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(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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(shù)】
[0002] 鋁電工圓鋁桿用于拉制電線電纜、導(dǎo)電線芯和其他電工用鋁導(dǎo)線，其質(zhì)量好壞直 接影響鋁導(dǎo)線的優(yōu)劣。純鋁電工圓桿強(qiáng)度偏低，加入銅元素可以改善鋁電工圓桿的力學(xué)性 能，但加入量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致其電學(xué)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(dǎo)電率下降不多的情況下，不僅能凈化合金熔體、細(xì)化合金晶粒尺寸，還可提高鋁合 金的高溫性能；李慧中等發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)關(guān)于稀土 CE對(duì)Al-2. 5%Mg合金微觀組織、力學(xué)性能及二次相分布形式 的研究報(bào)導(dǎo)，基于此，本實(shí)驗(yàn)考察了不同稀土 CE加入量對(duì)Al-2. 5%Mg合金組織和性能的影 響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)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(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料，其組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yè)純鋁、Al-10%Mg、 A1-10%CE中間合金，進(jìn)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(jìn)行精煉，扒渣后澆注到預(yù)熱至280°C左右的鋼模中， 燒鑄。
[0006] 本發(fā)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(tài)組織得到 明顯的細(xì)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(guò)量加入稀土 CE后會(huì)弱化對(duì) 組織細(xì)化作用，反而形成粗大粒狀物相分布在晶界處，粗化晶界，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。
[0007] ⑵在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE，抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、耐熱溫度及導(dǎo)電率 都呈先增后降趨勢(shì)，綜合考慮添加〇. 2%時(shí)合金性能相對(duì)良好，抗拉強(qiáng)度達(dá)到152. 5MPa，伸 長(zhǎng)率為23. 55%，耐熱溫度為126°C，導(dǎo)電率為48. 85IACS%。
【附圖說(shuō)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(shí)施方式】
[0009] 原材料為的工業(yè)純鋁(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 7%)、Al-10%Mg、A1-10%CE中間合金。實(shí) 驗(yàn)合金名義和實(shí)際成分如下表1。用剛玉坩堝在井式電阻爐中進(jìn)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(jìn)行精煉，扒渣后澆注到預(yù)熱至280°C左右的鋼模中，每種狀態(tài)澆鑄10根Φ 12mmX 120mm的 鋁棒；性能測(cè)試時(shí)，室溫和高溫力學(xué)分別測(cè)試5根試樣，且鋁棒兩端各鋸掉Φ 17mmX 10mm， 以保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。
[0010] 借助ICAP-6300型全譜直讀型ICP光譜儀檢測(cè)合金中加入微量元素的實(shí)際收得 率；利用OlCempus - BH2光學(xué)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(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試合金室溫力學(xué)性能，UTM4304高溫蠕變實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試合金 的高溫力學(xué)性能，拉伸速率均為lmm/min ;室溫下，用Sigma2008B/C數(shù)字渦流金屬電導(dǎo)率儀 測(cè)試合金電學(xué)性能。
[0011] 圖1為Al-2.5%Mg與Al-2.5%Mg+xCE合金的鑄態(tài)組織，可以看出隨著CE加入量 的變化，其對(duì)合金鑄態(tài)組織的細(xì)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(xì)化趨勢(shì)明顯，且組織趨于均勻（圖lb、c、d);當(dāng)添加0. 20%CE時(shí)，晶粒細(xì)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(xiàn)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(tài)組織的SEM顯微照片。觀察可知未加 CE 時(shí)，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(shí)，局部可以看到出現(xiàn)球化現(xiàn)象（圖2c);CE添加量為0. 25%時(shí)，大量粗大粒 狀化合物富集在晶界處，晶粒細(xì)化程度下降（圖3d)。對(duì)Al-2. 5%Mg-0. 20%CE進(jìn)行EDS分析 (表2)，Al、Mg和CE元素原子分?jǐn)?shù)之比大約為6 :6 :1，由此推斷該化合物可能是A16Mg6CE。 為了進(jìn)一步確定合金相組成，對(duì)合金進(jìn)行X射線衍射分析（圖3)，由分析結(jié)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(xué)、電學(xué)及耐熱性能。耐熱溫度指合金在該溫度 下保溫一定時(shí)間后強(qiáng)度的殘存率為90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的加熱溫度，是評(píng)價(jià)導(dǎo)體材料在較高溫度 工作時(shí)的性能指標(biāo)，導(dǎo)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(shù)據(jù)得知：隨著CE添加量的增加，抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、耐熱溫度及導(dǎo)電率都呈先增后降 趨勢(shì)：當(dāng)添加〇. 20%CE時(shí)達(dá)到峰值，抗拉強(qiáng)度達(dá)到152. 5MPa，伸長(zhǎng)率為23. 55%，耐熱溫度為 126°C ;CE添加量為0. 1%時(shí)，導(dǎo)電率達(dá)到峰值，為49. 4IACS%。
[0014] A1-CE相圖左端，溫度為636. 85°C時(shí)，有共晶反應(yīng)位于A1與A13CE之間：L- α-Α1 +A13CE。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：隨CE加入量不同，對(duì)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(zhì)再 分配將導(dǎo)致該處的成分過(guò)冷增大，晶粒得以細(xì)化，且這些彌散分布于晶界附近的高熔點(diǎn)化 合物具有很好的熱穩(wěn)定性，能釘扎晶界和位錯(cuò)，從而提高合金力學(xué)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(dǎo)電性能得到提升。其次，由于鋁 和稀土的原子結(jié)構(gòu)不同，故稀土在鋁及鋁合金中固溶度較小，在合金凝固的時(shí)候，受擴(kuò)散 動(dòng)力學(xué)的條件限制，大量CE原子聚集在固液接口前沿，阻礙晶界長(zhǎng)大，同時(shí)使得在固液接 口分支交接處產(chǎn)生縮頸、熔斷，出現(xiàn)第二相球化的特征，合金力學(xué)及耐熱性能提升，但晶粒 細(xì)化會(huì)增加電子散射，對(duì)導(dǎo)電性能不利。稀土 CE在Α1基體中的固溶度較小，添加過(guò)量的CE 后，形成大量的CE化合物存在晶界上，導(dǎo)致晶界粗化，因而當(dāng)CE添加量達(dá)到0. 25%時(shí)，晶界 處出現(xiàn)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(tài)組織得到明顯的細(xì)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(guò)量加入稀土 CE后會(huì)弱化對(duì)組織細(xì)化作用， 反而形成粗大粒狀物相分布在晶界處，粗化晶界，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。
[0016] ⑵在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE，抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、耐熱溫度及導(dǎo)電率 都呈先增后降趨勢(shì)，綜合考慮添加〇. 2%時(shí)合金性能相對(duì)良好，抗拉強(qiáng)度達(dá)到152. 5MPa，伸 長(zhǎng)率為23. 55%，耐熱溫度為126°C，導(dǎo)電率為48. 85IACS%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含鈰的Al-2. 5%Mg合金材料，其特征在于：其組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Mg:2. 5,CE: 0· 1-0. 3,Si:0· 065,Fe:0· 1，其余為A1。2. 根據(jù)權(quán)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(yè)純鋁、Al-10%Mg、A1-10%CE中間合金，進(jìn)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(jìn)行精煉，扒渣后 澆注到預(yù)熱至280°C左右的鋼模中，澆鑄。
【專利摘要】本發(fā)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Mg：2.5，CE：0.1-0.3，Si：0.065，F(xiàn)e：0.1，其余為Al。制備工藝：原材料為的工業(yè)純鋁、Al-10%Mg、Al-10%CE中間合金，進(jìn)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(jìn)行精煉，扒渣后澆注到預(yù)熱至280℃左右的鋼模中，澆鑄。
【IPC分類】C22C21/08
【公開號(hào)】CN105441744
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410512567
【發(fā)明人】溫興琴
【申請(qǐng)人】溫興琴
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年9月29日