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稀土银合金显微组织观察与分析
王继周 王佳夫 石 路(东北大学 沈阳110015)
刘 刚 王艳杰(沈阳有色金属加工厂 沈阳110003)
摘 要：对稀土银合金材料进行了金相观察和电子探针扫描分析以及显微硬度测定。实验结果表明，添加两种性质差异较大的稀土元素可以充分发挥互补作用，改善银合金的组织与性能。含有稀土钇的银合金有较强的加工硬化效果和较好的抗高温氧化作用。稀土钇与轻稀土元素组合添加将有助于改善银合金的综合性能。
关键词：显微组织； 银基合金； 稀土
纯银作为电接点材料在工业上得到广泛的应用，但是纯银强度低、易腐蚀、耐热性差，冷变形纯银极易发生时效软化，这使纯银的应用受到了很大的限制。为此，有许多文献报道添加微量稀土元素改善银合金的综合性能的研究，取得了一些成果。近年来，又向银中添加某些双稀土元素，可以发挥添加元素的互补作用，明显地改善银合金的综合性能。作者向银中添加单稀土或双稀土，稀土总量控制在110%(质量分数)左右，并研究了其变形硬化曲线和退火曲线，探讨了其性能的变化规律，发现:含有稀土钇的银合金都有较强的加工硬化效果和较好的抗高温软化作用。在此基础上，进一步对显微组织进行了观察与分析，更深入探讨双稀土在银合金中的影响机制及互补作用的实质，以期开发优良的双稀土银接点合金材料。
1 试验方法和试验结果
1.1 金相组织观察
采用纯度为99.96%的银和纯度为99.9%的稀土铈、钇、镧配制1号～6号稀土银合金，用富铈混合稀土配制7号合金，将各种合金分别在中频感应电炉中于低真空下熔化银，充氩后加入稀土金属，熔制铸锭，取样化验分析结果如表1所示。将铸锭均匀化处理(760℃，4h)，取金相试样，经抛光，用过氧化氢和双氧水配制溶液腐蚀，作金相观察，发现各种稀土银合金中，稀土化合物均偏聚分布在枝晶边界上，并形成枝晶网，显示了细小的晶粒组织(图1)。
图1 铸锭经均匀化退火处理(760℃，4h)的金相照片 ×200
将稀土银合金铸锭(厚810mm)，经轧制—退火—轧制—退火，制成厚110mm的板试样，最终退火制度是600℃，1h，取样观察，各种稀土银合金组织均为细小晶粒(如图2)。各种稀土银合金铸态形成的沿枝晶网状分布的分合物已在轧制变形中被破碎，又在退火过程中稀土化合物重新聚集形成团状分布，这显著地改善了银合金的性能。通过用半硬度法测得稀土银合金的再结晶温度看出，含钇的银合金有较高的再结晶温度，这显著地提高了合金的热稳定性。
图2 冷变形试样经退火处理(600℃，1h)的金相照片 ×400
1.2 电子探针显微分析
用EPM810Q型电子探针显微分析仪对各铸锭均匀化处理试样进行扫描分析，图3显示了2#银合金的线扫描和面扫描图像。
用ПMТ3型显微硬度计对上述试样显微组织晶内和晶界进行多点显微硬度测定，结果见表2。
对变形退火试样进行电子探针扫描分析，图4显示了2种银合金的线扫描及面扫描图像。
图3 2#银合金铸态试样的电子探针线扫描和面扫描图像
图4 2种银合金退火试样的电子探针线扫描及面扫描图像
2 分析与讨论
2.1 金相显微组织分析
(1)稀土银合金铸态组织。稀土化合物偏聚在枝晶边界呈网状分布，根据银与稀土元素的二元相图，可以推测稀土化合物为Ag5RE(RE代表添加元素Ce，La，Y)，稀土化合物细化了晶粒，增强了合金的强度。
(2)稀土银合金的退火组织。在强烈的轧制变形中，银合金的稀土化合物网状分布被破碎，在退火过程中，稀土化合物又重新聚集，经过两次变形退火循环，稀土化合物形成团状形态分散在银合金基体中。这显著地改善了银合金的塑性，提高了银合金的强度。
2.2 电镜显微组织分析
从图3电子探针扫描图像可见，对于铸态样品，稀土主要集中分布在晶界上，并以化合物的形式存在。在晶内仅溶解微量稀土元素，并呈均匀分布。从显微硬度测定结果(表2)可见，稀土不仅提高了晶界硬度，同时也提高了晶内硬度，晶界硬度取决于稀土化合物的性质，而晶内硬度则取决于固溶的稀土元素及其固溶度。其中含稀土钇的3种银合金有较高的晶界硬度。
从图4变形退火后银合金扫描图像可见，稀土化合物呈团状分布，添加双稀土的银合金，2种稀土的线扫描和面扫描图像完全相似，双稀土银合金铸态组织中2种稀土的线扫描图线也完全一致，可以推断，双稀土元素在银合金中是呈共生状态分布的，无论是铸态组织还是退火状态组织都是如此。这是由于所添加的稀土元素性质相似，并形成一样的稀土化合物Ag5RE，这些稀土化合物强化了银合金，在加热过程中，有效地抑制了再结晶晶粒的形核和长大，从而显著地提高了银合金的再结晶温度，增强了银合金的热稳定性，其中稀土钇的作用尤为显著。
2.3 双稀土元素的互补作用
从稀土银合金的硬化曲线和退火曲线可以看出，添加两种性质相近的轻稀土元素互补性较差，如4#、7#银合金均为轻稀土元素，其性能几乎等同于1#、2#银合金[1](如硬化效果、热稳定性、再结晶温度等)，而两种性质差异较大的稀土元素(如轻稀土和重稀土元素)则显示了较好的互补性，如含重稀土钇和另一种轻稀土元素的银合金(如5#、6#试样)都表现了较高的强化效果和较好的抗高温软化作用，Ag-Ce和Ag-La都是较好的电接触材料，再添加稀土钇，则具有较好的强化效果和热稳定性，可以进一步优化银合金电接触材料的性能指标。
3 结 论
1)稀土元素在铸态银合金中呈网状偏聚在枝晶边界，在变形退火循环中破碎了枝晶网上的稀土化合物，在退火过程中，稀土化合物又重新聚集，形成团状分布。双稀土元素在银合金中有完全相似的分布状态，由于其性质的相似性，决定了双稀土在银合金中是以共生状态存在的。
2)稀土元素的强化效果和抗软化作用主要取决于稀土元素的性质，添加重稀土钇表现了明显的作用效果，在银合金中添加两种性质差异较大的稀土元素(如轻稀土与重稀土)可以充分发挥双稀土影响的互补性，改善合金的综合性能指标。
3)经过显微组织分析和性能测定可以看出，含钇的5#和6#双稀土银合金显示了较好的强化效果和抗软化作用，可以作为银合金电接触材料进行深入实验和研究。
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