雜質元素鎵對工業(yè)純鋁力學性能及電阻率的影響

1、210材料工程／2008年增刊1(SAMPEChina2008)雜質元素鎵對工業(yè)純鋁力學性能及電阻率的影響EffectofGalliumontheMechanicalPropertiesandElectricalResistivityofIndustrialPureAluminum林金平，祝國梁，王俊，孫寶德(上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室，上海200240)LINJinping，ZHUGuoliang，WANGJun，SUN

2、Bao—de(TheStateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)摘要：通過對不同鎵含量的工業(yè)純鋁進行對比實驗，研究了微量雜質元素鎵對工業(yè)純鋁機械性能和導電性能的影響。研究表明，添加少量的Ga，室溫力學性能影響不大，但當鎵含量超過004％時，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

3、系。關鍵詞：鎵；工業(yè)純鋁；力學性能’電阻率文獻標識碼：A文章編號：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，金屬的性能受其質量的影響。決定金屬質量的首先是成分和雜質。在原鋁中的雜質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，大部分元素對變形鋁合金的影響都已經有了很好的研究。關于合金中鎵含量對對鋁合金的力學性能的影響，鮮有報道。鎵(Ga)是化學元素周期表第3周期第ⅢA族的一種元素，和鋁在同一主族，外層電子結構相似。鎵是鋁礬土中的一個常規(guī)雜質，工業(yè)純鋁中的含量可達002％。鎵是一種低熔點金屬，在半導體及其他高科技電子行業(yè)中有廣泛的應用，有研究報道

7、，鎵和金屬汞一樣容易引起脆性斷裂和對材料的強度造成影響，還能使材料的耐蝕性降低[1]。最近，El本日立公司公布一項專利技術(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率和熱阻率，且比傳統(tǒng)的工業(yè)純鋁有更好的屈服強度和延伸率。研究雜質鎵的影響特別迫切，因為為了提高電解槽的生產率和降低電能消耗，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，我們需要對少量鎵對鋁合金的性能影響進行研究。1材料和實驗方法將工業(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，將澆注出來的試樣放入箱式電阻爐中進行均勻化退火處理(345℃X

9、25h)；導電性能測試試樣在上海有色金屬研究所加工制備。實驗最終制得的試樣的化學成分如下表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，對不同溫度下的抗拉強度的影響很小，但是當鎵含量超過004％后，對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含量對工業(yè)純鋁高溫抗拉強度的影響為了分析原因，我們同樣對拉伸試樣的斷口進行了分析研究。研究發(fā)現，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方面：其一，實驗溫度較低時，合金呈纖維狀的組織，晶粒呈扁平的長條狀；合金在高溫時發(fā)生再結晶，t們●Om0啪O腳0哪004000■嘲O喁t嘲aa∞nqm_薯l圖5Ga含量對工業(yè)純鋁高溫延伸率的影響形成了等軸的細小晶粒；其二，實驗溫度較低時，晶界由于原子錯排，雜質錯集，有大量的位錯，孔洞等缺陷，且晶界兩側的晶粒取向不同，都有利于阻礙位錯從一個晶粒向另一個晶粒運動，從而提