1.稀土对铜及铜合金显微组织的影响

1.净化组织

工业铜中往往含有多种杂质，虽然有些杂质含量很低，甚至低于0.001%(质量分数，下同)，但这些杂质元素会严重影响铜及铜合金的加工性能，降低其导电性和导热性。例如，氧、硫和铜形成的脆性化合物(Cu2O和Cu2S)可以降低铜的塑性。这些脆性化合物在冷拉时也会产生毛刺，降低铜的导电性、耐腐蚀性和焊接性能。稀土铜及铜合金的结构提纯主要有两种途径:(1)稀土与氧、硫亲和力强，形成熔点高、热稳定性强、比重小的稀土化合物，从而达到脱硫脱氧的目的；另外，稀土元素很容易与原子氢反应生成RH2或RH3型稳定氢化物(R代表稀土金属)，这些氢化物以固溶体的形式溶解在铜合金中，从而消除了氢的有害影响。(2)稀土、铅、铋等元素生成熔点高于铜的金属间化合物。因此，在铜的熔炼和铸造过程中，可以保持固态，与熔渣一起从液态金属铜合金中去除，达到除铅铋的目的。

2.完善组织

稀土对铜及铜合金显微组织的影响主要表现在细化晶粒、减少或消除柱状晶、扩大等轴晶区。细化稀土铜及铜合金组织的机制主要有三种:(1)形成新的晶核，抑制晶粒长大。稀土能与铜及其合金中的某些元素反应生成高熔点化合物，常以极细小的颗粒悬浮在熔体中，成为弥散的晶核，使晶粒变得越来越小。从凝固原理和热力学角度来看，由于稀土富集在固液界面前沿的液相中，凝固时合金的成分过冷度增大，合金以枝晶方式凝固长大。同时在分支节点处形成颈和熔丝，增加晶核，从而细化晶粒。(2)微晶化。由于稀土元素的原子半径(0.174 nm ~ 0.204 nm)比铜(0.127nm)大36% ~ 60%，稀土原子很容易填充生长中的铜或铜合金新晶相的表面缺陷，形成一层能阻碍晶粒继续生长的薄膜，从而将其细化为微晶。(3)合金化。稀土在铜中的溶解度很小，一般只有千分之几到万分之几，但稀土和铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物分散在基体中以细化晶粒。

3.稀土对夹杂物结构的影响

稀土对夹杂物结构的影响主要是改变杂质的形态和分布。主要有四种表现:(1)合金组织中的枝晶和柱状晶减少或消除，这与难熔化合物的形成和稀土及部分杂质的弥散有关。(2)一些条状、片状甚至块状杂质(如铅、铋等。部分可形成低熔点共晶)转变为点状或球状，从而改善或提高铜及其合金的机械性能和加工性能。这是因为活性很强的稀土金属可以急剧降低一些杂质像铅对铜的润湿性，这些杂质在自身表面张力的作用下体积大大减小。(3)合金中的一些有害杂质由集中分布在枝晶或晶界间变为更均匀地分布在整个晶体中，使杂质在金属微观体积上重新分布，或影响一些杂质的宏观偏析，从而导致各种性能的提高。(4)含稀土的化合物吸附在金属或合金的晶界上，减少了合金晶界上低熔点有害杂质的数量，从而削弱了合金的高温回火脆性。比如铍青铜中加入稀土之前，夹杂物多为Cu2O和Cu2S，呈不规则的角状。加入适量稀土后，夹杂物全部球化，稀土夹杂物取代Cu2O和Cu2S，使夹杂物由固溶体状态转变为稀土化合物析出。

二。稀土对铜及铜合金性能的影响

1.稀土对铜及铜合金加工性能的影响

在铜合金中加入适量的稀土金属可以改善铜及铜合金的铸造性能。对于不同种类的铜合金，加入稀土后流动性可提高30% ~ 40%。对于高锰铝青铜，当稀土加入量小于0.15%时，流动性随稀土的加入而增加。在高铅青铜(zpb 25-5)中加入0.5% ~ 1.0%的混合稀土，在HPb59-1铅黄铜中加入0.04% ~ 0.05%的混合稀土，可以改善合金的偏析或反偏析。添加0.01% ~ 0.03%的混合稀土可显著提高变形铅黄铜的高温伸长率，改善热加工性能，减少或消除热轧开裂现象。添加稀土可以降低残余应力值，并且稀土在一定的变形程度范围内(

2.稀土对铜及铜合金机械和电性能的影响。

稀土铜及铜合金的力学性能主要受硬度、强度和塑性的影响。纯铜中稀土含量为0.1% ~ 0.2%时，强度增加较大，高于0.2%时，强度增加缓慢。稀土H68黄铜对其强度有双重作用:一方面，稀土的固溶强化和净化提高了材料的强度；另一方面，当稀土加入量超过一定值时，稀土的有害作用掩盖了有益作用，宏观表现为强度降低。

稀土对铜及铜合金导电性能影响的机理是:一方面，稀土的细化作用使铜晶粒变细，晶界增多，电散射几率增大，导致电阻率增大，导电性能下降；另一方面，稀土的提纯可以减少铜中的杂质，削弱晶格畸变，降低电子散射几率，提高电导率。这两个对电导率有相反影响的因素同时存在，其影响随稀土的加入而变化。

3.稀土对铜及铜合金抗氧化性和耐腐蚀性的影响。

为了解决抗氧化性和高导电性之间的矛盾，添加稀土金属作为铜和铜合金的合金元素。发现当稀土元素的量加入到铜中时，电导率略微增加而不是降低。

能明显提高抗氧化性。通过添加稀土，铜及铜合金的耐蚀性得到不同程度的提高。对这一现象的解释主要包括:(1)稀土的提纯消除铜基体中的杂质。(2)在铜及铜合金表面形成致密的氧化层，阻止基体原子向外扩散和外部原子向内扩散。(3)增加铜和铜合金的腐蚀电位。(4)稀土的加入降低了铜合金的结晶温度范围。

混合稀土的加入不仅可以提高锡黄铜的耐蚀性，还可以改变锡黄铜的腐蚀形貌，不仅降低了易脱落层的厚度，而且大大降低了渗透层的厚度。

4.稀土对铜及铜合金耐磨性的影响

而稀土和铜元素可以形成硬度高、分布均匀的金属间化合物，这些化合物成为位错运动的阻力。而且稀土能有效改善夹杂物的存在形式和分布，降低弱化晶界的可能性，降低载荷下沿晶界开裂的概率，从而提高耐磨性。含稀土的铸造黄铜硬度高，塑性和韧性好，可以缩短磨合期，延长稳定磨损期，从而达到减少磨损，延长工件使用寿命的目的。在高锰铝青铜中加入稀土，可使干摩擦磨损降低20%左右，润滑摩擦磨损降低50%左右。

三。稀土-铜中间合金

在稀土铜及铜合金的实际工业应用中，由于稀土与铜的原子半径相差较大，不利于固溶，流动性差，在铜及铜合金熔炼过程中直接加入稀土会造成大量烧损和渣相，难以控制稀土元素在铜及铜合金中分布的稳定性和均匀性，严重影响稀土对铜及铜合金各项性能的改善效果。

稀土铜中间合金是稀土和铜的共晶合金。在保留稀土应有特性的同时，还在铜及铜合金中具有良好的固溶度，因而流动性强，便于掌握加入量和控制搅拌的均匀性，能极大地发挥稀土在铜及铜合金中的有益特性。