电子探针在6063铝合金均匀化处理中的应用

　　6063铝合金主要用于建筑型材、灌溉管材及供车辆﹑台架﹑家具﹑栏栅等用的挤压材料，2009年的产量达2×107t^[1]。所有金属和合金凝固时都存在枝晶偏析，必须通过均匀化处理消除或降低晶内化学成分和组织的不均匀性，消除或减少在铸锭快速冷却时所产生的内应力，改善铸锭的热塑性^[2-3]。铸造过程中形成的非平衡第二相影响铝合金的力学性能，故减少第二相有利于改善高强铝合金的力学性能^[4]。均匀化处理能促使第二相溶解，减少第二相的体积分数，并提高合金元素在基体中的固溶度。均匀化过程越彻底，时效后合金的强度越高。在6063铝合金中元素镁与硅主要形成强化相Mg2Si化合物，其强化作用与其在固态铝的溶解度有关，而Mg2Si的溶解度不仅与温度有关，而且还与镁含量有关^[5]。过剩镁对材料强度有负面影响，并且使型材耐腐蚀性能严重下降，生产中应严格控制镁元素的含量，最好使镁硅质量之比略小于正常值1.73。

　　硅在铝中的溶解度很小，铝基体中溶解少量的硅不仅降低合金的耐腐蚀性能，而且粗化合金晶粒，但是硅的质量分数超过0.3%时，随含量的增加反而使晶粒逐渐细化，耐腐蚀性能也有所改善[6]。当硅过剩量超过临界值0.06%时，虽然过剩的硅不会降低Mg2Si在铝基体中的溶解度，但会影响合金的耐腐蚀性和氧化着色能力，并且容易在晶界上偏聚形成游离态的硅，从而引起晶界附近硅元素贫乏区的出现，导致晶间腐蚀的发生。除此之外，过剩的硅还可与铁铝元素形成铝铁硅化合物[7]，此相对于铝基体来说是阴极相，铝铁硅化合物和铝基体构成了一对电极电偶，这种电化学性质反差大大降低了合金的组织稳定性。所以在生产实际中，为了使铝-铁-硅系合金达到良好的综合性能，常使硅元素含量稍有过剩，但过剩量一般不宜超过0.06%，以免给合金的组织特性带来负面影响。铁元素在6063铝合金材料中属于杂质元素，主要以AlFeSi，FeA13等化合物形式存在[8]。合金中少量铁元素的存在有助于提高铝的再结晶温度，从而使铸态晶粒得到细化，但当铁的含量超过规定值时，合金的阳极氧化着色能力会明显降低。所以6063铝合金中铁的质量分数应控制在0.20%以下。

　　由于铝合金第二相的形状和分布影响着合金的性能，针状的析出相对性能影响最大，因在其尖端很容易产生应力集中，造成晶界过早产生裂纹形核，最终导致合金的断裂韧度降低;其次是棒状、块状析出相，它们较大的硬度、脆性以及与基体较弱的结合使其成为裂纹的形核中心，均匀化处理能够使得析出相球形化且分布更弥散，有利于合金性能的提高。传统的金相法可以看到均匀化处理后各种相的变化，但是不能对其成分进行分析，不能确定相中元素的变化，所以存在一些缺陷。笔者研究的创新之处在于：