稀土添加剂在铜及铜合金中的应用与展望

第19卷1998第3期年9月上海有色金属Vol.19No.3SHANGHAINONFERROUSMETA]比阮pt.1998稀土添加剂在铜及铜合金中的应用与展望廖乐杰(赣州三江特种合金有限公司,赣州341100)周平(成都市电力有色金属制品厂)张钊(株洲特种电磁线厂)摘要本文介绍了铜一稀土添加剂的生产工艺,综述了稀土添加剂在铜及铜合金中的应用概况,并展望了稀土添加剂发展前景。关键词铜;铜合金;稀土;添加剂;应用前景1前言近年来,我国在稀土的推广应用方面取得了很大的进展,尤其是稀土作为添加剂在金属材料中的应用已经得到了人们的共识。如在冶金工业中,稀土常被称之为金属材料的“维生素”。但与钢铁、铝等相比,稀土在铜及铜合金中的应用尚存在着很大的差距,这与人们在理论上或实践上的认识差距有关。为了拓宽稀土的应用领域,同时也为推广稀土在铜及铜合金中的应用提供一些帮助,本文将近年来稀土在铜及铜合金中的应用工作作些综述。多。稀土添加剂的生产方法一般是:先在中频炉中将电解铜熔化,并加人碎玻璃和氯盐除气造渣,当铜液温度达到工艺要求后,加人经预热过的稀土,再经搅拌、静止后,浇铸成Ik留块重的稀土添加剂〔‘〕。该添加剂具有易破碎、能显著地细化铜及铜合金的晶粒组织、改善铜及铜合金材料性能、提高铜及铜合金的导电、导热性能等综合效果。表1铜.稀土添加剂的化学组成《Wt%)代号{RE}CuCuRE皿。9.11余量2稀土添加剂的生产工艺概述稀土添加剂以优质电解铜作基体,加人适量的单一或混合稀土金属熔炼而成,其化学成分如表1所示。就目前的稀土应用情况而言,一般以h、Ce、Pr、Y等稀土元素居收稿日期:197年一2月30日3稀土添加剂的应用近年来,稀土的冶炼技术有了飞快的发展,各种稀土产品已相继投人生产,稀土的应用亦不断开拓新的领域。稀土在铜及铜合金中的应用早在50年代就已经开始研究,第3期廖乐杰等:稀土添加剂在铜及铜合金中的应用与展望133但其进展比较缓慢。为便于叙述起见,下面按铸件与压力加工材的分类来进行介绍。3.1稀土添加剂在铜及铜合金铸件中的应用3.1.1在水暖器材的铜合金中的应用随着经济的发展、社会的进步,人们对物质生活水平的要求愈来愈高,其表现之一为越来越多的高、中档水暖器材已不仅停留在高、中档宾馆中使用,而且逐步进人了千家万户的平民百姓家中。这就给水暖器材的生产厂家提供了更为广阔的市场,同时也对其生产厂家提出了更高的质量要求,因为它不仅需要外形美观大方;同时还需要具有良好的内部质量;更需要有低廉的价格。对此,广东、上海等地的生产厂家试图应用稀土添加剂来改善和提高水暖器材的质量,并获得了良好的效果。他们的应用结果表明,稀土添加剂在水暖器材中应用的最大特点就在于:稀土添加剂能明显改善水暖器材铜合金铸件的铸坯组织,并且具有极强的除渣能力,从而能较好地解决水暖器材中常见的泄漏缺陷。据此,稀土添加剂在水暖器材中的使用,便由试验阶段转人了应用阶段。3.1.2在高炉风口及氧枪喷头中的应用炼钢高炉中的风口、氧枪喷头不仅需要具备良好的导电、导热性能,而且希望有较高的高温软化温度,其风口还应当具有一定的耐压能力。目前,国内生产的风口、氧枪喷头大都因其使用寿命短而困扰着生产厂家。为了延长风口的使用寿命,不少厂家在紫铜中加人zr、B等微量元素,但没有取得根本性的突破。近几年来,武汉、汕头、烟台、济南以及南昌等钢铁企业和高炉风口专业厂家在生产高炉风口、氧枪喷头的过程中加人适量的稀土添加剂后,获得了较明显的效果。主要表现在:风口、氧枪的导电、导热性能好,高温软化温度高(可达到280℃以上),且耐压性能好(一般不小于200MPa)和不泄漏,从而较好地改善和提高了风口、氧枪喷头的使用寿命。这些结果与笔者研制的高导电稀土铜铸件所得出的结论是一致的[2]。3.1.3在工艺装饰品铜合金铸件中的应用铜合金工艺品由于造型美观大方、表面光泽度好而深受人们的喜爱,尤其是近年来发展较快的仿金工艺品,更加受到广大消费者的青睐。目前,工艺品都不同程度地存在着一些质量问题。表现之一就是内部组织存在缺陷,如夹渣、疏松、气孔等,有的缺陷只经稍加表面处理后便可看到;其次是光泽度保持时间短;三是仿金合金的表面和内部颜色(金黄色)不一。在工艺品铜铸件中加人适量稀土添加剂后,由于稀土元素的原子半径(0.174一o.24nm)比铜的原子半径大得多,所以稀土原子很容易填补正在生长中的铜及铜合金晶粒新相的表面缺陷,生成能阻碍晶粒继续生长的膜,从而使晶粒细化为微晶,这便是稀土添加剂在铜及铜合金中的微晶化作用[3]。另外,稀土添加剂还能改善铜合金工艺品的表面光泽度,尤其是在仿金合金中加人适量稀土添加剂后,不仅可以有效地延长仿金合金表面光泽的时间;而且还能获得内部和表面趋于一致光泽的仿金工艺品铸件。3.1.4在耐磨铜合金中的应用