纯铜线材具有良好的力学性能和传导性能，在电力传输、机械装备等领域有广泛的应用。然而纯铜易氧化，不仅影响了纯铜线材传导性能的稳定性，而且长期氧化会导致线材发生局部断裂失效。针对材料抗氧化性能的提升，目前国内外学者开展了相关研究，主要方法包括表面涂镀、合金化调控等。其中，合金化法具有成本低、效率高等优势，是目前解决抗氧化问题的研究热点之一。通过稀土微合金化可以有效提高铜合金的抗氧化性能，同时保持合金传导性能的稳定。当前，研究主要集中于稀土与铜中合金元素交互作用对抗氧化性能的影响，而纯铜线材中稀土元素对抗氧化行为及其影响机理的研究鲜有报道。本文通过稀土微合金化法制备了含微量稀土Y的纯铜线材，重点研究了稀土Y对铜线材抗氧化性能的影响机理，探明了稀土元素添加对铜线材表面氧化膜结构的影响规律，建立稀土Y含量、氧化温度和晶体取向等因素与铜线材表面氧化行为的内在关联。
600 ℃下铜线材氧化膜内表面SEM图
氧化膜脱落的铜线材表面XRD分析
氧化层脱落后的纯铜线材基体表面能谱图：a）Cu线材氧化表面形貌；b）元素面扫叠加图；c）元素面扫能谱图；d~e）Cu、O元素分布图
氧化膜脱落后的Cu线材表面点扫能谱图
稀土Y提升抗氧化性能示意图
1）稀土Y添加提升了纯铜线材的抗氧化性能。其中，在600 ℃、10 h条件下，Cu-0.03Y线材相比纯铜线材的氧化增重率由0.55%降低到0.2%，降幅达63%。
2）稀土Y含量影响了稀土氧化物的形貌，稀土氧化物与铜氧化物的形核过程相似，在基体出现微凸区域，形成白色颗粒状的稀土氧化物，添加高含量稀土Y时，稀土元素发生偏聚，形成大颗粒的稀土氧化物。
3）稀土Y添加影响了铜线材晶体取向占比。与未添加稀土的铜线材相比，添加稀土的铜线材表面易成为活化原子的(100)晶面占比减小，从而进一步提高了铜线材的抗氧化性能。
4）稀土Y添加抑制了铜离子的扩散速率。氧化过程中稀土元素与铜元素以离子形式向外扩散，稀土离子的迁移速率慢、半径大，阻碍了铜离子的迁移，降低了铜离子的扩散速率，提高了铜线材的抗氧化性能。
葛晨阳, 国秀花, 李韶林, 等. 稀土 Y 对铜线材抗氧化行为的影响机理研究[J]. 表面技术, 2024, 53(10): 144-155.
GE Chenyang, GUO Xiuhua, LI Shaolin, et al. Effect Mechanism of Rare Earth Y on Antioxidant Behavior of Copper Wire[J]. Surface Technology, 2024, 53(10): 144-155.
【扫码关注我们】
审核|汪 潇
编辑|邓李旸
