一种含铈的Al-2.5%Mg合金材料及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含铈的Al-2. 5%Mg合金材料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 铝电工圆铝杆用于拉制电线电缆、导电线芯和其他电工用铝导线，其质量好坏直 接影响铝导线的优劣。纯铝电工圆杆强度偏低，加入铜元素可以改善铝电工圆杆的力学性 能，但加入量过高会导致其电学性能大幅下降。研究表明：铝及铝合金中加入适量的稀土 CE，在导电率下降不多的情况下，不仅能净化合金熔体、细化合金晶粒尺寸，还可提高铝合 金的高温性能；李慧中等发现在2519合金中加入适量的稀土 CE可使合金中第二相粒子球 化。目前，还未发现关于稀土 CE对Al-2. 5%Mg合金微观组织、力学性能及二次相分布形式 的研究报导，基于此，本实验考察了不同稀土 CE加入量对Al-2. 5%Mg合金组织和性能的影 响。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种含铈的Al-2. 5%Mg合金材料及其制备工 艺，已解决现有技术的不足。
[0004] 本发明的技术方案是：一种含铈的Al-2. 5%Mg合金材料，其组分质量分数为：Mg : 2. 5, CE :0· 1-0. 3, Si :0· 065, Fe :0· 1，其余为 A1。
[0005] 一种含铈的Al-2. 5%Mg合金材料的制备工艺，原材料为的工业纯铝、Al-10%Mg、 A1-10%CE中间合金，进行熔炼，熔炼温度控制在800°C，740°C将中间合金压入金属液体，用 纯钛棒搅拌三分钟后，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后浇注到预热至280°C左右的钢模中， 烧铸。
[0006] 本发明的有益效果：（1)在Al-2.5%Mg合金中添加稀土元素 CE后，铸态组织得到 明显的细化并减小二次枝晶间距；0. 2%的CE加入Al-2. 5%Mg合金中可以形成弥散分布于 晶界的CEA13与A16Mg6CE等球化物相，起到钉扎晶界的作用；过量加入稀土 CE后会弱化对 组织细化作用，反而形成粗大粒状物相分布在晶界处，粗化晶界，导致力学性能下降。
[0007] ⑵在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE，抗拉强度、伸长率、耐热温度及导电率 都呈先增后降趋势，综合考虑添加〇. 2%时合金性能相对良好，抗拉强度达到152. 5MPa，伸 长率为23. 55%，耐热温度为126°C，导电率为48. 85IACS%。
【附图说明】
[0008] 图1为图1 Al-2. 5%Mg-xCE合金的金相显微照片；a.Al-2. 5%Mg ; b.Al-2.5%Mg-0.05%CE ；c.Al-2. 5%Mg-〇.10%CE ；d.Al-2.5%Mg-〇.15%CE ； e. Al-2. 5%Mg-0. 20%CE ；f. Al-2. 5%Mg -〇. 25% CE ； 图 2 为图 2 Al-2. 5%Mg-xCE 合金的微观形貌（SEM) ;a.Al-2. 5%Mg ; b. Al-2. 5%Mg-0. 10%CE ；c. Al-2. 5%Mg-〇. 20%CE ；d. Al-2. 5%Mg-〇. 25%CE ； 图 3为 Al-2. 5%Mg-xCE 合金的 X 射线衍射图谱；a.Al-2. 5%Mg ;b.Al-2. 5%Mg-0. 20%CE。
【具体实施方式】
[0009] 原材料为的工业纯铝(质量分数为99. 7%)、Al-10%Mg、A1-10%CE中间合金。实 验合金名义和实际成分如下表1。用刚玉坩埚在井式电阻炉中进行熔炼，熔炼温度控制在 800°C，740°C左右将中间合金压入金属液体，用纯钛棒搅拌三分钟后，加入六氯乙烷（C 2C16) 进行精炼，扒渣后浇注到预热至280°C左右的钢模中，每种状态浇铸10根Φ 12mmX 120mm的 铝棒；性能测试时，室温和高温力学分别测试5根试样，且铝棒两端各锯掉Φ 17mmX 10mm， 以保证实验准确性。
[0010] 借助ICAP-6300型全谱直读型ICP光谱仪检测合金中加入微量元素的实际收得 率；利用OlCempus - BH2光学显微镜、KCEKY-2800B扫描电镜、AP0LL0-10X能谱仪观察合 金微观组织形貌及元素分布，X'Pert PRO X射线多晶衍射仪分析合金中的物相组成。用 CSS-4410电子万能材料实验机测试合金室温力学性能，UTM4304高温蠕变实验机测试合金 的高温力学性能，拉伸速率均为lmm/min ;室温下，用Sigma2008B/C数字涡流金属电导率仪 测试合金电学性能。
[0011] 图1为Al-2.5%Mg与Al-2.5%Mg+xCE合金的铸态组织，可以看出随着CE加入量 的变化，其对合金铸态组织的细化效果存在着差异。Al-2.5%Mg合金主要为非平衡的共晶组 织，晶粒的尺寸大约90 μ m，二次枝晶间距约为25 μ m (图la);添加0. 10%-0. 20%CE后，晶粒 细化趋势明显，且组织趋于均匀（图lb、c、d);当添加0. 20%CE时，晶粒细化效果最为显著， 晶粒的大小约为30 μ m ;在CE添加量增加到0. 25%的合金中，又出现了非平衡的共晶组织， 晶粒粗化（图If)。
[0012] 图2给出了加 CE前后Al-2. 5%Mg合金铸态组织的SEM显微照片。观察可知未加 CE 时，晶界处分布的第二相较少，晶粒粗大；随着CE添加量增加，晶界处第二相粒子增多，CE 添加量为〇. 20%时，局部可以看到出现球化现象（图2c);CE添加量为0. 25%时，大量粗大粒 状化合物富集在晶界处，晶粒细化程度下降（图3d)。对Al-2. 5%Mg-0. 20%CE进行EDS分析 (表2)，Al、Mg和CE元素原子分数之比大约为6 :6 :1，由此推断该化合物可能是A16Mg6CE。 为了进一步确定合金相组成，对合金进行X射线衍射分析（图3)，由分析结果可知：CE加入 合金后，主要和Al、Mg形成A16Mg6CE相和可能的A13CE化合物相。
[0013] 表3为Al-2. 5%Mg_ x CE合金的力学、电学及耐热性能。耐热温度指合金在该温度 下保温一定时间后强度的残存率为90%时所对应的加热温度，是评价导体材料在较高温度 工作时的性能指标，导电铝合金的耐热温度越高，其使用温度就越高，载流量也就越大[9]。 分析数据得知：随着CE添加量的增加，抗拉强度、伸长率、耐热温度及导电率都呈先增后降 趋势：当添加〇. 20%CE时达到峰值，抗拉强度达到152. 5MPa，伸长率为23. 55%，耐热温度为 126°C ;CE添加量为0. 1%时，导电率达到峰值，为49. 4IACS%。
[0014] A1-CE相图左端，温度为636. 85°C时，有共晶反应位于A1与A13CE之间：L- α-Α1 +A13CE。根据实验数据分析可知：随CE加入量不同，对Al-2. 5%Mg合金组织及性能的影响也 存在差异。首先，稀土 CE加入合金之后，可以形成A16Mg6与A13CE等化合物相，A16Mg6CE 相的形成，消耗了合金中Mg元素，一方面合金中部分相的形成温度范围有所改变，溶质再 分配将导致该处的成分过冷增大，晶粒得以细化，且这些弥散分布于晶界附近的高熔点化 合物具有很好的热稳定性，能钉扎晶界和位错，从而提高合金力学及耐热性能；另一方面弱 化了 Mg元素在α-ΑΙ中引起的晶格畸变，降低电子散射，导电性能得到提升。其次，由于铝 和稀土的原子结构不同，故稀土在铝及铝合金中固溶度较小，在合金凝固的时候，受扩散 动力学的条件限制，大量CE原子聚集在固液接口前沿，阻碍晶界长大，同时使得在固液接 口分支交接处产生缩颈、熔断，出现第二相球化的特征，合金力学及耐热性能提升，但晶粒 细化会增加电子散射，对导电性能不利。稀土 CE在Α1基体中的固溶度较小，添加过量的CE 后，形成大量的CE化合物存在晶界上，导致晶界粗化，因而当CE添加量达到0. 25%时，晶界 处出现粗大的粒状组织，合金综合性能下降。
[0015] (1)在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE后，铸态组织得到明显的细化并减小 二次枝晶间距；〇. 2%的CE加入Al-2. 5%Mg合金中可以形成弥散分布于晶界的CEA13与 A16Mg6CE等球化物相，起到钉扎晶界的作用；过量加入稀土 CE后会弱化对组织细化作用， 反而形成粗大粒状物相分布在晶界处，粗化晶界，导致力学性能下降。
[0016] ⑵在Al-2. 5%Mg合金中添加稀土元素 CE，抗拉强度、伸长率、耐热温度及导电率 都呈先增后降趋势，综合考虑添加〇. 2%时合金性能相对良好，抗拉强度达到152. 5MPa，伸 长率为23. 55%，耐热温度为126°C，导电率为48. 85IACS%。
【主权项】
1. 一种含铈的Al-2. 5%Mg合金材料，其特征在于：其组分质量分数为：Mg:2. 5,CE: 0· 1-0. 3,Si:0· 065,Fe:0· 1，其余为A1。2. 根据权利要求1所述的一种含铈的Al-2. 5%Mg合金材料的制备工艺，其特征在于： 原材料为的工业纯铝、Al-10%Mg、A1-10%CE中间合金，进行熔炼，熔炼温度控制在800°C， 740°C将中间合金压入金属液体，用纯钛棒搅拌三分钟后，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后 浇注到预热至280°C左右的钢模中，浇铸。
【专利摘要】本发明公开了一种含铈的Al-2.5%Mg合金材料，其特征在于：其组分质量分数为：Mg：2.5，CE：0.1-0.3，Si：0.065，Fe：0.1，其余为Al。制备工艺：原材料为的工业纯铝、Al-10%Mg、Al-10%CE中间合金，进行熔炼，熔炼温度控制在800℃，740℃将中间合金压入金属液体，用纯钛棒搅拌三分钟后，加入六氯乙烷进行精炼，扒渣后浇注到预热至280℃左右的钢模中，浇铸。
【IPC分类】C22C21/08
【公开号】CN105441744
【申请号】CN201410512567
【发明人】温兴琴
【申请人】温兴琴
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月29日