Guter, ausführlicher Artikel. Kennen Sie die Auswirkungen seltener Erden auf Kupfer und Kupferlegierungen?
1. Seltenerdkupfer
Kupfer und Kupferlegierungen verfügen über eine Reihe besonderer Eigenschaften wie hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, Nichtmagnetismus und Korrosionsschutz gegenüber Mikroorganismen und Algen im Wasser, einfache plastische Verarbeitung und gute Schweißbarkeit und sind leicht zu gießen. Es ist zu einem wichtigen Material in der modernen Industrie geworden und wird häufig in der Elektronik, Elektromechanik, Luftfahrt, Raumfahrt und anderen Bereichen eingesetzt.
Seltenerdelemente haben typische metallische Eigenschaften und sind in ihren chemischen Eigenschaften äußerst aktiv. Sie können mit fast allen Elementen außer Edelgasen interagieren. Sie sind das „Mononatriumglutamat“ in der metallurgischen Industrie.
Die Verwendung seltener Erden in Kupfer und Kupferlegierungen hat in den 1950er Jahren bei Wissenschaftlern und Technikern in verschiedenen Ländern große Aufmerksamkeit erregt und ist mittlerweile zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Mein Land begann bereits in den 1960er Jahren mit der Forschung zur Anwendung seltener Erden in Kupfer und Kupferlegierungen. Die damalige Forschung konzentrierte sich mehr auf die Verbesserung der Warm- und Kaltverarbeitungseigenschaften, der Korrosionsbeständigkeit und der Verschleißfestigkeit von Kupfer und Kupferlegierungen und erzielte einige Ergebnisse von praktischem Wert. Es wurden jedoch nur langsame Fortschritte bei diesen Studien erzielt, und es gibt nicht viele davon Entwicklungs- und Anwendungsbereiche.
2. Einfluss seltener Erden auf die Struktur von Kupfer und Kupferlegierungen
01Gewebe reinigen
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Reinigung von Kupfer- und Kupferlegierungsstrukturen mit Seltenen Erden:
(1) Seltene Erden haben eine starke Affinität zu Sauerstoff und Schwefel und bilden Seltenerdverbindungen mit höheren Schmelzpunkten, starker thermischer Stabilität und geringem spezifischem Gewicht, wodurch die Wirkung der Entschwefelung und Desoxygenierung erzielt wird; Seltenerdelemente können leicht mit atomarem Wasserstoff reagieren. Es erzeugt ein stabiles Hydrid vom Typ RH2 oder RH3 (R steht für Seltenerdmetall). Diese Hydride werden in Form einer festen Lösung in der Kupferlegierung gelöst, wodurch die schädlichen Auswirkungen von Wasserstoff eliminiert werden.
(2) Seltene Erden sowie Pb, Bi und andere Elemente erzeugen hochschmelzende intermetallische Verbindungen mit einem höheren Schmelzpunkt als Kupfer. Daher können sie während des Kupferschmelz- und -gießprozesses in einem festen Zustand verbleiben und zusammen mit der Schlacke aus der flüssigen Metallkupferlegierung entfernt werden, um die Entfernung von Pb, dem Zweck von Bi, zu erreichen.
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02Verfeinern Sie die Organisation
Der Einfluss seltener Erden auf die Mikrostruktur von Kupfer und Kupferlegierungen spiegelt sich hauptsächlich in der Verfeinerung der Körner, der Reduzierung oder Eliminierung säulenförmiger Kristalle und der Erweiterung gleichachsiger Kornbereiche wider.
Es gibt drei Hauptansichten über den Mechanismus der Verfeinerung der Struktur von Kupfer und Kupferlegierungen durch seltene Erden:
(1) Bilden Sie neue Kristallkeime und hemmen Sie das Kornwachstum.
(2) Mikrokristallisation.
(3) Legierungseffekt.
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03Der Einfluss seltener Erden auf die Einschlussstruktur
Der Einfluss seltener Erden auf die Struktur von Einschlüssen besteht hauptsächlich darin, die Form und Verteilung von Verunreinigungen zu verändern. Zu seinen Haupterscheinungsformen gehören die folgenden vier Typen:
(1) Reduzieren oder beseitigen Sie Dendriten und säulenförmige Kristalle in der Legierungsstruktur.
(2) Bestimmte Verunreinigungen in der Legierung in Form von Streifen, Blechen oder sogar Blöcken erscheinen lassen und so die mechanischen und Verarbeitungseigenschaften von Kupfer und seinen Legierungen verbessern oder verbessern.
(3) Umverteilung bestimmter schädlicher Verunreinigungen in der Legierung im mikroskopischen Volumen des Metalls oder Beeinflussung der Makroseigerung bestimmter Verunreinigungen, was zur Verbesserung verschiedener Eigenschaften führt.
(4) Seltenerdhaltige Verbindungen werden an den Korngrenzen von Metallen oder Legierungen adsorbiert, wodurch die Anzahl der schädlichen Verunreinigungen mit niedrigem Schmelzpunkt an den Korngrenzen der Legierung verringert wird, wodurch die Sprödigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen geschwächt wird.
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3. Einfluss seltener Erden auf die Eigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen
01Einfluss auf die Verarbeitungsleistung
Durch die Zugabe einer angemessenen Menge an Seltenerdmetallen zu Kupferlegierungen können die Gusseigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen verbessert werden. Bei verschiedenen Arten von Kupferlegierungen kann die Fließfähigkeit durch Zugabe von Seltenen Erden um 30 bis 40 % gesteigert werden.
Die Zugabe von {{0}},01 % bis 0,03 % gemischten Seltenen Erden kann die Hochtemperaturdehnung von verformtem Bleimessing deutlich erhöhen, die Warmverarbeitungsleistung verbessern und Warmwalzrisse reduzieren oder beseitigen. Die Entfernung von Verunreinigungen durch Seltenerdelemente erhöht die Festigkeit der Korngrenzen und verringert die Anzahl der Versprödungsphasen, wodurch die Hochtemperatur σb und δ von Kupferlegierungen erhöht wird. Durch die Zugabe seltener Erden kann der Restspannungswert verringert werden, und seltene Erden können die Kaltverformbarkeit des Materials innerhalb eines bestimmten Verformungsbereichs verbessern (<14%).
02Einfluss auf die Verschleißfestigkeit
Seltene Erden und Kupferelemente können intermetallische Verbindungen mit höherer Härte und gleichmäßiger Verteilung bilden. Diese Verbindungen werden zu einem Widerstand gegen die Versetzungsbewegung; und seltene Erden können die Existenzform und Verteilung von Einschlüssen wirksam verbessern, die Möglichkeit einer Schwächung der Korngrenzen verringern und die Wahrscheinlichkeit von Rissen entlang der Korngrenzen bei Belastung verringern, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert wird.
Seltenerdhaltiger Messingguss weist eine hohe Härte, gute Plastizität und Zähigkeit auf, wodurch die Einlaufphase verkürzt und die stabile Verschleißphase verlängert werden kann, wodurch der Verschleiß verringert und die Lebensdauer des Werkstücks verlängert wird. Durch die Zugabe von Ce und B zu Aluminiumbronze mit hohem Mangangehalt können Trockenreibung und Verschleiß um etwa 20 % und Schmierreibung und Verschleiß um etwa 50 % reduziert werden.
03Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und elektrische Leitfähigkeit
Der Einfluss seltener Erden auf die mechanischen Eigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen spiegelt sich hauptsächlich in Härte, Festigkeit, Plastizität usw. wider. Wenn der Anteil seltener Erden in reinem Kupfer {{0}},1 % bis {{ 4}},2 % nimmt die Festigkeit stark zu, und wenn sie höher als 0,2 % ist, steigt die Festigkeit langsam an.
Als Mechanismus des Einflusses seltener Erden auf die Leitfähigkeit von Kupfer und Kupferlegierungen wird allgemein angenommen, dass einerseits die verfeinernde Wirkung seltener Erden die Kupferkörner verfeinert, die Korngrenzen vergrößert und die Wahrscheinlichkeit elektrischer Streuung erhöht, was zu einer Verfeinerung der Kupferkörner führt zu einem Anstieg des spezifischen Widerstands und einer Abnahme der Leitfähigkeit. Andererseits reduziert die Reinigungswirkung seltener Erden Verunreinigungen im Kupfer, schwächt die Gitterverzerrung ab, verringert die Wahrscheinlichkeit der Elektronenstreuung und verbessert die Leitfähigkeit.
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4. Fazit
Seltene Erden können die Struktur reinigen, verfeinern und die Verteilung von Einschlüssen in Kupfer und Kupferlegierungen verändern und dadurch deren Verarbeitungsleistung, Korrosions- und Verschleißfestigkeit, mechanische Eigenschaften und elektrische Leitfähigkeit verbessern. Daher können seltene Erden Kupfer und Kupferlegierungen verbessern. Die Leistung hat höhere Erwartungen geweckt.
Obwohl viele seltenerdhaltige Kupfer- und Kupferlegierungsmaterialien mit industrieller Bedeutung und praktischem Wert erfolgreich entwickelt wurden, wurden in mehr Kupfer- und Kupferlegierungen noch keine seltenen Erden verwendet, sodass mehr seltenerdhaltiges Kupfer und Kupferlegierungen entwickelt werden müssen. Neue Legierungsmaterialien ermöglichen ein breiteres Anwendungsspektrum von Seltenen Erden in Kupfer und Kupferlegierungen und ermöglichen so eine industrielle Produktion. Die Arten von Seltenerdzusätzen oder Vorlegierungsprodukten müssen stärker serialisiert werden und Parameter wie Zugabemethoden und Prozessbedingungen müssen perfekter sein.
Derzeit befinden sich viele Studien noch im experimentellen Stadium. Der Mechanismus, die Einflussregeln, wichtige Prozesstechnologien und andere Aspekte der Fähigkeit seltener Erden, die Eigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen zu verbessern, müssen noch weiter erforscht werden. Um die Vorteile der Seltenerdressourcen meines Landes voll auszuschöpfen, ist es notwendig, die Anwendungsforschung und theoretische Grundlagenforschung zu Seltenen Erden in Kupfer und Kupferlegierungen zu stärken, um die Weiterentwicklung der Anwendungstechnologie für Seltene Erden voranzutreiben und zu erweitern der Anwendungsbereich seltener Erden.
