雜質(zhì)元素鎵對(duì)工業(yè)純鋁力學(xué)性能及電阻率的影響

1、210材料工程／2008年增刊1(SAMPEChina2008)雜質(zhì)元素鎵對(duì)工業(yè)純鋁力學(xué)性能及電阻率的影響EffectofGalliumontheMechanicalPropertiesandElectricalResistivityofIndustrialPureAluminum林金平，祝國(guó)梁，王俊，孫寶德(上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240)LINJinping，ZHUGuoliang，WANGJun，SUN

2、Bao—de(TheStateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)摘要：通過(guò)對(duì)不同鎵含量的工業(yè)純鋁進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了微量雜質(zhì)元素鎵對(duì)工業(yè)純鋁機(jī)械性能和導(dǎo)電性能的影響。研究表明，添加少量的Ga，室溫力學(xué)性能影響不大，但當(dāng)鎵含量超過(guò)004％時(shí)，材料高溫塑性提高15％20％。另外鎵含量與工業(yè)純鋁電阻率呈線性關(guān)

3、系。關(guān)鍵詞：鎵；工業(yè)純鋁；力學(xué)性能’電阻率文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001—4381(2008)Suppl一0210—05Abstract：Theeffectofsmallamountgallium(upto006％)onthemechanicalpropertiesandelectri—calresitivityofindustrialpurealuminumwasinvestigatedTheadditionofgalliumtoi

4、ndustrialpurea—luminumhaslittleeffectontheductilityatroomtemperatureintherangeofcompositionsinvestigated(upto60010一Ga)，whiletheductilityathightemperatureincrease10％20％whengalliumcon—tentabove400ppmTheelectricalresitivity

5、ofindustrialpurealuminumincreasedasthegalliumcon—tentincreasedKeywords：gallium；Industrialpurealuminum；mechanicalproperties；electricalresistivity在鑄造和變形的情況下，金屬的性能受其質(zhì)量的影響。決定金屬質(zhì)量的首先是成分和雜質(zhì)。在原鋁中的雜質(zhì)90％以上是：01％Fe和Si；001％～005％Mg，T

6、i，V，Mn，Cu，Zn；0001％～001％Zr，Cr，Ni，Cd，K，Na，Ga，Li，Ca，Sn，Pb。目前，大部分元素對(duì)變形鋁合金的影響都已經(jīng)有了很好的研究。關(guān)于合金中鎵含量對(duì)對(duì)鋁合金的力學(xué)性能的影響，鮮有報(bào)道。鎵(Ga)是化學(xué)元素周期表第3周期第ⅢA族的一種元素，和鋁在同一主族，外層電子結(jié)構(gòu)相似。鎵是鋁礬土中的一個(gè)常規(guī)雜質(zhì)，工業(yè)純鋁中的含量可達(dá)002％。鎵是一種低熔點(diǎn)金屬，在半導(dǎo)體及其他高科技電子行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，有研究報(bào)道

7、，鎵和金屬汞一樣容易引起脆性斷裂和對(duì)材料的強(qiáng)度造成影響，還能使材料的耐蝕性降低[1]。最近，El本日立公司公布一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)(JP2008038207一A)[2]，含有Fe(O2～1％)，Zr(O01～01％)，Ti(或者Ga，Ag，Ti，Si，Mg等)(O01～O1％)的純度大于9995％的工業(yè)純鋁具有很好的電導(dǎo)率和熱阻率，且比傳統(tǒng)的工業(yè)純鋁有更好的屈服強(qiáng)度和延伸率。研究雜質(zhì)鎵的影響特別迫切，因?yàn)闉榱颂岣唠娊獠鄣纳a(chǎn)率和降低電能消耗，我

8、們從從資源的再生角度以及高性能的鋁合金的制造考慮，我們需要對(duì)少量鎵對(duì)鋁合金的性能影響進(jìn)行研究。1材料和實(shí)驗(yàn)方法將工業(yè)純鋁合金錠(Ga名義含量為0020％)放在石墨坩鍋中在高溫電阻爐加熱至760℃，待完全熔化后，輕輕攪勻、扒渣，將合金元素Ga(9999％)用鋁箔包緊包壓人鋁液中，待完全熔化后，輕輕攪勻、扒渣，然后用不同的模具澆注出低溫拉伸試樣和高溫拉伸試樣的材料。為了消除偏析，將澆注出來(lái)的試樣放入箱式電阻爐中進(jìn)行均勻化退火處理(345℃X

9、25h)；導(dǎo)電性能測(cè)試試樣在上海有色金屬研究所加工制備。實(shí)驗(yàn)最終制得的試樣的化學(xué)成分如下表1。212材料工程／2008年增刊1(SAMPEChina2008)從圖4，5可以看出，隨著鎵含量的增加，對(duì)不同溫度下的抗拉強(qiáng)度的影響很小，但是當(dāng)鎵含量超過(guò)004％后，對(duì)高溫延伸率的影響很明顯，而且溫度越高，延伸率的變化愈明顯。o∞n州_％l圖4Ga含量對(duì)工業(yè)純鋁高溫抗拉強(qiáng)度的影響為了分析原因，我們同樣對(duì)拉伸試樣的斷口進(jìn)行了分析研究。研究發(fā)現(xiàn)，隨著

10、溫度及鎵含量的增加，合金的斷口發(fā)生了微小的演變。斷口形貌的變化包括了兩個(gè)方面：其一，實(shí)驗(yàn)溫度較低時(shí)，合金呈纖維狀的組織，晶粒呈扁平的長(zhǎng)條狀；合金在高溫時(shí)發(fā)生再結(jié)晶，t們●Om0啪O腳0哪004000■嘲O喁t嘲aa∞nqm_薯l圖5Ga含量對(duì)工業(yè)純鋁高溫延伸率的影響形成了等軸的細(xì)小晶粒；其二，實(shí)驗(yàn)溫度較低時(shí)，晶界由于原子錯(cuò)排，雜質(zhì)錯(cuò)集，有大量的位錯(cuò)，孔洞等缺陷，且晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，都有利于阻礙位錯(cuò)從一個(gè)晶粒向另一個(gè)晶粒運(yùn)動(dòng)，從而提