1.稀土銅

銅及銅合金具有優(yōu)異的導電、導熱性能，良好的耐蝕性，無磁性和對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，被廣泛應用于電子 、機電 、航空、航天等部門。

稀土元素具有典型的金屬性質化學性質極為活潑，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用在20世紀50年代就引起了各國科技工作者的廣泛關注，目前已經(jīng)成為研究的熱點。我國早在20世紀60年代就開始稀土在銅及銅合金中的應用研究，當時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，并取得了一些有實用價值的成果，但這些研究一直進展緩慢，開發(fā)應用的領域也不多。

2.稀土對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很強，形成熔點較高，熱穩(wěn)定性強，比重較小的稀土化合物，從而達到脫硫、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高的高熔點金屬間化合物，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，達到脫Pb、Bi的目的。 

02細化組織

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

關于稀土細化銅及銅合金組織的作用機理主要存在三種觀點：

(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稀土對夾雜物組織的影響

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

(1)減輕或消除合金結構中的樹枝狀晶形和柱狀結晶。

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

(3)使合金中的某些有害雜質實現(xiàn)在金屬微觀體積上的再分布，或對某些雜質的宏觀偏析發(fā)生影響，導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有害雜質的數(shù)量，從而減弱合金的高溫回火脆性。

3.稀土對銅及銅合金性能的影響

01對加工性能的影響

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。對不同種類的銅合金，加入稀土后流動性可提高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。稀土元素去除雜質的作用使晶界的強度提高，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力值降低，稀土在一定變形度范圍內(<14 %)可提高材料的冷變形能力。

02對耐磨性能的影響

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運動的阻力；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間，延長穩(wěn)定磨損的階段，從而達到減少磨耗,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對機械性能和導電性能的影響 

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

關于稀土對銅及銅合金導電性影響的機理一般認為是:一方面，稀土的細化作用使銅晶粒細化，晶界增加，電散射幾率增大，導致電阻率增大，導電性下降；另一方面，稀土的凈化作用使銅中雜質減少，晶格畸變減弱，電子散射幾率減少，導電性改善。

4.結論

稀土在銅及銅合金中具有凈化組織、細化組織、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，機械性能及導電性能等，所以對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)意義和實用價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用范圍更加寬廣，能夠達到工業(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驗階段，對于稀土能改善銅及銅合金性能的機理，影響規(guī)律，關鍵工藝技術等問題仍需要進一步探討。為了充分發(fā)揮我國稀土資源的優(yōu)勢，必須加強稀土在銅及銅合金中的應用研究和基礎理論研究，以期促進稀土應用技術更加進步和擴大稀土的應用范圍。

來源：稀土中心

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