Al-Zn-Mg-Cu系铝合金微合金化的研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金微合金化的研究进展

作者：刘懿芳 田伟 孙玥

来源：《有色金属材料与工程》2018年第01期

摘要：

就单一合金元素及复合多种合金元素对AlZnMgCu系铝合金的铸态组织、析出相、力学性能及腐蚀性能的影响进行综述。单独加入稀土元素Er，Ce，Ho，Sc等，可以净化基体，使合金熔铸缺陷明显减少，细化晶粒，促进合金元素在基体中的固溶，使晶界减少偏析;单独加入微量的Zr，可以提高合金的再结晶温度，抗拉强度，应力腐蚀能力;复合添加稀土及其他微量合金元素，对提高铝合金的综合性能更为有效。 关键词：

AlZnMgCu系铝合金; 稀土; 净化基体; 腐蚀 中图分类号： TG 146.2+3 文献标志码： A

Research Progress of Microalloying of Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloy LIU Yifang， TIAN Wei， SUN Yue

（College of Science， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China） Abstract：

The effects of single alloying elements and multiple alloying elements on the as-cast

microstructure，precipitated phase，mechanical properties and corrosion properties of Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys are reviewed.The addition of rare earth elements such as Er，Ce，Ho，Sc and so on can purify the matrix，reduce the defects of the alloy casting，refine the grains，promote the solid solution of the alloying elements in the matrix，and reduce the segregation of the grain

boundary.Besides，adding a small amount of Zr alone can increase the recrystallization temperature of the alloy，improve the tensile strength of the alloy，and ameliorate the stress corrosion resistance of the alloy.In addition，the addition of rare earth and other alloying elements is more effective to improve the comprehensive performance of the aluminum alloy. Keywords：

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Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloy; rare earth; purifying matrix; corrosion

AlZnMgCu系铝合金因其具有高强度，高韧性，高耐腐蚀性等优良的性能，被广泛用于航空航天领域。目前，为了进一步提高该系铝合金的综合性能，国内外的研究者已经从单一微合金化及复合微合金化等方面进行了大量的研究工作。

稀土是目前最为有效的铝合金变质剂和改性剂，如Ce可以使Al相提前形核并使形核数量增加，对铝合金有较好的变质细化效果，稀土元素微合金化对铸态组织和析出相的细化也有显著效果。在铝合金中加入微量稀土元素可以显著改善铝合金的金相组织，去除铝合金中有害气体和杂质，减少铝合金的裂纹源，改善加工性能，提高铝合金强度，硬度和韧性。Zr在改善AlZnMgCu系铝合金的抗应力腐蚀性能的同时不会导致合金的淬火敏感性，且Zr与不同类型的稀土元素复合，可以显著改善合金的综合性能。

本文将主要围绕稀土元素，Zr及各种微量元素的复合添加对AlZnMgCu系铝合金的微观组织及其性能的影响等方面进行综述，并对今后的发展提出展望。 1 稀土元素 1.1 Er

大量研究表明，Er在AlZnMgCu系铝合金中容易形成弥散分布的高温稳定相Al3Er。同时，Er具有稀土的普遍共性：变质作用，精炼净化作用及合金化作用。Er能细化合金的铸态组织，改善合金的力学性能[1]。研究[2-3]表明，在AlZnMgCu系铝合金中加入一定量的Er后，合金的铸态组织由枝晶组织变为等轴晶粒，同时合金晶粒内部的析出相明显减少。因为Er可促进Zn，Mg等的强制固溶，使其他合金元素在基体中的活度和扩散系数降低，迫使这些合金元素更多地以固溶体的形式存在于基体中。微量Er的添加可提高AlZnMgCu系合金的力学性能及应力腐蚀性能。如，王紫悦等[2]研究表明，加入质量分数为0.11%Er，合金的屈服强度和伸长率分别提高了16.2MPa和1.3%，且在质量分数为3.5%NaCl溶液中的抗拉强度与在硅油中的抗拉强度之比由80.6%提高到92.3%。方华婵等[3]研究表明，AlZnMgCu系合金中添加微量的Er，大大降低了大角度再结晶晶粒的晶界的体积分数，显著提高了合金的综合力学性能，同时，有效地改善了其剥落腐蚀和应力腐蚀能力。适量添加Er，不但能够显著地改善AlZnMgCu系铝合金的耐蚀性能，还能极大程度地改善其断裂性能。 1.2 Ce

在AlZnMgCu系铝合金中加入微量的Ce，除了净化基体外，最为显著的作用是可以细化晶粒，这是其使得合金综合性能得到改善的根本原因。AlZnMgCu系铝合金中加入Ce，可以强化合金的亚晶界，使晶粒发生细化，使组织中的析出相的分布更加弥散，抑制合金的再结晶，显著提高合金的塑形。同时，Ce的加入，还可以减小晶界无沉淀析出带，可以显著延长合金的疲劳寿命。研究表明，在7A04铝合金中添加一定量的Ce，可以明显改善合金的轧制和挤压等加工性能，同时，延展率也得到大幅度提高，并且对合金的抗拉强度几乎没有影响，耐

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盐雾腐蚀性能也可以得到改善。Chaubey等[4]在研究Ce对AlZnMgCu系铝合金抗拉强度的影响时发现，Ce与Al基体形成的AlCe弥散相，可以有效地提高形核率，细化晶粒，并可显著提高其时效强化的效果。添加微量的Ce还可以细化7055铝合金的枝晶组织，影响析出相的形貌、尺寸及其分布。