1.稀土銅

銅及銅合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，良好的耐蝕性，無磁性和對(duì)水中微生物及藻類的防腐性、易于塑性加工和良好的可焊性等一系列特殊性能，且便于鑄造，已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要材料，被廣泛應(yīng)用于電子 、機(jī)電 、航空、航天等部門。

稀土元素具有典型的金屬性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)極為活潑，幾乎能與惰性氣體以外的所有元素相互作用，是冶金工業(yè)中的“味精”。

稀土在銅及銅合金中的應(yīng)用在20世紀(jì)50年代就引起了各國科技工作者的廣泛關(guān)注，目前已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。我國早在20世紀(jì)60年代就開始稀土在銅及銅合金中的應(yīng)用研究，當(dāng)時(shí)的研究較多地集中在改善銅及銅合金的冷熱加工性能、耐蝕性能和耐磨性能上，并取得了一些有實(shí)用價(jià)值的成果，但這些研究一直進(jìn)展緩慢，開發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域也不多。

2.稀土對(duì)銅及銅合金組織的影響

01凈化組織

稀土凈化銅及銅合金組織主要有兩種方式：

（1）稀土與氧和硫的親和勢(shì)很強(qiáng)，形成熔點(diǎn)較高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，比重較小的稀土化合物，從而達(dá)到脫硫、脫氧的作用；又稀土元素很容易與原子態(tài)氫發(fā)生作用，生成RH2或RH3型穩(wěn)定氫化物(R代表稀土金屬)，這些氫化物以固溶體的形式溶于銅合金中，從而消除了氫的有害作用。

（2）稀土與Pb、Bi等元素生成比銅熔點(diǎn)高的高熔點(diǎn)金屬間化合物，因此在銅熔鑄過程中，可以保持固體狀態(tài)，與熔渣一起從液體金屬銅合金中排除，達(dá)到脫P(yáng)b、Bi的目的。 

02細(xì)化組織

稀土對(duì)銅及銅合金顯微組織的影響主要體現(xiàn)為細(xì)化晶粒，減少或消除柱狀晶，擴(kuò)大等軸晶區(qū)的作用。

關(guān)于稀土細(xì)化銅及銅合金組織的作用機(jī)理主要存在三種觀點(diǎn)：

(1)形成新晶核，抑制晶粒長大。

(2)微晶化作用。

(3)合金化作用。

03稀土對(duì)夾雜物組織的影響

稀土對(duì)夾雜物組織的影響主要是改變雜質(zhì)的形態(tài)和分布。其主要表現(xiàn)有以下四種：

(1)減輕或消除合金結(jié)構(gòu)中的樹枝狀晶形和柱狀結(jié)晶。

(2)使合金中某些呈條狀、片狀甚至塊狀的雜質(zhì)，從而改善或提高了銅及其合金的機(jī)械及加工性能。

(3)使合金中的某些有害雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)在金屬微觀體積上的再分布，或?qū)δ承╇s質(zhì)的宏觀偏析發(fā)生影響，導(dǎo)致各種性能得以提高。

(4)含稀土的化合物被吸附在金屬或合金的晶界上，減少合金晶界上低熔點(diǎn)有害雜質(zhì)的數(shù)量，從而減弱合金的高溫回火脆性。

3.稀土對(duì)銅及銅合金性能的影響

01對(duì)加工性能的影響

在銅合金中加入適量稀土金屬，可以改善銅及銅合金的鑄造性能。對(duì)不同種類的銅合金，加入稀土后流動(dòng)性可提高30%～40%。

添加0.01%～0.03%混合稀土可顯著提高變形鉛黃銅的高溫延伸率，改善熱加工性能，減輕或消除熱軋開裂現(xiàn)象。稀土元素去除雜質(zhì)的作用使晶界的強(qiáng)度提高，脆化相數(shù)量減少，因而使銅合金的高溫σb 和δ均得以提高。加入稀土可使殘余應(yīng)力值降低，稀土在一定變形度范圍內(nèi)(<14 %)可提高材料的冷變形能力。

02對(duì)耐磨性能的影響

稀土和銅元素可以形成硬度較高、分布均勻的金屬間化合物，這些化合物成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力；而且稀土可以有效地改善夾雜物的存在形式和分布，減少其弱化晶界的可能，減少了承受載荷時(shí)沿晶界開裂的幾率，因而提高了耐磨性。

含有稀土的鑄造黃銅具有較高的硬度及良好的塑性及韌性，可以縮短跑合階段的時(shí)間，延長穩(wěn)定磨損的階段，從而達(dá)到減少磨耗,延長工件使用壽命的目的。在高錳鋁青銅中添加Ce和B，可使其干摩擦磨損減少20%左右，潤滑摩擦磨損量減少50%左右。

03對(duì)機(jī)械性能和導(dǎo)電性能的影響 

稀土對(duì)銅及銅合金機(jī)械性能的影響主要表現(xiàn)在硬度、強(qiáng)度、塑性等方面。稀土在純銅中含量為0.1%～0.2%時(shí)，強(qiáng)度提高幅度較大，高于0.2%時(shí)強(qiáng)度提高緩慢。

關(guān)于稀土對(duì)銅及銅合金導(dǎo)電性影響的機(jī)理一般認(rèn)為是:一方面，稀土的細(xì)化作用使銅晶粒細(xì)化，晶界增加，電散射幾率增大，導(dǎo)致電阻率增大，導(dǎo)電性下降；另一方面，稀土的凈化作用使銅中雜質(zhì)減少，晶格畸變減弱，電子散射幾率減少，導(dǎo)電性改善。

4.結(jié)論

稀土在銅及銅合金中具有凈化組織、細(xì)化組織、改變夾雜物分布的作用，從而可以改善其加工性能、耐蝕耐磨性能，機(jī)械性能及導(dǎo)電性能等，所以對(duì)稀土改善銅及銅合金的性能寄予了更多期望。

目前雖已成功開發(fā)出不少具有工業(yè)意義和實(shí)用價(jià)值的含稀土的銅及銅合金材料，但是更多的銅及銅合金尚未應(yīng)用稀土，因此有待于開發(fā)出更多的含稀土的銅及銅合金新材料，使稀土在銅及銅合金中的應(yīng)用范圍更加寬廣，能夠達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。稀土添加劑或中間合金產(chǎn)品的種類需要更加系列化，添加方法、工藝條件等參數(shù)需要更加完善。

現(xiàn)在許多研究還停留在實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)于稀土能改善銅及銅合金性能的機(jī)理，影響規(guī)律，關(guān)鍵工藝技術(shù)等問題仍需要進(jìn)一步探討。為了充分發(fā)揮我國稀土資源的優(yōu)勢(shì)，必須加強(qiáng)稀土在銅及銅合金中的應(yīng)用研究和基礎(chǔ)理論研究，以期促進(jìn)稀土應(yīng)用技術(shù)更加進(jìn)步和擴(kuò)大稀土的應(yīng)用范圍。

來源：稀土中心

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