微量合金元素Sb对纯Cu高温氧化的影响.pdf

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1、·1266·铸造FOUNDRYDeC．2014VOI．63N0．12微量合金元素Sb对纯Cu高温氧化的影响文0并4萍1。，支4国军2(1．长春职业技术学院，吉林长春130033；2．吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春130025)摘要：采用sEM、TG和xRD等研究了微量合金元素sb(o．1叭．％、o．4讯．％、1．o叭．％)对纯铜在400℃、losPa的0：下抗氧化性能的影响。结果表明：sb的添加，改善了纯cu的抗氧化性；sb含量为1．O州．％时效果最佳，其主要原因是添加的sb在cu：0／cu—sb合金界面形成的富sb

2、的杂质层，阻碍了cu离子和氧离子扩散，降低了氧化速率。关键词：cu．Sb合金；高温氧化；退火；杂质层中图分类号：TGl72．82文献标识码：A文章编号：1001—4977(2014)12—1266一04EfrectOfSma¨AmOuntsOfSbAdditiOnOntheOxidatiOnOfPureCuatHighTemperatureLIULi-pin91上，LIUGuo_jull2(1．ChangchunVocational111stituteofTechnology，Changchun130033，Jilin，C

3、hina；2．Sch001ofMaterialScienceandEngineemg，JilinUniversity，ChaIlgchun130025，Jilin，China)Abstract：Thee仃ectsofmicro—allovingelementofSb(0．1叭．％，0．4叭．％，1．O叭．％)ontheoxidationresistance(OIUofCu—Sballoysoxidizedat400℃underthepressureofl05Pa02havebeenstudiedbySEM，TGandXRD

4、．Theresultsshowthatthe0RofpureCuwasimprovedwiththeadditionofSb，andCu一1．0叭．％SbexhibitsthebestORduetotheimpuritylaVerofSbfomedattheCu20／Cu—Sballoysinterfacehinderingthedif如sionofCucationsandOanionsduringoxidation，whichdecreaseoxidationrates．K凹words：Cu—Sballoys；high—

5、tempe咖reoxidation：annealing；imp嘶tylayerCu由于具有高热导率和电导率、抗电子迁移性及良好的加工性能，被广泛地应用于微电子、电力、汽车、核反应堆等现代工业领域㈣，然而，铜元器件在高温下易氧化，致使性能降低甚至失效。因此，改善Cu的高温氧化性能将有助于扩大cu的应用范围【4】。微合金化是改善纯cu的抗氧化能力的一种有效手段M，已有研究表明：在一定条件下，微量的合金元素如Al、Mg、Cr、Ni等能够提高纯cu的抗氧化能力。合金元素Al、Mg和cr主要是通过在退火或氧化过程中形成选择性氧化膜(

6、如Al：O，、M90和cr20，等)，阻碍氧化过程中cu和氧的扩散来降低氧化速率；而微量的Ni则是通过在cu：0／cu合金界面附近形成的富Ni的杂质层，同样具有阻碍扩散的作用。sb作为Cu合金化的一种元素，目前对Cu．Sb合金的研究主要侧重于焊料的开发(用以取代sn．Pb焊料)[8]，而有关sb对纯Cu高温氧化的影响，还未见报道。本试验主要以Cu．Sb合金(Sb：0．1Ⅲ．％、0．4叭．％和1．0叭．％)为研究对象，考察Sb含量对纯Cu在400℃、基金项目：收稿日期：作者简介：通讯作者：10sPaO：下抗氧化性能的影响，通

7、过热力学及动力学分析，并结合氧化膜形貌观察，探讨了sb对纯cu抗氧化性的作用机制。1试验方法本试验所用cu—sb合金是用纯cu(99．9999叭．％)和sb(99．99讯．％)经过氢等离子电弧炉反复熔炼制成(4】，Sb的含量分别为0．1吼．％、0．4叭．％和1．0叭．％，分别记为cusb0．1、CuSb0．4和CuSbl．0。根据相图【9]，本试验中Sb的含量均低于其在cu中的溶解度，因此可以认为合金中不存在金属间化合物。在铸锭心部取样，制备成①5mm×o．5mm的试验样品，随后在通有H：的管式炉中600℃退火24h[10

8、1，然后在400℃、氧压105Pa、氧气流速80mL／min条件下连续氧化480min。利用SDT2960型热分析天平对合金的氧化增重进行测量，用JsM．6360LV型扫描电镜对合金的氧化层表面及截面的微观形貌进行观察，用D／Ma×2500Pc型x一射线衍射仪对合金的相组成进行分析。国家自然科学基金(5