鉺/鈧-鋯微量添加對Al-5Mg-3Zn合金熱軋態組織和性能的影響

左 睿,魏 午,黃 暉,文勝平,韓 穎,劉貞山,石 薇

(1.北京工業大學材料與制造學部,北京 100124;2.東北輕合金有限責任公司,哈爾濱 150000;3.中鋁材料應用研究院有限公司,北京 102209;4.廣東腐蝕科學與技術創新研究院,廣州 510530)

0 引 言

近年來,Al-Mg合金被廣泛應用于航空航天、海洋船舶和軌道交通等領域。相比2XXX系Al-Cu合金和7XXX系Al-Zn合金,Al-Mg合金具有更為優異的耐蝕性、焊接性和易成形性[1-2]。但Al-Mg合金只屬于中等強度鋁合金,因此在不降低其耐腐蝕性能的前提下進一步提高其強度是Al-Mg合金當前的主要研究方向之一。

傳統Al-Mg合金的強化方式主要包括鎂原子的固溶強化和變形產生的加工硬化[3],尋找新的強化方式是改善Al-Mg合金力學性能的有效途徑。研究[4-6]發現,在5083鋁鎂合金中添加適量鋅元素,合金中的析出相由β相轉變為T相,即Mg32(AlZn)49相[6],T相腐蝕電位(-0.813 V)高于β相腐蝕電位(-1.085 V),與基體(-0.812 V)之間電位差更小(參比電極為鉑電極),因此5083鎂鋁合金的耐蝕性能得到提升。并且鋅的添加還可以提升Al-Mg合金的力學性能[7-8]。HOU等[9]研究發現,新型Al-5Mg-3Zn合金相比Al-5Mg合金強度提升約100 MPa。。

此外,在Al-Mg合金中添加稀土元素也能提高其力學性能。添加鈧[10-11]、鉺[12]、鐿[13]、釔[14]等稀土元素能夠形成Al3M析出相,起到細化晶粒的作用,但是Al3M粒子隨著時效時間延長而粗化,強化效果也隨之減弱。為解決這一問題,考慮復合添加鋯和稀土元素。鋯元素是最先被引入到Al-Mg合金中的微合金元素,在Al-Mg合金中可以形成L12結構亞穩相Al3Zr[15-16],與鋁基體共格,起到顯著的固定晶界、位錯和細化晶粒[17-18]的作用。并且鋯元素在鋁基體中的擴散系數相對較小,一般會以率先形成的Al3Sc、Al3Er相為形核位點,最終獲得Al3(Sc, Zr)、Al3(Er, Zr)等具有核殼結構的納米級析出相。……