(内蒙古科技大学 材料与冶金学院，内蒙古 包头014010)
摘要：利用Axiovert25型金相显微镜和德国Leica显微硬度仪对稀土铝箔的再结晶组织和硬度进行了观察和分析，并利用EBSD微取向分析术对稀土铝箔的再结晶织构进行了研究。结果表明，随着Ce含量的增加，再结晶退火后的组织变得更细小，硬度增加。稀土铝箔的再结晶经历了回复、再结晶和晶粒长大三个过程。加入Ce可以增加立方织构的取向密度，但不是越多越好，w(Ce)=0.0074％时立方织构的取向密度最大，且立方织构的取向密度随着再结晶退火温度的增加而增大。
关键词：稀土；铝箔；组织；织构；硬度
电解电容器是电器产品中不可缺少的元件。我国电容器生产厂每年约需0.7万t电解电容器铝箔，其中进口约0.5万t，到2000年，需求量将以0.6％左右的速度递增。
电解电容器的主要材料是铝箔，而稀土电解电容器铝箔则是一种新型材料，用它做成的电解电容器与用纯铝箔制成的电解电容器相比，其电极表面扩面率高、电容量增加、体积缩小、质量减轻，为电子工业的整机小型化提供了有利条什，并且还可以节省大量的铝材[1] 。因此，展开对稀土电解电容器铝箔的研究是很有必要的。本文从Ce含量和再结晶退火温度两方面对稀土铝箔的组织、织构及硬度影响进行了研究。
1 试验材料和方法
以新疆众和公司生产的高纯铝（w(A1)= 99.9972％）为原料，首先制备w（Ce）＝11％的Al－Ce中间合金。然后在刚玉坩埚炉中熔炼高纯铝，待高纯铝熔化后加入Al－Ce中间合金，搅拌均匀并浇铸，分别制成含稀土为0.0074％、0.019％（质量分数，下同）的稀土铝锭。将制备好的稀土铝锭在钼丝切割机上切成18 mm×20mm×30 mm的小方锭。为了比较稀土铝箔和高纯铝箔的不同，也制备了同样尺寸的高纯铝锭。将上面的三种成分的铝锭分别编号为1、2、3，然后在箱式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化制度为580℃保温4 h，再经520℃预热0.5 h后，热轧至3mm。热轧板在350℃保温1h的条件下进行终退火，冷轧至0.11mm。在箱式电阻炉中进行最终退火，退火工艺为：230℃、350℃、450℃、530℃，炉子到温投料，然后分别保温10min，制样工艺如图1所示。
图1 稀土铝箔制备工艺流程
对不同热处理条件下的退火样品用砂纸水磨、机械抛光，在10％高氯酸+90％无水乙醇（体积分数，下同）的混合溶液中电解抛光，然后经50％盐酸+47％硝酸＋3％氢氟酸的混合液体侵蚀后，在Axiovert 25型金相显微镜下观察组织。之后通过德国Leica显微硬度仪对试样的硬度进行精确的测量。
将不同热处理条件下的退火样品用砂纸水磨、机械抛光，并在70％无水乙醇＋12％蒸馏水+10％乙二醇单丁醚＋8％高氯酸混合溶液中电解抛光。然后利用QUANTA400环境扫描电子显微镜所配备的丹麦HKL公司的CHANNEL－5 EBSD系统进行稀土铝箔织构的微观取向分析。
2 试验结果及讨论
2.1 Ce含量对稀土高纯铝箔再结晶组织的影响
将w（Ce）＝0.0074％（1号）、w（Ce）＝0.019％（2号）和高纯铝（3号）试样轧制成铝箔，进行350℃，10min的再结晶退火。退火后的组织如图2所示。
图2 铝箔350℃再结晶退火后的组织
由图2可以看出，3号高纯铝箔的再结晶退火组织最为粗大，2号稀土铝箔的最细小。这说明稀土有细化晶粒的作用，且稀土含量越高组织越细。这是因为：稀土元素的原子半径为0.174nm～0.204nm、大于铝原子的半径（0.143 nm） 稀土元素比较活泼，它熔于铝液中，极易填补合金相的表面缺陷，从而降低新旧两相界面上的表面张力，使得形核速度增大，同时还在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，阻止生成的晶粒长大，使合金的组织细化。此外，铝与稀土形成的化合物在金属液结晶时作为外来的结晶晶核，因晶核数的大量增加而使合金的组织细化[2]。
2.2 退火温度对稀土高纯铝箔再结晶组织的影响
对1号稀土铝箔进行不同温度再结晶退火的研究，其不同温度退火的组织如图3所示。可以看出：在230℃退火时与原始轧制组织相比，在变形纤维组织基础上开始出现细小再结晶晶芽，表示材料已经开始再结晶；350℃时变形纤维组织已经完全被再结晶组织取代；450℃和530℃时已经发生了晶粒长大现象。这说明了稀土铝箔的再结晶过程经历了回复再结晶和晶粒长大三个阶段。
图3 1号稀土铝箔冷轧和再结晶退火后的组织
2.3 Ce含量和退火温度对稀土铝箔织构的影响
将w（Ce）＝0.0074％（l号）、w（Ce）＝0.019％（2号）和高纯铝（3号）冷轧试样进行530℃ 10min再结晶退火，测定其{111}极图，如图4所示。可以看出：在530℃10min再结晶退火时稀土铝箔的织构类型已经比较单一，基本全是立方织构：加入Ce以后立方织构的取向密度增加，但是2号稀土铝箔的立方织构的取向密度反而不及1号的。
图4 稀土铝箔的{111}极图
将w(Ce)=0.0074％(1号)的试样在230℃、350℃、530℃温度进行再结晶退火，测定不同温度时的{111}极图，如图5所示。可以看出：随着再结晶退火温度升高，立方织构的取向密度逐渐增加；在230℃和350℃再结晶退火时织构类型比较多，有少量的立方织构；530℃再结晶退火时基本上只有立方织构了，此时立方织构取向密度最大。
图5 1号稀土铝箔不同温度再结晶退火后的{111}极图
2.4 稀土铝箔再结晶退火后的硬度分析
2.4.1 稀土含量对铝箔硬度的影响
不同稀土含量的铝箔进行350℃10min再结晶退火，其退火后的硬度曲线如图6所示。可以看出：不加稀土时铝箔的硬度最小，随着稀土含量的增加铝箔的硬度逐渐增加。这是因为：随稀土含量的增加，铝箔原始组织变细小，根据晶界强化理论，首先由于晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每—晶粒中的滑移带也要终止在晶界附近；其次，由于各晶粒间存在着位向差，为了协调变形，要求每个晶粒进行滑移，而多滑移时必然要发生位错的相互交割。这两者均提高了金属材料的硬度。而晶粒越细小，晶界就越多，这样就大大提高了上述两方面对材料硬度的影响。致使材料硬度提高得更多。稀土含量越高，其硬度值越大[3]。 
图6 铝箔的稀土含量—硬度曲线
2.4.2再结晶退火温度对硬度的影响将
将w(Ce)=0.0074％(1号)的试样在230℃、350℃、530℃进行再结晶退火，不同温度退火时的硬度曲线如图7所示。可以看出：稀土铝箔从冷轧态到230℃退火时硬度值有所下降，但是下降幅度不大，230℃之后硬度值下降得比较快。这是因为，在230℃时。稀土铝箔刚刚开始再结晶，此阶段是回复阶段，而回复阶段时变形金属仍然保持很高的位错密度，所以硬度也很高，相对冷轧态时的硬度有所下降。而发生完全再结晶后位错密度显著降低，所以硬度明显下降[4]。
图7 铝箔的再结晶退火温度-硬度曲线
3 结论
(1)稀土铝箔退火再结晶经历了回复、再结晶、晶粒长大三个过程。
(2)稀土Ce有细化再结晶晶粒的作用，随稀土Ce含量增高，稀土铝箔的再结晶晶粒越细小。
(3)随着再结晶退火温度增加，稀土铝箔的硬度降低。230℃之前硬度值下降较少，到完全再结晶时硬度值下降得较快。且随着稀土含量增加，稀土铝箔在同一温度再结晶退火后的硬度增加。
(4)立方织构的取向密度随再结晶退火温度的增加而增加。并随稀土含量的不同而有所变化，w(Ce)=0.0074％的铝箔再结晶退火后，立方织构的取向密度最大。
