Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化的研究進(jìn)展

王旭，吳私，劉運(yùn)騰，李衛(wèi)紅，周吉學(xué)，唐守秋

（1．山東省科學(xué)院新材料研究所，山東 濟(jì)南 250013；2．遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 131001）

Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化的研究進(jìn)展

王旭1，2，吳私2，劉運(yùn)騰1，李衛(wèi)紅1，周吉學(xué)1，唐守秋1

（1．山東省科學(xué)院新材料研究所，山東 濟(jì)南 250013；2．遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 131001）

隨著航空、航天等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋁合金性能的要求也更苛刻。微合金化是提高鋁合金性能的重要途徑，一直是國(guó)內(nèi)外主要的研究熱點(diǎn)。稀土元素性質(zhì)活潑，非常容易與鋁合金基體及其溶質(zhì)元素產(chǎn)生化合反應(yīng)，能夠有效改善Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，大幅提升其綜合性能；而非稀土元素的微合金化則能彌補(bǔ)稀土元素微合金化的局限性，因此得到了廣泛應(yīng)用。本文綜述了稀土元素Sc、Er、Ce和常規(guī)元素Zr、Ag、Sn、Cr、Sr等對(duì)Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金的微合金化作用機(jī)理，并對(duì)今后鋁合金微合金化的研究發(fā)展方向提出建議。

Al-Zn-Mg-（Cu）鋁合金；微合金化；合金元素

Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金因具有高比強(qiáng)度、高比剛度以及良好的加工性能，一直在交通運(yùn)輸、橋梁、建筑、航空航天及軍事等領(lǐng)域中起著十分重要的支撐作用，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)鋁合金性能的要求也更苛刻［1］。單純通過(guò)調(diào)整熱處理工藝來(lái)提高鋁合金力學(xué)性能，其抗應(yīng)力腐蝕性能必定有所降低，不能滿(mǎn)足技術(shù)要求。微合金化是通過(guò)挖掘合金潛力，改善合金元素的成分及含量，使其本身的力學(xué)性能在不損失的條件下，全面提升鋁合金綜合性能的一種方法。

我國(guó)在鋁合金微合金化方面，尤其是Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金，已經(jīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。在仿制國(guó)外一些先進(jìn)高性能鋁合金的同時(shí)，對(duì)鋁合金中的固態(tài)相變、相結(jié)構(gòu)、強(qiáng)韌化機(jī)理等方面進(jìn)行了許多基礎(chǔ)性研究。但總的來(lái)說(shuō)，這些研究的系統(tǒng)性、完整性、創(chuàng)新性都存在各種不足，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)和推動(dòng)作用不夠。鑒于此，本文較系統(tǒng)地闡述了稀土元素和非稀土元素兩大類(lèi)合金元素對(duì)Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微觀組織與性能的影響規(guī)律，并對(duì)Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化的研究發(fā)展趨勢(shì)及前景進(jìn)行了展望。

1 微量元素在合金中的作用機(jī)理

Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中主要元素Zn和Mg在基體中化合形成η′（MgZn2）相及高濃度的三元T（Al2Mg3Zn3）相，兩者是時(shí)效過(guò)程中的主要強(qiáng)化相，合金的力學(xué)性能很大程度上取決于Zn、Mg在基體中的濃度。田福泉等［2］的研究顯示，Zn、Mg元素含量的比值直接影響合金的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。若Zn、Mg濃度超過(guò)臨界范圍會(huì)導(dǎo)致合金韌性降低、抗應(yīng)力腐蝕性能下降等現(xiàn)象，而微量Cu的添加能改善由此帶來(lái)的負(fù)面影響，同時(shí)提高合金的強(qiáng)度和疲勞性能。但Cu含量過(guò)高時(shí)，會(huì)形成Al2CuMg難溶相使合金的韌性下降，并使合金產(chǎn)生高淬火敏感性。

鋁合金中主合金元素含量控制已形成標(biāo)準(zhǔn)體系，從主合金元素調(diào)整的角度來(lái)提高合金性能的空間已經(jīng)非常有限。微合金化是在合金中添加微量元素，顯著改善合金的組織和性能的一種途徑。Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化的研究，是通過(guò)優(yōu)化主合金元素同時(shí)降低雜質(zhì)含量，配合熱處理工藝，添加不同的微量元素來(lái)改善合金的抗腐蝕性能和力學(xué)性能。添加微合金化元素不同，其對(duì)鋁合金所起到的作用也有所不同。在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中添加的合金化元素主要分為稀土元素與非稀土元素兩大類(lèi)。

1.1 稀土元素（RE）在合金中的作用

稀土元素性質(zhì)極其活潑，非常容易與鋁合金基體及其溶質(zhì)元素化合，能夠有效改善合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，大幅提升鋁合金的綜合性能。我國(guó)稀土儲(chǔ)備量居世界前列，稀土也是不可多得的戰(zhàn)略資源，所以研究其在鋁合金中的應(yīng)用對(duì)國(guó)家的工業(yè)、經(jīng)濟(jì)甚至國(guó)力都有不可估量的影響［3］。以下介紹幾種在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化中倍受矚目值得深入研究的稀土元素。

1.1.1 元素鈧（Sc）

Sc是過(guò)渡族元素中原子半徑最小的元素，兼具過(guò)渡族元素與稀土元素這兩類(lèi)金屬的性質(zhì)［4］。在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中添加Sc，其發(fā)揮了極強(qiáng)的抑制再結(jié)晶作用，對(duì)合金晶粒的細(xì)化以及再結(jié)晶溫度的提高都有顯著地影響，同時(shí)改了合金的耐蝕性及力學(xué)性能，使合金的綜合性能大幅提升。Sc與合金基體結(jié)合生成一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性高并且滑移系較多的立方結(jié)構(gòu)Al3Sc相，極大地改善了材料的塑性［5］；合金經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的自然時(shí)效，會(huì)在基體中彌散析出與母相共格的Al3Sc相，其晶格錯(cuò)配度小，對(duì)細(xì)化合金晶粒起著至關(guān)重要的作用，并抑制合金的再結(jié)晶行為。Sc對(duì)合金時(shí)效動(dòng)力學(xué)也有促進(jìn)作用，添加Sc的Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金通過(guò)峰時(shí)效處理之后，與添加之前相比抗應(yīng)力腐蝕能力得到顯著地提高［6］。

Sc的微合金化優(yōu)點(diǎn)頗多，但是其在鋁基體中擴(kuò)散過(guò)快、難以控制；而且由于其價(jià)格昂貴，難以廣泛應(yīng)用［7］。但通過(guò)與Zr復(fù)合添加，在降低Sc添加量的同時(shí)也能夠獲得預(yù)期成效，很大程度上節(jié)省了制造成本。

1.1.2 元素鉺（Er）

Er是一種性?xún)r(jià)比極高的微合金化元素，價(jià)格僅約Sc的1／50，在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中添加微量稀土元素Er會(huì)明顯影響合金的組織性能及時(shí)效強(qiáng)化效果，是與Sc作用機(jī)理極為相近的元素［8］。Er對(duì)合金的最主要強(qiáng)化機(jī)制是第二相析出強(qiáng)化，其亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化與之相比作用較小。微觀結(jié)構(gòu)觀察表明，Er在鋁合金中形成了細(xì)小、彌散的Al3Er相，與由此形成的高密度亞結(jié)構(gòu)共同作用，促進(jìn)強(qiáng)化相η′相的析出，同時(shí)對(duì)提高形核率、縮短時(shí)效進(jìn)程都有促進(jìn)作用，而其最典型的對(duì)亞晶界、位錯(cuò)的釘扎作用，使抑制再結(jié)晶及細(xì)化晶粒的效果顯著，合金時(shí)效強(qiáng)化效果也得以提升。含Er合金組織與性能取決于Er在合金中的存在形式，在合金中含量較少時(shí)，Er主要固溶在基體中，在一系列熱處理工藝的過(guò)程中以強(qiáng)化相的形式析出；而合金中的Er含量過(guò)高時(shí)，部分Er在之前的熔體結(jié)晶時(shí)形成了Al3Er初生相；最后還有一部分Er在熔體凝固時(shí)形成了含Al3Er或Er的共晶化合物［9］。

適量添加Er，能夠顯著改善Al-Zn-Mg-（Cu）系合金的耐蝕性能，而當(dāng)其含量超過(guò)臨界濃度時(shí)，耐蝕性能會(huì)隨濃度的升高而直線下降［10］。也有研究表明，Er元素的加入，使合金中部分相的穩(wěn)定性有所下降［11］。

1.1.3 元素鈰（Ce）

Ce對(duì)鋁合金強(qiáng)度的影響近乎為零［12］，但Ce改善了合金晶界、亞晶界的弱化，在細(xì)化晶粒的同時(shí)使析出相彌散分布，并抑制再結(jié)晶，大幅度提高材料塑性，減小了晶界無(wú)沉淀析出帶的強(qiáng)度，對(duì)合金疲勞壽命的延長(zhǎng)極為有利［13］。

Ce元素對(duì)鋁合金影響最為明顯的效果是細(xì)化晶粒，也是綜合性能得到改善的根本所在，添加微量Ce到7A04鋁合金中，明顯改善了合金變形、軋制、擠壓等加工性能，其延展率也大幅提高，并且合金原有的強(qiáng)度并無(wú)損失，同時(shí)合金的耐鹽霧腐蝕性能也得到改善［14］。Chaubey等人［15］研究發(fā)現(xiàn)，添加Ce到Al-Zn-Mg-（Cu）系合金中，其與基體形成的Al4Ce強(qiáng)化相，對(duì)提高形核率、晶粒細(xì)化以及時(shí)效后的強(qiáng)化效果都有顯著的影響。

1.2 非稀土元素在合金中的作用

稀土元素作為Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金合金化元素仍有一定局限性，如稀土元素的添加使合金產(chǎn)生多層次結(jié)構(gòu)，其對(duì)合金性能的影響還不甚明了；稀土元素在合金基體中的存在形式及演變規(guī)律尚不明確；與鋁及基體中其它元素的反應(yīng)和產(chǎn)物等諸多問(wèn)題還有待澄清，對(duì)稀土微合金化機(jī)理的認(rèn)識(shí)和研究還有待加深等等。而其他一些過(guò)渡族金屬、主族金屬如Zr、Ag、Li、Sn等非稀土元素，在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中微合金化的理論和研究方法已趨于成熟，對(duì)其合金化后的微觀組織與綜合性能也有科學(xué)的預(yù)測(cè)，應(yīng)用極為廣泛。

1.2.1 元素鋯（Zr）

元素Zr的添加在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中較為普遍，添加后產(chǎn)成的Al3Zr相均勻分布于合金基體中，提高形核率的同時(shí)并細(xì)化晶粒；Al3Zr相尺寸小，與基體共格關(guān)系良好，錯(cuò)配度小，在淬火過(guò)程中，并不為η相提供優(yōu)先形核的位置，所以相對(duì)于添加過(guò)渡族元素Cr、Mn等的淬火敏感性要低很多［16－17］，強(qiáng)化效果明顯。并且Al3Zr相在晶界處分布較多，其對(duì)晶界的釘扎作用抑制了晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，使合金的力學(xué)性能顯著改善［18－19］。在時(shí)效過(guò)程中產(chǎn)生的Al3Zr相對(duì)η′相的析出有促進(jìn)作用，加快合金的時(shí)效進(jìn)程，提高合金時(shí)效析出強(qiáng)化效果。Zr抑制鋁合金再結(jié)晶作用效果明顯，合金的再結(jié)晶溫度得到顯著提高，合金經(jīng)過(guò)熱處理及后續(xù)加工，獲得未完全再結(jié)晶組織，從而使合金的抗應(yīng)力腐蝕性能得到很大程度的改善［20］。

目前研究顯示，Zr對(duì)鋁合金性能的影響不是直接的，合金的再結(jié)晶溫度由于Zr的影響而顯著提高，令合金獲得未完全再結(jié)晶組織，這種組織的存在，間接強(qiáng)化了合金的性能。Chen等［21］通過(guò)對(duì)含Zr7010合金與含Cr7475合金斷裂韌性的研究，發(fā)現(xiàn)7010合金的斷裂韌性明顯高于7475合金，其結(jié)果完全歸功于亞穩(wěn)的Al3Zr相；叢福官等［22］的研究表明，Zr在合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%～0.15%之間時(shí)，合金具有良好的耐蝕性和強(qiáng)韌性。

1.2.2 元素銀（Ag）

Ag對(duì)于改善Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金的性能極其明顯。Ag促進(jìn)合金時(shí)效過(guò)程，加速時(shí)效初期固溶體中GP區(qū)的形成，在Ag含量的臨界范圍內(nèi)，形成GP區(qū)的預(yù)備期隨著其含量的升高而縮短，并且Ag加快合金時(shí)效過(guò)程，在合金的抗應(yīng)力腐蝕性能提高的同時(shí)對(duì)材料的焊接性能也有所改善；Ag的添加使合金的固溶時(shí)效溫度也明顯提高，使基體中殘留的第二相進(jìn)一步融入基體，形成高濃度過(guò)飽和固溶體，延緩過(guò)時(shí)效從而加強(qiáng)時(shí)效析出強(qiáng)化效果，改善合金的力學(xué)性能［23］。

Ag在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中的添加量，決定其在合金中的作用機(jī)理。Zhu等［24］的研究顯示，當(dāng)Ag的含量在0.11%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下有利于η′相的均勻分布，合金強(qiáng)度與Ag的含量呈正比，而當(dāng)Ag的含量高于這個(gè)數(shù)值時(shí)，合金的強(qiáng)度卻明顯惡化。Li等［25］研究顯示，在7055合金中添加Ag，促進(jìn)η′相的析出，強(qiáng)化時(shí)效效果，但Ag含量若超過(guò)臨界濃度，也會(huì)與合金中主元素形成化合物，使鋁基體中合金元素的濃度降低，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的合金時(shí)效強(qiáng)度。由此可見(jiàn)，在合金中添加Ag要有一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?，其含量多少?duì)合金組織與性能的影響見(jiàn)仁見(jiàn)智，這是未來(lái)微合金化進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

1.2.3 元素錫（Sn）

對(duì)于Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金，Sn的添加對(duì)其鑄態(tài)組織細(xì)化晶粒的作用明顯，但當(dāng)Sn含量達(dá)到一定高度時(shí)，進(jìn)一步增加則無(wú)更佳效果。Starke等［26］對(duì)含Sn的Al-Zn-Mg-（Cu）系合金進(jìn)行了研究，通過(guò)觀察其時(shí)效過(guò)程中的硬度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)Sn對(duì)70℃下合金GP區(qū)的形成不利；姜榮票［27］的研究表明，Sn元素具有高空位激活能，其促進(jìn)時(shí)效初期GP區(qū)的形成，使析出相的粗化被抑制，延遲了峰值點(diǎn)的出現(xiàn)，過(guò)時(shí)效的開(kāi)始時(shí)間被延后，合金時(shí)效后的強(qiáng)度顯著提高。同時(shí)，Sn若含量過(guò)高，在合金中以單質(zhì)態(tài)存在或與Mg反應(yīng)形成Mg2Sn形式的化合物，會(huì)極大地影響合金的力學(xué)性能，因此Sn在Al-Zn-Mg-（Cu）系合金中的添加要適量。

近年來(lái)關(guān)于Sn對(duì)Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金綜合性能影響的報(bào)道較少，其作用機(jī)理及微觀組織形態(tài)有待進(jìn)一步詳細(xì)深入地研究。

1.2.4 過(guò)渡族元素

過(guò)渡族元素Cr是鋁合金中常見(jiàn)的添加元素，其對(duì)合金再結(jié)晶溫度的提高及抗應(yīng)力腐蝕性能的改善都有顯著影響，與有些稀土元素一粒添加到Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中時(shí)，能夠與基體中的Cr元素構(gòu)成一種新的化合物，具有高的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性，如Yb、Pr、La元素的添加生成的YbCr2Al20、PrCr2Al20、LaCr2Al20等相，能夠以細(xì)化晶粒、彌散強(qiáng)化的方式來(lái)改善合金的綜合性能，同時(shí)抑制合金的再結(jié)晶，提高再結(jié)晶溫度，使材料還具有一定耐熱性［28］。

還有一些元素如Sr（鍶）、Be（鈹）、Ni（鎳）等，對(duì)其在Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化的研究報(bào)道并不多，但其作用及影響不可小覷，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

添加Sr到Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金中，能有效地抑制再結(jié)晶，細(xì)化組織同時(shí)促進(jìn)合金元素分布均勻，提高合金的時(shí)效強(qiáng)度和抗腐蝕性能。許曉靜等［29］對(duì)含Sr7085型鋁合金進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Sr的微合金化機(jī)理與Zr相似，其與基體形成Al4Sr相，有抑制再結(jié)晶、細(xì)化晶粒的作用，對(duì)合金的耐蝕性能和時(shí)效強(qiáng)化都有明顯的改善。李堯等［30］對(duì)7475型鋁合金。研究發(fā)現(xiàn)，Be的添加對(duì)細(xì)化合金晶粒，提高合金再結(jié)晶溫度，改善合金時(shí)效后力學(xué)性能等效果顯著。將Ni添加到Al-Zn-Mg-（Cu）系合金中，其與基體化合生成A13Ni相，減少鑄錠冷卻過(guò)程中由于殘余應(yīng)力而產(chǎn)生的微觀裂紋，提高合金時(shí)效后力學(xué)性能的同時(shí)抗應(yīng)力腐蝕性能也得到改善［31］。

2 Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化研究方向

2.1 元素選擇與配比

合金中微量元素的添加，甚至有時(shí)只是痕量的加入，也會(huì)使鋁合金的微觀組織和力學(xué)性能獲得很大的改變。某些元素添加到合金中，與基體中元素結(jié)合，使內(nèi)部組織均勻，加強(qiáng)時(shí)效析出過(guò)程中的彌散強(qiáng)化，有利于合金組織與性能的改善；而有些元素添加后，與基體中其它強(qiáng)化元素結(jié)合，形成難溶粗大相，同時(shí)降低了合金的固溶體飽和度，削弱時(shí)效析出效果，反而會(huì)使合金性能惡化；并且元素添加量不同，產(chǎn)生的作用機(jī)理和影響也不同。微合金化可以顯著改善鋁合金的性能，對(duì)有益的添加元素的遴選及對(duì)添加量的優(yōu)化、對(duì)合金組織與性能影響的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、尋求科學(xué)的方法建立物理模型以及進(jìn)一步挖掘微量元素的潛力是需要深入研究的重點(diǎn)。

2.2 微量元素的復(fù)合添加

鋁合金的復(fù)合微合金化是當(dāng)前研究最為廣泛并且倍受關(guān)注的課題之一，解決了合金化中許多棘手的問(wèn)題，并極大地改善了合金的綜合性能，其待挖掘潛力也是巨大的，前景備受矚目。

如將Sc作為合金化元素加入Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金，Sc是很昂貴的元素，但若想合金獲得良好的綜合性能，其添加量必須達(dá)到一定界限，必然造成合金的成本高居不下；而使其與Zr復(fù)合添加，在降低Sc添加量的同時(shí)也會(huì)獲得預(yù)期成效，這一措施有效地降低，含Sc鋁合金的制造成本［32］。

本文作者曾研究過(guò)在Al-Mg合金中復(fù)合添加Sc、Zr、Ti元素［33］，研究結(jié)果表明，在復(fù)合添加合金元素后，鋁合金材料的晶粒明顯細(xì)化，如圖1所示。在TEM中還觀察到了材料內(nèi)部有大量復(fù)合析出相Al3（Sc1－xZrx）、Al3（Sc1－xTix）、Al3（Sc1－x－yZrxTiy）復(fù)合粒子析出。這些復(fù)合粒子析出過(guò)程中與基體α-Al完全共格，可以有效地阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和晶界的遷移，還能有效抑制合金再結(jié)晶，能夠提高材料的力學(xué)性能。但對(duì)于復(fù)合相析出的形核機(jī)理的研究尚需進(jìn)一步深入。

圖1 Al-10Mg-Sc-Zr-Ti的均勻化后SEM與TEM照片［33］Fig.1 SEM and TEM photos after Al-10Mg-Sc-Zr-Ti homogenization

在Al-Zn-Mg-（Cu）鋁合金中復(fù)合添加Zr、Cr、Pr，顯著抑制了合金的再結(jié)晶行為，提高了再結(jié)晶溫度，細(xì)化晶粒，使微觀組織均勻彌散，而且合金的抗應(yīng)力腐蝕性能和抗剝落腐蝕性能都得到明顯地提高。由上所述，復(fù)合添加Zr、Cr、Pr的合金，其綜合性能得到顯著的改善［34－35］。

但同時(shí)添加Er和Mn到Al-Mg合金中，兩者結(jié)合形成二元ErMn12相，其與基體錯(cuò)配度大，無(wú)法強(qiáng)化合金的性能，同時(shí)對(duì)基體中Er和Mn的含量有所消耗，降低了合金的固溶體飽和度，削弱后期時(shí)效過(guò)程中的析出強(qiáng)化效果［36］。

由此可見(jiàn)，在鋁合金中復(fù)合添加多種元素，其作用效果并非盡如人意。深入研究不同元素的搭配，探索多元合金化產(chǎn)生的多重沉淀強(qiáng)化相對(duì)材料綜合性能影響，建立與此相關(guān)的物理模型，科學(xué)預(yù)測(cè)微合金化元素對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)的影響，一直是是微合金化研究的熱點(diǎn)。

2.3 微量元素復(fù)合作用機(jī)制

目前，對(duì)于鋁合金微合金化作用機(jī)制的研究很少聚焦在初期形核階段。而添加微量元素改變相變初期的微觀組織，從而改變之后析出相的結(jié)構(gòu)，這才是合金性能與之前截然不同的根源所在，但是相變初期微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律不易獲取一直是阻礙研究進(jìn)展的難題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)手段有限、難以準(zhǔn)確描述微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律的僵局即將打破，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，使時(shí)效初期微觀結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程能夠清晰明了地呈現(xiàn)，而在根本上理解微合金化元素對(duì)鋁合金的作用機(jī)制，這方面的技術(shù)研究備受矚目［37］。

同時(shí)，稀土元素的合金化機(jī)制，相對(duì)來(lái)講可以稱(chēng)其是微合金化界的‘新寵’，許多方面正處于研究階段。稀土元素在鋁合金基體中的存在形式繁雜多變，固溶在基體中的稀土元素、初生相、次生相在不同階段表現(xiàn)出的作用也不同，對(duì)鋁合金性能的影響正是這些不同階段共同作用的結(jié)果，也使合金產(chǎn)生一種多層次結(jié)構(gòu)。稀土元素對(duì)合金性能的影響還不甚明了，這一問(wèn)題必定會(huì)引起稀土鋁合金新一輪的研究熱潮。

3 結(jié)語(yǔ)

微合金化是改善Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金綜合性能的有效途徑，對(duì)合金的力學(xué)性能及抗腐蝕性能都有顯著地提高，配合適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕軌颢@得極佳的時(shí)效強(qiáng)化效果，在很大程度上彌補(bǔ)單純熱處理工藝后抗腐蝕性能下降的缺點(diǎn)。所以，關(guān)于Al-Zn-Mg-（Cu）系鋁合金微合金化的研究意義重大。

雖然微合金化對(duì)鋁合金性能的改善有著至關(guān)重要的作用，對(duì)其機(jī)制的研究也逐漸深入，但諸多問(wèn)題仍亟待解決，如合金元素的添加量及種類(lèi)匹配、復(fù)合微合金化中合金元素的搭配、稀土元素與鋁及其它組元的交互作用等，尤其在納米微觀結(jié)構(gòu)演變層面的研究與世界先進(jìn)水平還有一定差距。隨著對(duì)微合金化理論的進(jìn)一步深入了解與掌握，相信不久的將來(lái)我國(guó)必定會(huì)研發(fā)出世界級(jí)水平的高性能鋁合金，引領(lǐng)鋁合金應(yīng)用未來(lái)的發(fā)展方向。

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Research advances of microalloying Al-Zn-Mg-（Cu）series aluminum alloy

WANG Xu1，2，WU Si2，LIU Yun-teng1，LI Wei-hong1，ZHOU Ji-xue1，TANG Shou-qiu1
（1．Institute of New Materials，Shandong Academy of Sciences，Jinan 250014，China；2．School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China）

Requirement for high-performance aluminum alloy is increasingly severe with the development of aerospace industry．Microalloying is an important approach to improve the mechanical properties of aluminum alloys，and its research has been a global focus．The property of rare-earth（RE）elements are active and easy to combine with aluminum alloy matrix and solute elements，so they can effectively improve the microstruc ture of Al-Zn-Mg-（Cu）aluminum alloy and significantly enhance its comprehensive performance．Microalloying of non rare earth elements can compensate the negatives of that of rare earth elements，so it is widely applied．This paper reviews the function mechanism of rare-earth elements Sc，Er，and Ce and regular elements Zr，Ag，Sn，Cr and Sr to the microalloying of Al-Zn-Mg-（Cu）aluminum alloys．We further present some suggestions for the development directions of microalloying of Al-Zn-Mg-（Cu）aluminum alloys．

Al-Zn-Mg-（Cu）aluminum alloy；microalloying；alloying element

TG146.2＋1

A

1002-4026（2014）01-0056-07

10.3976／j.issn.1002－4026.2014.01.010

2013-07-04

山東省自然科學(xué)基金青年基金（ZR2010EQ021）；山東省科技發(fā)展計(jì)劃（2011GGX10210）；山東省科學(xué)院青年基金（2013QN017）

王旭（1979－），男，博士后，研究方向?yàn)檩p金屬材料及其金屬基復(fù)合材料。Email：wx1979875＠hotmail．com