中，因稀土與銅的原子半徑差異較大，不利于固溶，且流動(dòng)性較差，直接在銅及銅合金的熔煉過(guò)程中添加稀土?xí)斐纱罅繜龘p并出現(xiàn)渣相，難以控制銅及銅合金中稀土元素分布的穩(wěn)定和均勻性，嚴(yán)重影響了稀土對(duì)銅及銅合金各種性能應(yīng)有的改善效果。

　　稀土-銅中間合金是一種稀土與銅的共晶合金體，它在保留了稀土應(yīng)有特性的同時(shí)，還具備了在銅及銅合金中良好的固溶性，因此流動(dòng)性較強(qiáng)，方便加入量的掌握和攪拌控制的均勻性，能極大的發(fā)揮出稀土在銅及銅合金中的有益特性。