混合稀土對架空導線用6101鋁合金鑄態(tài)組織的影響

張瑞峰 董亞光 譚 瑞 趙紅亮

（鄭州大學材料科學與工程學院，河南 鄭州 450001）

混合稀土對架空導線用6101鋁合金鑄態(tài)組織的影響

張瑞峰 董亞光 譚 瑞 趙紅亮

（鄭州大學材料科學與工程學院，河南 鄭州 450001）

6101鋁合金以其優(yōu)異的性能，廣泛被用作為架空導線?；诖?，探究混合稀土含量對6101鋁合金鑄態(tài)顯微組織的影響。結果表明：隨著混合稀土含量從0增加至0.2%，鑄態(tài)組織晶粒逐漸得到細化，添加0.2%混合稀土的鑄態(tài)組織平均晶粒尺寸為37.02μm，比未添加時相比減小了39.60%。

混合稀土；6101鋁合金；鑄態(tài)組織；晶粒細化

AAAC全鋁合金導線因具有耗能低、弧垂特性好、耐腐蝕性優(yōu)良且密度小等特點，進入了研究者的視野［1］。Al-Mg-Si系鋁合金中的6101鋁合金相對于其他6xxx系鋁合金，合金化程度較低［2］，耐腐蝕性良好、熱膨脹特性好，固溶處理和人工時效后強度提高的同時仍保持較高的導電率，具有較長的使用壽命［3］，是制備中強AAAC全鋁合金導線很好的潛在選擇。

相關研究表明，適量稀土的添加對工業(yè)純鋁、6063、6201等合金組織起晶粒細化和凈化作用，從而有利于提高其導電性能和力學性能。但是，混合稀土對架空導線用6101鋁合金組織的研究相對較少。本文著重在混合稀土對6101鋁合金鑄態(tài)組織的影響上進行了研究，為6101鋁合金作為電纜材料的應用提供參考。

表1 6101鋁合金錠的化學成分（wt.%）

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用6101鋁合金的原材料為工業(yè)純鋁、純Mg、Al-20%Fe中間合金、Al-12%Si中間合金、Al-1%B中間合金和Al-20%RE中間合金（見表1）。其中，混合稀土中La的含量占40%，Ce占60%。

1.2 試驗材料的制備

首先將試驗原材料表面與澆鑄模具用砂紙打磨，然后放入干燥箱中在200℃進行干燥處理；預熱后的澆鑄模具表面刷涂涂料（10%水玻璃+10%ZnO+80%水），以利于鋁合金錠的脫模；將純鋁加入預熱到400℃的坩堝內(nèi)，在7.5kW井式電阻爐中加熱至740℃，保溫1h；待純鋁全部熔化后進行攪拌和扒渣；依次加入Al-20%Fe中間合金、Al-12%Si中間合金、純Mg、Al-1%B中間合金，每次加入中間合金前都保溫30min、攪拌和扒渣；加入的Al-20% RE中間合金量分別為0、0.1%和0.2%，攪拌靜置30min后，進行扒渣，通入高純氬氣精煉5min，然后在720℃時澆注到預熱到200℃的金屬模具中鑄成Φ27mm×100mm的鋁合金棒。

三組鋁合金棒中，在距鑄棒底部20mm處截取試樣，試樣先用標號為100#→200#→400#→600#→800#的水砂紙依次進行打磨，打磨好的試樣在金相拋光機上進行拋光，拋光膏從粗到細逐級使用，再用1%HF水溶液對金相試樣進行腐蝕1min，隨后用清水沖洗，并用酒精擦拭吹干，最終在萊卡DM4000M金相顯微鏡下進行金相組織觀察和圖像采集。利用Image J軟件通過截點法進行合金晶粒尺寸分析和測量。

2 結果與討論

鑄態(tài)組織晶粒的大小是加工成形后獲得細小晶粒的基礎。圖1為混合稀土含量對6101鋁合金鑄態(tài)組織的影響。從3種合金顯微組織中可以觀察到均以等軸晶為主，且含有一些樹枝晶存在。圖1（a）為未添加混合稀土的鑄態(tài)顯微組織，晶體顆粒較大，平均晶粒尺寸約為61.29μm；圖1（b）為添加了0.1%混合稀土的鑄態(tài)顯微組織，晶粒尺寸明顯變小，平均晶粒尺寸約為47.16μm；混合稀土含量增加至0.2%，晶粒進一步得到細化，平均晶粒尺寸約為37.02μm，與未添加稀土時相比減小了約39.60%，如圖1（c）所示。

圖1 不同混合稀土含量的6101鋁合金鑄態(tài)組織

6xxx系鋁合金主要是靠Mg2Si第二相進行強化。稀土會與固溶于鋁基體中的雜質元素反應形成高熔點穩(wěn)定化合物，并在晶界析出，釘扎晶界和位錯。此外，化合物的形成能夠導致溶質再分配，成分過冷增大，提高形核率；同時，稀土原子會造成熔體在凝固過程中，阻礙晶界長大，晶粒得到細化，這與圖1中鑄態(tài)組織的顯微組織結果一致。而且，La和Ce電負性較低，在鋁基體中形成置換式固溶體，能夠填補合金相的表面缺陷，這進一步促進了晶粒細化。綜上可知，混合稀土的添加促進了晶粒細化。

3 結論

隨著混合稀土含量的增加，6101鋁合金鑄態(tài)顯微組織晶粒逐漸得到細化。添加0.2%混合稀土的鑄態(tài)組織平均晶粒尺寸為37.02μm，比未添加的相比減小了39.60%。

［1］Laurino A，Andrieu E，Harouard J P，et al.Effect of corro?sion on the fatigue life and fracture mechanisms of 6101 aluinum al?loy wires for car manufacturing applications［J］.Materials&De?sign，2014（53）：236-249.

［2］劉振興，張新明，唐建國.6101鋁合金時效過程中析出相對電阻率的影響［J］.功能材料，2014（45）：119-123.

［3］Teng L，Qudong W，Yudong S，et al.Microstructure and Mechanical Properties of Overcast 6101-6101 Wrought Al Alloy Joint by Squeeze Casting［J］.Journal of Materials Science&Tech?nology，2016（4）：298-304.

Effect of Mischmetal on As-cast Microstructure of 6101 Aluminum Alloy in the Overhead Lines

Zhang Ruifeng Dong Yaguang Tan RuiZhao Hongliang
（School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

6101 Aluminum alloy is widely used for overhead conductor due to its excellent properties.Based on this, the effect of the content of mischmetal on as-cast microstructure was studied.The results showed that with a gradual increase in additive content of mischmetal from 0 to 0.2%,the grain of as-cast microstructure was also refined gradu?ally;The average grain size of as-cast microstructure of the alloy with 0.2%additive mischmetal was 37.02 μm,and decreased by 39.60%compared with the alloy without the mischmetal added.

mischmetal；6101 Aluminum alloy；as-cast microstructure；grain refining

TG146.21

A

1003-5168(2016)09-0124-02

2016-07-08

張瑞峰（1993-），男，本科在讀，研究方向：鋁合金導線。