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微合金化是提高铝合金性能的重要途径之一,本文通过向纯铝中添加微量的Er、Zr元素制备几种不同含量的Al-Er、Al-Zr、Al-Er-Zr合金。通过显微硬度测试表征合金的力学性能,利用动电位循环极化法以及扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)测试综合评价合金的耐腐蚀性能,并结合电导率测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)显微结构观察,分析了Er、Zr微合金化元素在铝合金中的作用机理。 显微硬度测试表明,经过时效处理的Al-Er、Al-Er-Zr合金出现了显著的时效硬化现象,Al-0.08Zr合金没有出现时效硬化现象,且Er、Zr复合添加使得时效强化效果保持更长的时间。三元Al-Er-Zr合金中,Er的含量在0.009~0.042at.%间变化时对合金硬度影响不明显,且Er的含量为0.034 at.%,合金硬度最高,超过此值合金硬度反而略有下降。 动电位循环极化曲线测试结果表明,随着Er、Zr含量的增加,Al-Er、Al-Zr固溶体合金的腐蚀电位向负向移动,钝化区的平均腐蚀电流密度增大。在等时时效过程中,A1-0.025Er合金在固溶态、250℃、以及400℃的三个典型状态,腐蚀电位(Ecorr)分别为-1.23、-1.08、-1.12V;钝化区的平均电流密度(ip)分别为1.34、0.69、0.72uA/cm2,在250℃获得372Mpa的最大硬度值且耐蚀性优于固溶态;时效温度到达400℃时,合金失去时效硬化效果,但是耐蚀性比峰时效态的仅略有降低。在375℃等温时效过程中,Al-0.013Er-0.065Zr与Al-0.034Er-0.074Zr合金,均表现出力学性能与耐电化学腐蚀性能的同步提升,两种成分的合金均存在明显的钝化区,且钝化区的平均腐蚀电流密度处于uA/cm2级别,耐蚀性良好,时效100h后,合金的力学性能和耐电化学腐蚀性能均达到最佳,在延长保温时间到200h的情况下,两种合金的力学性能和耐蚀性能都得以保持。雨在Al-0.009Er-0.088Zr合金中,出现合金力学性能提高而耐腐蚀性能变差的负相关性。 SKPFM测试表明,Al3Er、Al3Zr、Al3Sc与经炉冷的铝基体的电势差分别约为:-20mV,-150mV,-100mV,这项结果可解释合金的局部腐蚀现象。 在Al-0.013Er-0.065Zr合金中,从固溶态到375℃等温时效100h之间,电导率从30.0增加到35.9 MS m-1,表明基体中溶质元素的固溶量降低,α-Al基体的电极电位会正向移动;而在时效初期主要是Al3Er的析出,之后Zr不断富集在Al3Er粒子的表面形成Al3(Er1-xZrx)复合相的核壳结构,当其与α-Al基体的电势差越小时合金的耐蚀性越好,电化学结果显示,在时效100h合金的耐蚀性最佳,此时α-Al基体与析出相的电极电位达到最佳匹配,同时,合金的硬度值也同步提高。到了时效后期,350h后第二相粒子长大缓慢,仍具有强化作用,且耐蚀性没有明显下降。从以上结果,我们获得了设计出耐蚀的可析出强化铝合金的新思路。