【摘 要】
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铸造Al-Si-Mg合金具有较低的密度,较好的流动性,较低的热膨胀系数和较高的比强度,在航空航天、交通运输等领域有广泛应用。未经处理的铸造Al-Si-Mg合金的微观组织主要由粗大的α-Al枝晶相和板条状的共晶Si相组成。板条状的共晶Si相会割裂基体,造成应力集中而导致裂纹产生,从而对合金的力学性能产生不利影响。向铸造Al-Si-Mg合金熔体中同时添加细化剂和变质剂是目前工业上常用的处理方法,但这种
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铸造Al-Si-Mg合金具有较低的密度,较好的流动性,较低的热膨胀系数和较高的比强度,在航空航天、交通运输等领域有广泛应用。未经处理的铸造Al-Si-Mg合金的微观组织主要由粗大的α-Al枝晶相和板条状的共晶Si相组成。板条状的共晶Si相会割裂基体,造成应力集中而导致裂纹产生,从而对合金的力学性能产生不利影响。向铸造Al-Si-Mg合金熔体中同时添加细化剂和变质剂是目前工业上常用的处理方法,但这种双重添加不仅技术要求高,而且还存在缺陷。Sc是一种稀土元素,对铸造Al-Si-Mg合金的α-Al相和共晶Si相具有细化和变质的双重作用,Sc、Zr联合添加还可增强Sc的作用效果和降低Sc添加量,但相关研究还非常有限,特别是有关Sc或Sc、Zr联合添加对铸造Al-Si-Mg合金耐蚀性影响的研究还鲜有报道。因此,本文以铸造Al-6.5Si-0.45Mg合金为研究对象,利用扫描电镜、X射线衍射仪、晶间腐蚀实验、减重腐蚀实验以及电化学测量技术,研究了Sc添加和Sc、Zr联合添加对铸造Al-6.5Si-0.45Mg合金的微观组织和耐蚀性能的影响。主要研究结果如下:1、Sc对铸造Al-6.5Si-0.45Mg合金的α-Al相和共晶Si相有细化和变质作用。在含量较低时,Sc的细化和变质效果较弱,但随着Sc含量的增加,Sc的细化和变质效果增强,当Sc含量达到0.58wt.%时,Sc对共晶Si相的变质效果几乎与0.04wt.%Sr变质作用相当,共晶Si相被转化为细小的短棒状或颗粒状。与Sr变质剂相比,Sc含量适中时可以改善Al-6.5Si-0.45Mg合金的耐腐蚀性,较高的Sc含量虽然对Al-6.5Si-0.45Mg合金的α-Al相和共晶Si相有更好的细化和变质效果,但并不能进一步改善合金的耐腐蚀性。其原因是细小分布的共晶Si相增加了α-Al与共晶Si相之间的界面和腐蚀电池数,从而导致合金的腐蚀电流增加而使耐蚀性下降。2、添加适量的Zr可以增强Sc对铸造Al-6.5Si-0.45Mg合金α-Al相和共晶Si相的细化和变质作用。对于添加了0.45wt.%Sc的Al-6.5Si-0.45Mg合金,添加0.12-0.20wt.%Zr可以使Sc表现出良好的细化和变质效果,但合金的耐蚀性有所降低,这与在含Zr的合金熔体中可形成大量Al3(Scx,Zr1-x)相粒子有关;加入更多的Zr,Sc的细化和变质作用减弱,但合金的耐蚀性则有所改善。添加过多的Zr会在合金熔体中形成密集分布的Al3(Scx,Zr1-x)相粒子,这增加了Al3(Scx,Zr1-x)相粒子间的相互聚集并下沉到合金熔体底部的机会,减少了合金熔体中的Al3(Scx,Zr1-x)相粒子,并降低合金中的有效细化和变质元素Sc的含量。因此,加入过多的Zr反而会降低Sc的细化和变质效果,但对合金耐蚀性有利。3、实验合金的腐蚀主要发生在共晶区,而且是共晶α-Al相被溶解,共晶Si相基本不发生腐蚀,这表明在α-Al相与共晶Si相之间能形成腐蚀电池,并且α-Al相的电极电位低于共晶Si相而成为腐蚀电池的阳极。
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