混合稀土对架空导线用6101铝合金铸态组织的影响

张瑞峰 董亚光 谭 瑞 赵红亮

（郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）

混合稀土对架空导线用6101铝合金铸态组织的影响

张瑞峰 董亚光 谭 瑞 赵红亮

（郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）

6101铝合金以其优异的性能，广泛被用作为架空导线。基于此，探究混合稀土含量对6101铝合金铸态显微组织的影响。结果表明：随着混合稀土含量从0增加至0.2%，铸态组织晶粒逐渐得到细化，添加0.2%混合稀土的铸态组织平均晶粒尺寸为37.02μm，比未添加时相比减小了39.60%。

混合稀土；6101铝合金；铸态组织；晶粒细化

AAAC全铝合金导线因具有耗能低、弧垂特性好、耐腐蚀性优良且密度小等特点，进入了研究者的视野［1］。Al-Mg-Si系铝合金中的6101铝合金相对于其他6xxx系铝合金，合金化程度较低［2］，耐腐蚀性良好、热膨胀特性好，固溶处理和人工时效后强度提高的同时仍保持较高的导电率，具有较长的使用寿命［3］，是制备中强AAAC全铝合金导线很好的潜在选择。

相关研究表明，适量稀土的添加对工业纯铝、6063、6201等合金组织起晶粒细化和净化作用，从而有利于提高其导电性能和力学性能。但是，混合稀土对架空导线用6101铝合金组织的研究相对较少。本文着重在混合稀土对6101铝合金铸态组织的影响上进行了研究，为6101铝合金作为电缆材料的应用提供参考。

表1 6101铝合金锭的化学成分（wt.%）

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用6101铝合金的原材料为工业纯铝、纯Mg、Al-20%Fe中间合金、Al-12%Si中间合金、Al-1%B中间合金和Al-20%RE中间合金（见表1）。其中，混合稀土中La的含量占40%，Ce占60%。

1.2 试验材料的制备

首先将试验原材料表面与浇铸模具用砂纸打磨，然后放入干燥箱中在200℃进行干燥处理；预热后的浇铸模具表面刷涂涂料（10%水玻璃+10%ZnO+80%水），以利于铝合金锭的脱模；将纯铝加入预热到400℃的坩埚内，在7.5kW井式电阻炉中加热至740℃，保温1h；待纯铝全部熔化后进行搅拌和扒渣；依次加入Al-20%Fe中间合金、Al-12%Si中间合金、纯Mg、Al-1%B中间合金，每次加入中间合金前都保温30min、搅拌和扒渣；加入的Al-20% RE中间合金量分别为0、0.1%和0.2%，搅拌静置30min后，进行扒渣，通入高纯氩气精炼5min，然后在720℃时浇注到预热到200℃的金属模具中铸成Φ27mm×100mm的铝合金棒。

三组铝合金棒中，在距铸棒底部20mm处截取试样，试样先用标号为100#→200#→400#→600#→800#的水砂纸依次进行打磨，打磨好的试样在金相抛光机上进行抛光，抛光膏从粗到细逐级使用，再用1%HF水溶液对金相试样进行腐蚀1min，随后用清水冲洗，并用酒精擦拭吹干，最终在莱卡DM4000M金相显微镜下进行金相组织观察和图像采集。利用Image J软件通过截点法进行合金晶粒尺寸分析和测量。

2 结果与讨论

铸态组织晶粒的大小是加工成形后获得细小晶粒的基础。图1为混合稀土含量对6101铝合金铸态组织的影响。从3种合金显微组织中可以观察到均以等轴晶为主，且含有一些树枝晶存在。图1（a）为未添加混合稀土的铸态显微组织，晶体颗粒较大，平均晶粒尺寸约为61.29μm；图1（b）为添加了0.1%混合稀土的铸态显微组织，晶粒尺寸明显变小，平均晶粒尺寸约为47.16μm；混合稀土含量增加至0.2%，晶粒进一步得到细化，平均晶粒尺寸约为37.02μm，与未添加稀土时相比减小了约39.60%，如图1（c）所示。

图1 不同混合稀土含量的6101铝合金铸态组织

6xxx系铝合金主要是靠Mg2Si第二相进行强化。稀土会与固溶于铝基体中的杂质元素反应形成高熔点稳定化合物，并在晶界析出，钉扎晶界和位错。此外，化合物的形成能够导致溶质再分配，成分过冷增大，提高形核率；同时，稀土原子会造成熔体在凝固过程中，阻碍晶界长大，晶粒得到细化，这与图1中铸态组织的显微组织结果一致。而且，La和Ce电负性较低，在铝基体中形成置换式固溶体，能够填补合金相的表面缺陷，这进一步促进了晶粒细化。综上可知，混合稀土的添加促进了晶粒细化。

3 结论

随着混合稀土含量的增加，6101铝合金铸态显微组织晶粒逐渐得到细化。添加0.2%混合稀土的铸态组织平均晶粒尺寸为37.02μm，比未添加的相比减小了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］刘振兴，张新明，唐建国.6101铝合金时效过程中析出相对电阻率的影响［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

张瑞峰（1993-），男，本科在读，研究方向：铝合金导线。