2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 4
2.实验材料及实验方法 实验材料及实验方法
2.1 稀土元素的选择
镧、铈是比较理想的元素，其最外层电子排布分别为 铈是比较理想的元素， 5d16s2、4f15d16s2。从电子层结构来看，La、Ce中都含 从电子层结构来看，La、Ce中都含 有较多的自由电子， Ce的自由电子是La的 的自由电子是La 有较多的自由电子，而Ce的自由电子是La的2倍。与其 它稀土元素相比，La、Ce是电的良导体 是电的良导体。 它稀土元素相比，La、Ce是电的良导体。
3.2.3 热处理后组织与性能分析
表3.2 退火方案
500℃ ×0.5h 500℃ ×1h 500℃ ×1.5h 550℃ ×0.5h 550℃ ×1h 550℃ ×1.5h 600℃ ×0.5h 600℃ ×1h 600 ℃ ×1.5h
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-8
1-9
2-1
1.5
退火温度/h
退火温度/h
图3.18 2#试样退火后的抗拉强度
图3.19 2#试样退火后的延伸率
2010/9/7
JiangXi University Of Science And Technology
20
a
b
c
图3.21 3#试样500℃的组织图
(a) 500℃×0.5h ;
2010/9/7
（b）500℃×0.5h ;
2010/9/7
JiangXi University Of Science And Technology
2
1.研究的背景和意义 1.研究的背景和意义
我国稀土资源丰富， 我国稀土资源丰富，利用稀土元素在铜及铜合金中 的综合作用， 的综合作用，用微量稀土元素对铜及铜合金进行微合 金化处理，可大幅度地提高铜及铜合金的综合性能。 金化处理，可大幅度地提高铜及铜合金的综合性能。 稀土元素可以净化铜合金基体，去除铜合金中氧、 稀土元素可以净化铜合金基体，去除铜合金中氧、硫 等杂质，改善铜及铜合金的高温性能和热加工性能， 等杂质，改善铜及铜合金的高温性能和热加工性能， 减少铜及铜合金的热裂倾向，提高热塑性、 减少铜及铜合金的热裂倾向，提高热塑性、耐热和耐 蚀性能。稀土元素的加入，会提高铜及铜合金的导热、 蚀性能。稀土元素的加入，会提高铜及铜合金的导热、 导电性能，改善纯铜的机械性能。 导电性能，改善纯铜的机械性能。稀土元素会提高铜 及铜合金的抗拉强度，延伸率，同时硬度也得到提高， 及铜合金的抗拉强度，延伸率，同时硬度也得到提高， 改善纯铜的冷加工性能和焊接性。 改善纯铜的冷加工性能和焊接性。稀土元素在铜及铜 合金中起净化、变质及微合金化作用， 合金中起净化、变质及微合金化作用，使铜合金的导 电性能、热塑性能、耐腐蚀性能、导热、耐热、耐磨、 电性能、热塑性能、耐腐蚀性能、导热、耐热、耐磨、 耐蚀及冷加工性能等均有所改善， 耐蚀及冷加工性能等均有所改善，为铜及铜合金拓展 了应用前景。 了应用前景。
组别 0# 1# 2# 3# 4# Ce 0.00 Wt % 0.02 Wt % 0.04 Wt % 0.06 Wt % 0.08 Wt % Cu 余量 余量 余量 余量 余量
2010/9/7
JiangXi University Of Science And Technology
8
3.2.1 铸态合金的组织与性能分析 a b
2.2 试样的制备
稀土元素极为活泼，在室温下就很容易氧化。因此， 稀土元素极为活泼，在室温下就很容易氧化。因此， 在制备试样时，应采取合适的工艺熔炼铜合金。 在制备试样时，应采取合适的工艺熔炼铜合金。本实验 采用稀土以Cu La、Cu-Ce中间合金的形式加在纯铜中 Cu中间合金的形式加在纯铜中。 采用稀土以Cu-La、Cu-Ce中间合金的形式加在纯铜中。
500℃ 550℃ 600℃
1.5
0.08%Ce
0.5 1.0
500℃ 550℃ 600℃
1.5
退 火 时 间 /h
退 火 时 间 /h
不同稀土Ce含量的硬度比较
2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 16
a
b
c
图3.13 1#试样500℃的组织图
(a)0.02%Ce;
2010/9/7
（b）0.04%Ce;
(c)0.06%Ce;
(d) 0.08%Ce
25
JiangXi University Of Science And Technology
3.3本章小结
（1）1#到4#别为稀土Ce含量0.02 Wt %、0.04 Wt %、0.06 Wt %、0.08 Wt %。在铸态，1#试样平均抗拉强度104.79MPa，平 均延伸率14%；2#试样平均抗拉强度118.69 MPa，平均延伸率 为19.76%；3#试样平均抗拉强度110.93 MPa，平均延伸率为 16.79%；4#试样平均抗拉强度108.22 MPa,平均延伸率为 15.36%。2号试样具有良好的综合性能。 （2）合金热轧开轧温度为850℃，保温时间1h。热轧后稀土Ce 添加量为0.04 Wt %的纯铜电导率最好为99.8％IACS，抗拉强度 为253.5 Mpa，延伸率为7.67%。 （3）通过对实验数据及对合金金相的分析：2#（含0.04 Wt%的 稀土Ce）合金按工艺（500℃退火温度+0.5h保温时间）处理后 的综合性能最佳，其抗拉强度为154MPa,延伸率为51%，硬度为 98.42HV。
JiangXi University Of Science And Technology
13
100
电导率 电导率（%IACS）
99
98
97
96
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
Ce (质 量 分 数 ,%)
图3.11 稀土Ce含量对热轧坯料电导率的影响
2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 14
(a) 500℃×0.5h ;
2010/9/7
（b）500℃×0.5h ;
(c) 500℃×0.5h
17
JiangXi University Of Science And Technology
152
52
50
151
500℃ 550℃ 600℃
s b/MPa
s ( %)
500℃ 550℃ 600℃
0.5 1.0 1.5
250
8
240
6
s b/MPa
230
s ( %)
4
220 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08
2 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08
Ce（质量分数，%）
Ce（质量分数，%）
图3.9 稀土Ce含量对热轧态抗拉强度的影响
图3.10 稀土Ce含量对热轧态延伸率的影响
2010/9/7
0.04%Ce
硬度（HV）
60 55 50 45 0.5
硬度（HV）
65
80
500℃ 550℃ 600℃
1.0 1.5
70 0.5
500℃ 550℃ 600℃
1.0 1.5
退火时间/h
80
退 火 时 间 /h
79 78
硬度（HV）
硬度（HV）
70
77 76 75 74
60
50
0.06%Ce
40 0.5 1.0
2010/9/7
（b）500℃×0.5h ;
(c) 500℃×0.5h
19
JiangXi University Of Science And Technology
154
50
s b/MPa
152
s ( %)
500℃ 550℃ 600℃
48
46
150 0.5 1.0 1.5
0.5 1.0
500℃ 550℃ 600℃
微量稀土元素镧 和铈对纯铜性能的影响
导 师:王跃臣 副教授 答 辩 人:梁琦明 专 业:凝聚态物理
2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 1
报告内容
1 2 3 4 5
选题背景和意义 实验材料及实验方法 稀土铈对纯铜性能的影响 稀土镧对纯铜性能的影响 结论与展望
(a)0.02%Ce;
（b）0.04%Ce;
(c)0.06%Ce;
(d) 0.08%Ce
c
d
图3.1 不同稀土Ce含量的铸锭组织
2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 9
98
80
96
硬度（HV）
70
电导率（%IACS）
94 92 90 88 86
2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 5
2.3.实验方案 2.3.实验方案
图2.1 实验步骤
2010/9/7 JiangXi University Of Science And Technology 6
3.稀土铈对纯铜性能的影响 3.稀土铈对纯铜性能的影响
23
JiangXi University Of Science And Technology
综合分析
100 95 90 85 80 75
98.5
图3.28
100.0
图3.29