一種含鈰的Al-2.5%Mg合金材料及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料及其制備工藝。
【背景技術】
[0002] 鋁電工圓鋁桿用于拉制電線電纜、導電線芯和其他電工用鋁導線，其質量好壞直 接影響鋁導線的優劣。純鋁電工圓桿強度偏低，加入銅元素可以改善鋁電工圓桿的力學性 能，但加入量過高會導致其電學性能大幅下降。研究表明：鋁及鋁合金中加入適量的稀土 CE，在導電率下降不多的情況下，不僅能凈化合金熔體、細化合金晶粒尺寸，還可提高鋁合 金的高溫性能；李慧中等發現在2519合金中加入適量的稀土 CE可使合金中第二相粒子球 化。目前，還未發現關于稀土 CE對Al-2. 5%Mg合金微觀組織、力學性能及二次相分布形式 的研究報導，基于此，本實驗考察了不同稀土 CE加入量對Al-2. 5%Mg合金組織和性能的影 響。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是：提供一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料及其制備工 藝，已解決現有技術的不足。
[0004] 本發明的技術方案是：一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料，其組分質量分數為：Mg : 2. 5, CE :0· 1-0. 3, Si :0· 065, Fe :0· 1，其余為 A1。
[0005] 一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料的制備工藝，原材料為的工業純鋁、Al-10%Mg、 A1-10%CE中間合金，進行熔煉，熔煉溫度控制在800°C，740°C將中間合金壓入金屬液體，用 純鈦棒攪拌三分鐘后，加入六氯乙烷進行精煉，扒渣后澆注到預熱至280°C左右的鋼模中， 燒鑄。
[0006] 本發明的有益效果：（1)在Al-2.5%Mg合金中添加稀土元素 CE后，鑄態組織得到 明顯的細化并減小二次枝晶間距；0. 2%的CE加入Al-2. 5%Mg合金中可以形成彌散分布于 晶界的CEA13與A16Mg6CE等球化物相，起到釘扎晶界的作用；過量加入稀土 CE后會弱化對 組織細化作用，反而形成粗大粒狀物相分布在晶界處，粗化晶界，導致力學性能下降。
[0007] ⑵在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE，抗拉強度、伸長率、耐熱溫度及導電率 都呈先增后降趨勢，綜合考慮添加〇. 2%時合金性能相對良好，抗拉強度達到152. 5MPa，伸 長率為23. 55%，耐熱溫度為126°C，導電率為48. 85IACS%。
【附圖說明】
[0008] 圖1為圖1 Al-2. 5%Mg-xCE合金的金相顯微照片；a.Al-2. 5%Mg ; b.Al-2.5%Mg-0.05%CE ；c.Al-2. 5%Mg-〇.10%CE ；d.Al-2.5%Mg-〇.15%CE ； e. Al-2. 5%Mg-0. 20%CE ；f. Al-2. 5%Mg -〇. 25% CE ； 圖 2 為圖 2 Al-2. 5%Mg-xCE 合金的微觀形貌（SEM) ;a.Al-2. 5%Mg ; b. Al-2. 5%Mg-0. 10%CE ；c. Al-2. 5%Mg-〇. 20%CE ；d. Al-2. 5%Mg-〇. 25%CE ； 圖 3為 Al-2. 5%Mg-xCE 合金的 X 射線衍射圖譜；a.Al-2. 5%Mg ;b.Al-2. 5%Mg-0. 20%CE。
【具體實施方式】
[0009] 原材料為的工業純鋁(質量分數為99. 7%)、Al-10%Mg、A1-10%CE中間合金。實 驗合金名義和實際成分如下表1。用剛玉坩堝在井式電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度控制在 800°C，740°C左右將中間合金壓入金屬液體，用純鈦棒攪拌三分鐘后，加入六氯乙烷（C 2C16) 進行精煉，扒渣后澆注到預熱至280°C左右的鋼模中，每種狀態澆鑄10根Φ 12mmX 120mm的 鋁棒；性能測試時，室溫和高溫力學分別測試5根試樣，且鋁棒兩端各鋸掉Φ 17mmX 10mm， 以保證實驗準確性。
[0010] 借助ICAP-6300型全譜直讀型ICP光譜儀檢測合金中加入微量元素的實際收得 率；利用OlCempus - BH2光學顯微鏡、KCEKY-2800B掃描電鏡、AP0LL0-10X能譜儀觀察合 金微觀組織形貌及元素分布，X'Pert PRO X射線多晶衍射儀分析合金中的物相組成。用 CSS-4410電子萬能材料實驗機測試合金室溫力學性能，UTM4304高溫蠕變實驗機測試合金 的高溫力學性能，拉伸速率均為lmm/min ;室溫下，用Sigma2008B/C數字渦流金屬電導率儀 測試合金電學性能。
[0011] 圖1為Al-2.5%Mg與Al-2.5%Mg+xCE合金的鑄態組織，可以看出隨著CE加入量 的變化，其對合金鑄態組織的細化效果存在著差異。Al-2.5%Mg合金主要為非平衡的共晶組 織，晶粒的尺寸大約90 μ m，二次枝晶間距約為25 μ m (圖la);添加0. 10%-0. 20%CE后，晶粒 細化趨勢明顯，且組織趨于均勻（圖lb、c、d);當添加0. 20%CE時，晶粒細化效果最為顯著， 晶粒的大小約為30 μ m ;在CE添加量增加到0. 25%的合金中，又出現了非平衡的共晶組織， 晶粒粗化（圖If)。
[0012] 圖2給出了加 CE前后Al-2. 5%Mg合金鑄態組織的SEM顯微照片。觀察可知未加 CE 時，晶界處分布的第二相較少，晶粒粗大；隨著CE添加量增加，晶界處第二相粒子增多，CE 添加量為〇. 20%時，局部可以看到出現球化現象（圖2c);CE添加量為0. 25%時，大量粗大粒 狀化合物富集在晶界處，晶粒細化程度下降（圖3d)。對Al-2. 5%Mg-0. 20%CE進行EDS分析 (表2)，Al、Mg和CE元素原子分數之比大約為6 :6 :1，由此推斷該化合物可能是A16Mg6CE。 為了進一步確定合金相組成，對合金進行X射線衍射分析（圖3)，由分析結果可知：CE加入 合金后，主要和Al、Mg形成A16Mg6CE相和可能的A13CE化合物相。
[0013] 表3為Al-2. 5%Mg_ x CE合金的力學、電學及耐熱性能。耐熱溫度指合金在該溫度 下保溫一定時間后強度的殘存率為90%時所對應的加熱溫度，是評價導體材料在較高溫度 工作時的性能指標，導電鋁合金的耐熱溫度越高，其使用溫度就越高，載流量也就越大[9]。 分析數據得知：隨著CE添加量的增加，抗拉強度、伸長率、耐熱溫度及導電率都呈先增后降 趨勢：當添加〇. 20%CE時達到峰值，抗拉強度達到152. 5MPa，伸長率為23. 55%，耐熱溫度為 126°C ;CE添加量為0. 1%時，導電率達到峰值，為49. 4IACS%。
[0014] A1-CE相圖左端，溫度為636. 85°C時，有共晶反應位于A1與A13CE之間：L- α-Α1 +A13CE。根據實驗數據分析可知：隨CE加入量不同，對Al-2. 5%Mg合金組織及性能的影響也 存在差異。首先，稀土 CE加入合金之后，可以形成A16Mg6與A13CE等化合物相，A16Mg6CE 相的形成，消耗了合金中Mg元素，一方面合金中部分相的形成溫度范圍有所改變，溶質再 分配將導致該處的成分過冷增大，晶粒得以細化，且這些彌散分布于晶界附近的高熔點化 合物具有很好的熱穩定性，能釘扎晶界和位錯，從而提高合金力學及耐熱性能；另一方面弱 化了 Mg元素在α-ΑΙ中引起的晶格畸變，降低電子散射，導電性能得到提升。其次，由于鋁 和稀土的原子結構不同，故稀土在鋁及鋁合金中固溶度較小，在合金凝固的時候，受擴散 動力學的條件限制，大量CE原子聚集在固液接口前沿，阻礙晶界長大，同時使得在固液接 口分支交接處產生縮頸、熔斷，出現第二相球化的特征，合金力學及耐熱性能提升，但晶粒 細化會增加電子散射，對導電性能不利。稀土 CE在Α1基體中的固溶度較小，添加過量的CE 后，形成大量的CE化合物存在晶界上，導致晶界粗化，因而當CE添加量達到0. 25%時，晶界 處出現粗大的粒狀組織，合金綜合性能下降。
[0015] (1)在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE后，鑄態組織得到明顯的細化并減小 二次枝晶間距；〇. 2%的CE加入Al-2. 5%Mg合金中可以形成彌散分布于晶界的CEA13與 A16Mg6CE等球化物相，起到釘扎晶界的作用；過量加入稀土 CE后會弱化對組織細化作用， 反而形成粗大粒狀物相分布在晶界處，粗化晶界，導致力學性能下降。
[0016] ⑵在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE，抗拉強度、伸長率、耐熱溫度及導電率 都呈先增后降趨勢，綜合考慮添加〇. 2%時合金性能相對良好，抗拉強度達到152. 5MPa，伸 長率為23. 55%，耐熱溫度為126°C，導電率為48. 85IACS%。
【主權項】
1. 一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料，其特征在于：其組分質量分數為：Mg:2. 5,CE: 0· 1-0. 3,Si:0· 065,Fe:0· 1，其余為A1。2. 根據權利要求1所述的一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料的制備工藝，其特征在于： 原材料為的工業純鋁、Al-10%Mg、A1-10%CE中間合金，進行熔煉，熔煉溫度控制在800°C， 740°C將中間合金壓入金屬液體，用純鈦棒攪拌三分鐘后，加入六氯乙烷進行精煉，扒渣后 澆注到預熱至280°C左右的鋼模中，澆鑄。
【專利摘要】本發明公開了一種含鈰的Al-2.5%Mg合金材料，其特征在于：其組分質量分數為：Mg：2.5，CE：0.1-0.3，Si：0.065，Fe：0.1，其余為Al。制備工藝：原材料為的工業純鋁、Al-10%Mg、Al-10%CE中間合金，進行熔煉，熔煉溫度控制在800℃，740℃將中間合金壓入金屬液體，用純鈦棒攪拌三分鐘后，加入六氯乙烷進行精煉，扒渣后澆注到預熱至280℃左右的鋼模中，澆鑄。
【IPC分類】C22C21/08
【公開號】CN105441744
【申請號】CN201410512567
【發明人】溫興琴
【申請人】溫興琴
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年9月29日