Al-Er-Zr合金的时效析出过程

　　大量的研究表明，少量甚至痕量某些元素的存在会显著影响铝合金的微观组织和综合性能，因此微合金化是挖掘合金潜力、改善合金性能并进一步开发新型铝合金的重要途径。微合金化元素种类繁多，其作用机理和所能起到的作用也不尽相同，控制微量元素的种类和数量，充分发挥微量元素的作用是材料工作者不懈努力的目标，也是当前铝合金研究的主要方向之一。微合金化主要从两个方面提高合金的性能，一类微合金化元素，如Ag、Ge、Sn和In等，通过改变主合金元素形成的析出相的析出过程、结构、分布、形貌等来改善合金性能，例如微量 Ag加入高Cu/Mg比的Al-Cu-Mg合金中能促进片状?相的形成[1−3];另一类微合金化元素则主要是通过自身形成析出相来产生晶粒细化和强化等作用，如Sc微合金化作用的关键是其自身形成的稳定L12结构Al3Sc相，该相在凝固时析出成为非均质晶核，细化铸态合金的晶粒;热处理过程中析出弥散共格的Al3Sc相钉扎位错和亚晶界，有效地阻碍位错移动，提高合金强度;阻止亚晶界迁移和合并，抑制再结晶晶粒的形核与长大，从而提高合金的再结晶温度等[4−5]。

　　稀土元素Er在铝合金中具有与Sc类似的积极的作用，如细化晶粒、防止铸态组织偏析，抑制再结晶，提高合金强度等[6−7]。而且本文作者之前的研究表明，相同摩尔比的Al-Er合金比Al-Sc合金具有更加显著的时效强化效果，达到时效峰值的时间更短，但同时也更容易过时效而失去其强化作用[8]，因此添加能够提高其稳定性的微合金化元素尤为重要。而且稀土元素可以与另一些合金元素，尤其是具有相同析出相结构的元素相互作用，提高合金元素在Al中的固溶度，更好地发挥微合金化作用。例如人们发现将Sc、Zr元素联合添加使用，不仅能保持含Sc铝合金本身的有益性能，同时合金的热稳定性也得到了进一步提高[9−11]。Al-Er合金中所形成的化合物Al3Er与Al-Sc合金中的Al3Sc结构相似，均为L12型结构。基于Er、Sc元素在Al中具有类似作用的考虑，本文作者采用复合微合金化的方法，在铝合金中同时添加Er、Zr元素，以提高其热稳定性，改善其微合金化作用。在此，主要研究Al-Er、Al-Zr和Al-Er-Zr合金的时效析出过程及其析出相的粗化规律，以期为Er微合金化铝合金的发展提供更好的参考。

　　1 实验

　　实验合金均采用Al-6%Er、Al-4%Zr中间合金及高纯Al熔铸而成，铸锭经过640℃、20h固溶处理后，水淬至室温，然后分别于375℃、325℃进行等温时效。热处理采用温差为±1℃的Nabertherm空气循环加热炉。合金成分如表1所示。

　　显微硬度测试采用HXD−1000型显微硬度计，载荷为1.96N，加载时间为10s。透射电镜薄膜样品先机械减薄至80~100µm后，冲成直径为3mm的圆片，然后采用电解双喷减薄。双喷液为25%HNO3+75%CH3OH(体积分数)混合溶液，双喷电压为20V左右，电流为80~100mA，温度控制在−30℃左右。透射电镜观察在JEOL公司生产的JEM2010型透射电子显微镜上进行，工作电压为200kV。