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微合金化是提高铝合金综合性能的有效途径之一,通过向纯铝中添加微量的Sc、Zr、Yb元素制备不同成分的Al-Sc-Zr、Al-Sc-Zr-Yb合金。通过显微硬度表征合金的力学性能,通过电导率表征基体中溶质浓度的变化情况,通过动电位循环极化曲线表征合金的耐电化学腐蚀性能,并结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察合金的微观结构,研究Yb对Al-Sc-Zr合金力学性能和耐电化学腐蚀性能的影响。 Al-Sc-Zr合金在等时时效过程中,在300~450℃之间硬度达到最大值。取300℃,350℃,400℃,450℃进行等温时效,Al-Sc-Zr合金经过1~3h后达到峰值硬度,之后随着时效时间的延长硬度值基本不变。300℃~450℃等温时效过程中,随着时效温度的升高,Sc的平衡固溶度增大,形核驱动力降低,析出相粒子临界半径增加,数量密度减少,体积分数减小,合金的峰值硬度降低。固溶态时,合金的平均腐蚀电流密度最低,耐蚀性良好,经过350℃时效处理后,平均腐蚀电流密度增加,时效24h后腐蚀电流趋于平稳。在同种时效热处理状态下,合金中Sc含量越多,腐蚀电流越大,耐蚀性越差。 Al-Sc-Zr-Yb合金在等时时效过程中,硬度曲线呈双峰形式,在300℃达到峰时效后,硬度值有一个先下降后上升的过程,425℃时达到第二峰时效。取300℃~450℃对合金进行等温时效,时效温度越高,原子扩散越快,合金达到峰时效所需的时间越短。随着时效温度的升高,300~350℃时合金的峰值硬度差别不大,超过350℃后合金硬度值开始下降。时效初期,合金的腐蚀电流迅速上升,经过时效24h后逐渐趋于平稳,耐蚀性稳定。 在350℃等温时效144h的峰时效状态,低Sc含量的Al-0.016Sc-0.061Zr合金的析出相粒子半径为10.1nm,Yb替代等量的Sc后,Al-0.005Sc-0.072Zr-0.012Yb合金的析出相粒子半径为6.7nm,粒子尺寸明显减小,硬度值可提升约18HV。Al-Sc-Zr-Yb合金在同种时效状态下,随着合金中Sc浓度的增加(0.005~0.154%),析出相粒子半径从6.7nm降低到4.2nm,数量密度增加,合金的硬度值提高。 高Sc含量的Al-0.154Sc-0.056Zr-0.014Yb合金在350℃分别等温时效1h,24h,144h后,析出相粒子半径分别为2.4nm,3.4nm,4.2nm。随着时效时间的延长,微合金化元素不断从基体中析出,扩散慢的Zr元素富集在析出相的外层,阻碍原子的扩散,粒子半径增加缓慢,提高了合金的抗粗化能力。