新型稀土碲铜合金材料及抗氧化性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:hnzxjl
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铜及铜合金由于其优良的导电导热性广泛应用于电子封装材料、硅芯片衬底、.电接触器触头支撑体和触头材料、触头开关、电焊用电极材料等领域。随着工业要求标准提高,迫切需要研究与开发具有特种用途的高强高导铜合金,目前对高强高导铜合金的研究主要集中在Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-M、Cu-Fe系列,但这类合金各自存在成本较高、添加困难、导电率偏低等缺点,因此对新型高强高导铜合金研发成为必然。同时由于铜在高温下易氧化,从而增加了电阻,降低了元件的工作效率,甚至导致元件失效。因此改善铜的高温抗氧化能力,对进一步扩大铜的应用领域具有重要意义。我国目前使用的矿热炉电极一般为锡青铜、锆青铜、铬青铜、锆铬青铜系列,这种材料的电极虽有较高的导电率,但其强度、硬度和软化温度都偏低,因此使用寿命较短,而电极材料又是一种易耗品,而多元稀土碲铜合金材料具有高强、高导电、高硬度和高软化温度等综合性能,所以可以在复杂工况下应用于,提高电极的综合性能指标和使用寿命。随着现代工业的发展,对电极材料的强度、软化点和导电性能等提出了更高的要求,尤其是矿热炉电极、铜瓦、集电环、接线板、连铸机结晶器、高炉风口及本体等对材料的高温强度、高温燃气腐蚀性能、高温抗氧化性能、高温导电性能及导热性能等要求非常高,因此研究开发相关材料意义重大。结合本课题组研制的新型稀土碲铜合金在实际工况中的应用,即在特定工况下应用时存在着氧化问题,本文探讨了在纯铜中添加微量的非金属碲(Te)元素和富铈(Ce)混合稀土多元合金材料的抗拉强度、导电性能,着重研究了合金在中、高温下的氧化腐蚀行为,非金属碲、富铈混合稀土对铜材的抗氧化性作用效应及机制,试图应用于矿热炉导电瓦板、集电环、高炉风口、电器化电路触头支撑体及触头材料等行业的零部件,以期对铜合金工程领域的材料研究应用能有一定的指导作用。本文运用金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜、能谱等方法研究了不同Ce含量的新型稀土碲铜合金材料。结果表明:(1)稀土碲铜合金材料的富铈混合稀土能细化晶粒、净化晶界,使材料纤维组织致密,从而提高了合金的电导率和抗拉强度;同时也改善了合金的高温抗氧化性能与高温燃气腐蚀能力。(2)稀土碲铜合金在20℃、300℃、400℃下的抗拉强度都有所提高,说明稀土对碲铜合金的组织起到细化增强效果,晶粒越细,形变的不均匀性便越小,引起的应力集中也越小,开裂的机会也就随之而相应地减少了,致使其抗拉强度略有提高。(3)稀土碲铜中微量的富铈混合稀土对其高温(400℃)下电导率有提高作用。其主要原因是合金材料在熔炼过程中由于稀土元素的作用,与合金中的杂质元素反应生成熔渣而被清除,从而净化了合金,使得合金的纯净度提高,同时降低了杂质元素对碲铜合金的有害作用。(4)稀土碲铜合金中混合稀土的含量应控制在0.02%-0.3%之间,此范围内其细化晶粒、净化晶界的效果最显著,无论从抗拉强度、电导率、抗腐蚀性能等多个方面均有优良的数值,综合性能较为突出。随着含量的增高,材料的强度上升,塑性变差。(5)稀土碲铜合金的抗氧化能力在较低温度下较纯铜有所下降。在较高温度下具有良好的抗氧化性能。(6)合金氧化物增重和氧化时间的关系曲线遵守抛物线规律。(7)添加了稀土Ce的氧化膜产生的裂纹要比未添加稀土Ce的氧化膜产生的裂纹小。
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