一种添加稀土元素Sc和Pr提高1060铝合金性能的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合 金性能的工艺方法。
【背景技术】
[0002] 铅导线因导电性好、比重小、比强度高、耐腐蚀性好在输电线路中被广泛使用，我 国铅导体的年用量约占铅消耗量的1/3^1/4。电工圆铅杆是制作电缆、电线的半成品，其导 电性能和力学性能是各类铅电线电缆导体能否达到国际先进水平的关键，但电工圆铅杆的 抗拉强度、导电率之间往往是矛盾的，提高了圆杆的抗拉强度，常常会导致导电率和伸长率 的下降，而当导电率与伸长率提高时，强度又会降低，如何提高抗拉强度、合理协调导电性 能的关系是需要解决的主要问题。在铅导体中添加不同的稀±元素，能够起到脱硫、脱氧和 细化晶粒的作用且稀±能与一些固溶于铅中的有害杂质元素形成了稳定的金属间化合物 并在晶界析出，降低杂质在基体中的固溶度，因而提高铅导体的导电率；在某些导电铅合金 中加入稀±，能提高铅材的强度和耐磨性；在一定温度内使用的导电铅加入稀±后可提高 其耐热性和抗氧化性。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是；提供一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性 能的工艺方法，力学性能和导电性能好，金相组织颗粒细化，W克服现有技术问题的不足。
[0004] 本发明采用的技术方案是；一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性能的工 艺方法，包括W下步骤： (1) 配料；原料为经测化过滤除杂后的纯铅锭，成分为；99. 29%A1、0. 004%B、0. 167%Si、 0. 271%Fe、0. 055%Mg、0. 041%Cr、0. 0027%Ni、0. 033%Ti、其余 0. 071，所需添加 Sc 和 Pr 分别 为0. 05%~0. 30%、0. 10%~0. 35%，Sc和Pr为7. 5%的中间铅合金； (2) 制备中间合金：将铅锭放入刚玉巧巧中，用井式电阻炉加热烙化，待纯铅完全烙化 后，将稀±金属破碎烘干并用铅巧包好，75(TC时加入铅液中，在80(TC ± 1(TC保温化左右， 其间不断揽拌，直至稀±金属碎块完全烙入德注模具中即可制得； (3) 烙炼铸造：将一定比例经测化后的铅锭放入刚玉巧巧中，放入井式电阻炉加热烙 化，待铅锭烙化后，75(TC左右加入A1-RE中间合金，并充分揽拌，待其完全烙化后静置15 分钟，再次过滤杂质，德注成型。
[0005] 本发明有益效果：与现有技术相比，效果如下： (1)添加适量的稀± Sc和Pr均可W提高铅1060铅合金的导电率，因为稀±元素可W 使Si、化由固溶态变为析出态，降低基体中杂质元素的固溶量，改变杂质相的形态和其分 布。
[0006] (2)添加一定量的稀± Sc和Pr,可W提高铅1060铅合金的抗拉强度，且稀± Sc 的效果强于Pr。
[0007] (3)当稀± Sc、Pr的含量分别为0. 05%~0. 30%、0. 10%~0. 35%时铅1060铅合金具 有较好的综合性能； (4)添加稀± Sc、Pr均可细化铅1060铅合金试样的晶粒，且稀± Sc的细化效果较稀 ± Pr明显。
【附图说明】
[0008] 图1为纯铅金相组织图； 图2为加入稀± Sc铅合金相组织图； 图3为加入稀± Pr铅合金相组织图； 图4为加入稀± Sc铅合金微观形貌图； 图5为加入稀± Pr铅合金微观形貌图。
【具体实施方式】
[0009] 一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性能的工艺方法，包括W下步骤： (1) 配料；原料为经测化过滤除杂后的纯铅锭，成分为；99. 29%A1、0. 004%B、0. 167%Si、 0. 271%Fe、0. 055%Mg、0. 041%Cr、0. 0027%Ni、0. 033%Ti、其余 0. 071，所需添加 Sc 和 Pr 分别 为0. 05%~0. 30%、0. 10%~0. 35%，Sc和Pr为7. 5%的中间铅合金； (2) 制备中间合金：将铅锭放入刚玉巧巧中，用井式电阻炉加热烙化，待纯铅完全烙化 后，将稀±金属破碎烘干并用铅巧包好，75(TC时加入铅液中，在80(TC ± 1(TC保温化左右， 其间不断揽拌，直至稀±金属碎块完全烙入德注模具中即可制得； (3) 烙炼铸造：将一定比例经测化后的铅锭放入刚玉巧巧中，放入井式电阻炉加热烙 化，待铅锭烙化后，75(TC左右加入A1-RE中间合金，并充分揽拌，待其完全烙化后静置15 分钟，再次过滤杂质，德注成型。
[0010] 采用上述一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性能的工艺方法，可W得出 稀±元素 Sc、Pr的加入量与导电率的关系，如表1所示，可知，随着稀± Sc含量的增加，导 电率呈先下降后上升再下降的趋势。而导电率随着Pr的增加则先上升后下降，当Sc和Pr 的含量分别为0. 05%~0. 30%和0. 10%~0. 35%时，导电率较高。稀±元素 Sc、Pr的加入对铅 1060铅合金导电率的影响主要表现在它们的加入可W使基体中杂质元素对导电率的有害 影响得W降低，减少来Si、化的固溶量，使其W析出态存在。按照金属导电理论可知，杂质 元素在金属中W固溶态存在时，其对导体电阻率的增加作用远大于析出态。但稀±只在很 小的含量范围内可提高纯铅的导电性，过低和过高的加入量都会导致导电性的降低，一方 面，适量的稀±可降低杂质在基体中的固溶度，提高导电率；另一方面，过量则引起了铅合 金晶粒组织的明显细化，增加了电子通过的难度，且稀±含量的增加会导致部分稀±固溶 于铅合金晶体中，因而降低导电率。
[0011] 采用上述一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性能的工艺方法，可w得出 表2所示为稀± Sc、Pr的加入量与抗拉强度的关系，由表可知，随着Sc含量的增加，抗拉 强度呈上升趋势；随着Pr的增加强度先下降后上升。纯金属经适当的合金化后，强度会提 高，并且相同溶质的质量分数越大，材料提高的强度越高。在铸造条件下，稀±的烙入为非 平衡状态下结晶，且冷却速度越快，则稀±在铅溶液中的过饱和度就越大。采用铁模在空 气中德铸，冷却速度较快因而容易产生过饱和。一方面由于稀±元素使铅固溶强化而提高 材料的强度。另一方面由于纯铅的晶胞为FCC，而Pr和Sc的原子半径分别为0.187皿和 0. 183皿，比铅原子半径0. 143皿大，发生了置换固溶反应，从而使纯铅的晶格发生崎变阻 碍位错运动而产生强化效果。且稀±还能与基体铅生成烙点高且不易分解的化合物ReAlx， 在高温下具有良好的稳定性。稀±还有一定的除氨、净化、精炼和变质的作用，进而材料的 强度有所提高。
[0012] 采用上述一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性能的工艺方法，可W得出 如图广图3所示的不添加稀±元素和添加稀±元素的金相组织对比照片，从图中可W看 出，加入稀±过后，铅的晶粒明显被细化，且钥的细化效果强于错。稀±元素加入到铅中， 形成的金属间化合物增加了有效核必的数量，因而达到细化晶粒的效果。且加入稀±元素 后，试样的晶界形态有所改变，纯铅的晶界为网络状（α (Al)+针状物），而加了稀±的试样 送种晶界逐渐消失，代之W不连续长条相晶界分布。
[0013] 采用上述一种添加稀±元素 Sc和Pr提高1060铅合金性能的工艺方法，可W得 出加入稀±后试样的微观形貌，如图r图5所示，从图可W看出加入稀±后晶界变厚且晶 界处的针状化AI3消失了，晶粒内出现了球状颗粒和短柄相，对其进行微区成分能谱分析， 其成分中含有较多的Si (1. 2%)和大量的稀±元素（9. l%Sc、ll. 6%Pr)，推断其为稀±和Si 的化合物，从而表明了稀±元素的加入使固溶在铅基体中的Si从固溶态转变为了析出态， 因而导电率提高。对晶界处进行微区成分能谱分析，其成分分别为84.53%Al、10.61%Sc、 4. 68%Fe、0. 18%Si ;87. 13%A1、6. 45%Pr、6. 42%Fe，表明稀±加入后与 A1、Fe、Si 形成了复杂 的相并在晶界处析出，送也使得导电率有所上升。对晶粒内部进行微区成分能谱分析知其 主要成分为A1，并含有极少量的Si,并没有化元素的出现，表明仍然还有极少量的Si固溶 在铅基体中。元素间交互作用的强度取决于原子的电负性和直径，因此与稀±元素电负性 和原子尺寸相差大的元素，将与稀±产生强烈的交互作用形成化合物，降低其在铅基体中 的固溶量。稀±与铅中的主要杂质化、Si的交互作用比其他元素的要大，因此，适量的稀± 能与铅基体中的杂质化和Si形成二元或Η元化合物析出，从而起到了净化基体、改变杂质 相形态和分布的作用。
【主权项】
1. 一种添加稀土元素 Sc和Pr提高1060铝合金性能的工艺方法，其特征在于：包括以 下步骤： (1) 配料：原料为经硼化过滤除杂后的纯铝锭，成分为：99. 29%A1、0. 004%B、0. 167%Si、 0· 271%Fe、0. 055%Mg、0. 041%Cr、0· 0027%Ni、0. 033%Ti、其余 0· 071，所需添加 Sc 和 Pr 分别 为 0· 05%~0· 30%、0· 10%~0· 35%，Sc 和 Pr 为 7· 5% 的中间铝合金； (2) 制备中间合金：将铝锭放入刚玉坩埚中，用井式电阻炉加热熔化，待纯铝完全熔化 后，将稀土金属破碎烘干并用铝箔包好，750°C时加入铝液中，在800°C ± 10°C保温2h左右， 其间不断搅拌，直至稀土金属碎块完全熔入浇注模具中即可制得； (3) 熔炼铸造：将一定比例经硼化后的铝锭放入刚玉坩埚中，放入井式电阻炉加热熔 化，待铝锭熔化后，750°C左右加入A1 - RE中间合金，并充分搅拌，待其完全熔化后静置15 分钟，再次过滤杂质，浇注成型。
【专利摘要】本发明提供一种添加稀土元素Sc和Pr提高1060铝合金性能的工艺方法，本发明采用向1060铝合金中所需添加Sc和Pr分别为0.05%~0.30%、0.10%~0.35%，通过熔炼，搅拌，静置，除渣后浇注成型等工艺，添加适量的稀土Sc和Pr均可以提高铝1060铝合金的导电率；添加一定量的稀土Sc和Pr，可以提高铝1060铝合金的抗拉强度；当稀土Sc、Pr的含量分别为0.05%~0.30%、0.10%~0.35%时铝1060铝合金具有较好的综合性能；添加稀土Sc、Pr均可细化铝1060铝合金试样的晶粒。
【IPC分类】C22C1/03, C22C21/00
【公开号】CN105525112
【申请号】CN201410512002
【发明人】李娜
【申请人】李娜
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2014年9月29日