張明玉 王謙 閔光輝，②

（①昌吉學院 昌吉 831100 ②山東大學材料學院 濟南 250014）

鋁及其鋁合金具有很多優(yōu)點，例如儲量豐富而且分布及其廣泛，其密度小而且質(zhì)量輕，具有很好的延展性和導電性，而且其導熱性十分的優(yōu)良同時還具有可循環(huán)利用，回收方便等[1-2]。

微合金化對合金的析出相的數(shù)量、類別以及析出的順序都有不同的影響，目前為止，賓杰等人研究Zr、Er微量元素對鋁合金組織性能的影響得出Zr、Er在基體中形成β'相，能夠有效地細化晶粒，釘扎晶界[3]。目前國內(nèi)的電線電纜都是純鋁為主，鋁合金材料的偏少，而2297鋁合金由于本身的特點，在電線電纜上的應用也有很大的發(fā)展前景，并且微量元素的添加對提高2297鋁合金的導電性和力學強度具有很大的意義和參考價值。

1 實驗材料及其方法

實驗采用2297鋁合金為原料（Cu 2.5-3.1%，Li 1.1-1.7%，Mg 0.25%，Mn 0.1-0.5%，Zr 0.08-0.15%，Ti 0.12%，Zn 0.05%質(zhì)量分數(shù)）分別加入Al-Ca75%、Al-La95%和Al-Sc10%的中間合金，得到含微量元素的2297鋁合金（表1）。實驗采用電阻爐進行熔煉，澆注模具采用的是石墨干鍋；將得到的鑄錠進行去皮處理，得到的圓柱鑄錠尺寸為Φ125 mm×150 mm。采用擠壓機型號為XJ-800SM的擠壓機進行擠壓，擠壓溫度為400℃。擠壓比為8∶1，擠壓成厚度為16mm的板材。對擠壓后的板材在箱式電阻爐里進行退火處理，退火溫度分別是380℃、400℃和420℃，退火時間為0.5h～3h。

金相試樣在擠壓板材相同位置的軋制面取得，得到的試樣經(jīng)過砂紙的粗磨，細磨后在拋光機上經(jīng)過金剛石研磨膏精拋，腐蝕劑采用Keller’s試劑（190 mL H2O+2mL HF+3mL HCl+5mL HNO3），金相觀察采用Nikon DS-U3 Nikon光學電子顯微鏡(OM)，采用型號為D8 ADVANCE的X射線衍射分析儀測試XRD，硬度測試采用HV-1000型顯微硬度計測試其硬度?？估瓘姸?、屈服強度以及延伸率的測試采用鋼研納克GNT100電子萬能拉伸壓縮試驗機測得，加工的拉伸件根據(jù)GB228－2002的要求加工成拉伸件，拉伸速率設定為2mm/min，3個拉伸件為一組，測量數(shù)據(jù)取平均值。電阻率采用型號為ULVAC/ZEM-3的塞貝克系數(shù)/電導率測試系統(tǒng)測得。

表1 實驗合金的實際化學成分（%）

2 結(jié)果分析與討論

2.1 擠壓態(tài)組織與性能

對去皮以后的鑄錠進行均勻化熱處理后進行擠壓實驗，得出擠壓以后的金相圖（圖1），可以得出在擠壓的過程中，原始的粗大晶粒破碎，晶粒的組織在巨大的外力作用下被拉伸變長，樹枝晶消失形成拉伸的纖維狀組織，纖維組織的晶界上第二相變的細小而且均勻，這時在部分的晶界有動態(tài)再結(jié)晶的出現(xiàn)。對擠壓板材進行硬度測試，發(fā)現(xiàn)2297鋁合金的硬度最大為74.8 HV，加入微量元素Sc的2297鋁合金硬度為73.6 HV，加入微量元素La和Ca的2297鋁合金相對比較小?？梢缘贸鎏砑游⒘吭剡M行熱擠壓后合金的硬度有不同程度的下降。對擠壓板材進行導電率測試，發(fā)現(xiàn)含有微量元素La的2297鋁合金的導電率最高為39.8%IACS。因為添加的La元素會使得合金中晶界強度加強，雜質(zhì)元素同時會相應減少，提升合金韌性同時對導電率也有提高[4-5]。

2.2 退火工藝下組織與性能

對含有微量元素的2297鋁合金進行退火處理，2297鋁合金在400℃的退火條件下，經(jīng)過2h和2.5h可以形成完全的再結(jié)晶組織，當達到3h后晶粒開始變得粗大，形成了島狀的再結(jié)晶組織。同時在對含有三種不同微量元素的2297鋁合金進行退火處理后，在2h和2.5h均發(fā)現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)還有纖維狀的組織，說明微量元素的添加在一定程度上對再結(jié)晶有抑制的作用（圖2）。

由金屬的導電理論可知，雜質(zhì)元素在合金中以固溶態(tài)存在時對導體電阻率的增大作用大于析出態(tài)的，因為在金屬A中融入不同類原子B時，溶劑的點陣會產(chǎn)生畸變，從而增加了電子散射，致使電阻升高[6]。對含有微量元素2297鋁合金的擠壓板材進行不同溫度和時間的退火后測試其導電率，可以得出合金在隨著退火的時間的增加導電率也相應的有所變化，當合金發(fā)生再結(jié)晶的時候，相應的合金的導電率達到最大。因為對2297鋁合金進行不同的退火處理，退火時間的長短同樣會影響導電率，因為退火時間的不同，對GP區(qū)的產(chǎn)生影響不同，GP區(qū)會對電子產(chǎn)生不同的散射效果，從而影響導電率。本實驗得出400℃退火條件下2297-La在退火2h的導電率到達43.5%IACS（圖3）。微量元素的添加能夠有效地使得晶粒得到細化，共面滑移現(xiàn)象會得到改善，韌性也會有顯著的提高[7]。圖4為420℃退火條件下的力學性能圖，可以得出合金的拉伸強度和屈服強度在合金再結(jié)晶的時候達到最大值，合金的延伸率隨著退火時間的延長逐漸下降。在420℃退火條件下，2297-Sc在退火2.5h后的拉伸強度最大為309MPa（圖4），延伸率為11.6%。微量元素的添加對合金的強度和延伸率有一定程度的提高，這是由于合金晶粒的細化效果與第二相的數(shù)量相對的提高而導致的第二相強化作用引起的；同時力學性能的改善和第二相的形態(tài)也有一定關系，因為連續(xù)以及不連續(xù)的網(wǎng)狀第二相改變成細小的顆粒狀，這些因素對合金的抗拉強度和延伸率都有關。

圖1 擠壓板材組織

圖2 400℃退火條件下再結(jié)晶的組織

3 結(jié)論

（1）擠壓態(tài)板材的電學和力學性能經(jīng)退火處理后，再結(jié)晶處的力學和電學性能最佳。

（2）在400℃退火條件，2297-La在退火2h的導電率到達43.5%IACS。在420℃退火條件下2297-Sc在退火2.5h后的拉伸強度最大為309Mpa，延伸率為11.6%。

圖3 400℃退火條件下的導電性

圖4 420℃退火條件下的力學性能