苏州大学《JMST》：调控多尺度微观组织提高铸造铝合金力学与耐蚀性能

第一作者：王瑞。通讯作者：王东涛，长海博文

通讯单位：苏州大学高性能金属结构材料研究院

DOI: 10.1016/j.jmst.2023.08.058

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该研究以微合金化手段调控Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金微米-纳米多尺度微观组织，同时提高合金的力学和耐蚀性能，为解决高强铸造铝合金耐蚀性能较差的问题提供了一种新的微观组织控制策略。本研究表明，0.15%~0.3%的Zr元素添加能够使合金的强度提高，同时Zr的加入能够导致合金晶粒细化(微米尺度)以及合金表面自生钝化膜强化(纳米尺度)，这种协同效应抑制了合金的腐蚀，有效提高了高强铸造铝合金耐蚀性能。

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背景介绍

Al-Si-Cu-Mg系铸造铝合金因优异的成型性和高强度在汽车轻量化部件中有着广泛应用。合金中高含量的Cu、Mg元素在提高合金强度的同时导致合金耐蚀性能显著下降，限制了该系合金在潮湿、腐蚀服役环境下的应用。为改善Al-Si-Cu-Mg系高强铸造铝合金的耐蚀性能，目前的研究多通过改善合金晶粒、第二相的特征，抑制合金的腐蚀过程，但合金在时效过程中析出的大量纳米第二相仍不可避免的造成腐蚀过程的加剧，如何通过新思路抑制这一现象以有效提高合金的耐蚀性能，是高综合性能铸造铝合金开发亟待解决的问题。

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本文亮点

(1) Zr元素可以使Al-Si-Cu-Mg铸造合金在热处理过程中形成纳米含Zr相，提高合金的力学性能；

(2) 0.15%~0.3%的Zr元素可以同时调控合金的晶粒和表面自生钝化膜特征，有效提高Al-Si-Cu-Mg高强铸造铝合金的耐蚀性能；

(3) Zr元素能够参与合金表面自生钝化膜的形成，改善表面钝化膜的稳定性，强化合金表面钝化膜的耐侵蚀能力。

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图文解析

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总结与展望

本文系统研究了Zr元素对Al-Si-Cu-Mg 铸造铝合金力学及耐蚀性能的影响。根据 Zr 含量的不同，提出了 Zr 在微米和纳米尺度上对耐蚀性能改善的双重作用。研究结果表明，Zr 的添加可以通过细化合金晶粒组织和增强钝化膜稳定性来提高Al-Si-Cu-Mg合金的耐蚀性能。本研究为高强铸造铝合金耐蚀性能改善提供了一种新的合金设计思路。

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课题组介绍

王东涛（通讯作者）：苏州大学沙钢钢铁学院、高性能金属结构材料研究院，副研究员，硕士研究生导师，苏州大学优秀青年学者。主要研究方向包括：高性能铸造铝合金材料设计，铸造铝合金强韧/服役性能机理研究等。先后主持国家级、省部级、企业产学研课题等研发项目7项，作为主要参与者参与国家级、省部级重点项目的研发。在Corrosion Science, Journal of Materials Science & Technology, Materials Science and Engineering: A等期刊发表学术论文40余篇，授权国家发明专利20余项。担任多个SCI期刊审稿人及客座编辑。

长海博文（通讯作者）：苏大大学特聘教授、博士生导师、俄罗斯自然科学院外籍院士、国家特聘专家、中国汽车工程学会会士；曾任日本轻金属株式会社铸造研发中心副主任、主席研究员，现任苏州大学高性能金属结构材料研究院院长。主要从事金属凝固与成形基础理论研究，高性能铝合金材料开发与应用。先后主持10余项国家级、省部级重点项目，发表学术论文 200 余篇，授权国内外发明专利 50 余项。目前担任国际铝合金大会 (ICAA) 国际专家委员会、国际材料大会(THERMAC)国际专家委员会、中国汽车轻量化创新联盟专家委员会等专家委员。

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引用本文

R. Wang, D.T. Wang, H. Nagaumi, M.H. Zhang, X.Z. Li, Z.B. Wu, X.Z. Zhang, P.F. Zhou, B. Zhang, The novel strategy for enhancing mechanical properties and corrosion resistance via regulating multi-scale microstructure characteristics in Al-Si-Cu-Mg-Zr cast alloy, J. Mater. Sci. Technol. 180 (2024) 102-117.

本文来自：材料科学与技术。