摘要：新能源汽车对轻质、耐腐蚀、可塑性好的铝合金需求增加，AISi10MnMg合金因其优异的铸造性能和充型性能被广泛使用。该合金能有效降低车身质量，提高能效和续航里程，但室温下热导率较低，限制了其在新能源汽车领域的应用。研究通过Sr+Ce复合变质和热处理试验，探索提
新能源汽车对轻质、耐腐蚀、可塑性好的铝合金需求增加，AISi10MnMg合金因其优异的铸造性能和充型性能被广泛使用。该合金能有效降低车身质量，提高能效和续航里程，但室温下热导率较低，限制了其在新能源汽车领域的应用。研究通过Sr+Ce复合变质和热处理试验，探索提高AISi10MnMg合金导热性能和力学性能的方法，以扩大其应用范围并提升新能源汽车质量。
【研究亮点】
本文研究通过热处理工艺调控AlSi10MnMg合金组织，实现了合金导热率与力学性能的协同优化。
【全文导读】
兰州理工大学李元东教授等在2024年第44卷第9期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“热处理对复合变质AlSi10MnMg合金组织、导热及力学性能的影响”的文章，作者采用挤压铸造结合Sr+Ce复合变质制备AlSi10MnMg合金试样，研究热处理工艺对合金组织及性能的影响规律。结果表明，热处理后合金组织变得更规则，其中共晶Si相由蠕虫状、珊瑚状转变为更加细小的颗粒状，边界形貌更加圆整，电子传递效率增高，合金热导率有所上升。经540 ℃×0.5 h固溶处理后，合金热导率达到最高，为194.53 W/（m·K），相比Sr+Ce复合变质合金提升了7.07%；T6热处理后，由于部分共晶Si析出以及晶格畸变的影响，合金热导率存在下降趋势。随着固溶时间延长，合金抗拉强度整体呈下降趋势，伸长率呈上升趋势。T6热处理后，合金抗拉强度及屈服强度得到进一步增强，伸长率则由于合金元素的析出降幅明显。当热处理工艺为530 ℃×0.5 h固溶+180×6 h时效时，合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到348.26 MPa、263 MPa和14.92%，相比Sr+Ce复合变质后合金的分别提升了52.1%、205.8%和2.1%。
【图文解析】
试验材料为AlSi10MnMg合金，采用Al-10Sr、Al-10Ce中间合金对AlSi10MnMg铝合金进行复合变质处理。采用ICP-AES检测合金化学成分，见表1。
采用挤压铸造制备合金试样。将AlSi10MnMg合金放入电磁感应炉内，在730 ℃熔化炉料。待炉料完全熔化且熔体温度达到740 ℃时加入Al-10Sr、Al-10Ce中间合金进行变质处理，并保温30 min。调整熔体温度至720 ℃，添加C2Cl6进行精炼。精炼完成后，将熔体温度调整至690 ℃，倒入6 000 kN卧室挤压机压射缸（压射力为800 kN，预热温度为250 ℃），运转料筒将合金浆料顶入同样预热至250 ℃的模具中。挤压铸造成形件尺寸为160 mm×170 mm×8 mm。
采用DK7-725型电火花数控切割机在铸件中心处取样（ϕ12.7 mm×3 mm），进行组织观察与热处理。试样分别经500、1 000、1 500和2 000目砂纸打磨，抛光后采用凯勒试剂（2.5%的HNO3+1.5%的HCl+1%的HF+95%的H2O，体积分数）腐蚀约100 s，使用酒精擦拭表面；采用Axio Scope A1型金相显微镜（OM）进行显微组织观察。使用QUANTA FEG-450场发射扫描电镜观察腐蚀后试样的显微组织，采用扫描电镜自带的能谱分析仪（Energy Dispersive Spectrometry，EDS）分析元素种类在基体内的分布，第二相的形貌，数量、分布和断口形貌。采用WDW-100D型电子万能材料试验机进行拉伸测试，拉伸速率为0.5 mm/min，引伸计标距为20 mm，每个试验参数选取3个试样并取平均值，拉伸试样尺寸见图1。采用SX-G02123节能箱式电炉进行T6热处理，炉膛额定温度为1 200 ℃，控温精度为±1 ℃，稳定升温速率为10 ℃/min，工艺参数见表2。
图1 拉伸试样尺寸
采用Netzsc-LFA457激光闪光法导热分析仪测量室温下试样热扩散系数，试样尺寸为ϕ12.7 mm×3 mm，标靶为Al，每个试样取3个点，结果取平均值。采用STA449C同步热分析仪测试比热容，再计算热导率λ：
式中，α为热扩散系数，mm2 /s； ρ为密度，g/cm3；c为比热容，J/（g·K）。
图2 复合变质对AlSi10MnMg合金显微组织的影响
图3 固溶处理对AlSi10MnMg合金组织的影响
图4 固溶处理对AlSi10MnMg合金中共晶Si平均尺寸的影响
图5 540 ℃×0.5 h固溶处理后不同时效时间对AlSi10MnMg合金组织的影响
图6 时效处理后AlSi10MnMg合金点扫描能谱
图7 T6热处理后AlSi10MnMg合金的SEM图
图8 热处理对AlSi10MnMg合金热导率的影响
图9 共晶Si边界形貌对电子散射的影响
图10 合金内晶格畸变示意图
图11 固溶处理对AlSi10MnMg合金力学性能的影响
图12 T6热处理对AlSi10MnMg合金力学性能的影响
图13 T6热处理后AlSi10MnMg合金的断口形貌
【主要结论】
固溶处理后AISi10MnMg合金共晶Si相由蠕虫状、珊瑚状转变为细小颗粒状，固溶温度540℃、时间0.5h时共晶Si尺寸最小，但随时间增加共晶Si球化、粗化。T6热处理后，Ma2Si在晶界析出，共晶Si尺寸变化小。固溶处理改善共晶Si边界形貌，提高电子传递效率，合金热导率上升，固溶温度540℃、时间05h时热导率最高。T6热处理后，合金热导率下降。固溶时间增加，合金抗拉强度下降，伸长率上升，屈服强度在固溶时间0.5~2h时下降，但随固溶温度升高上升。固溶温度540℃、时间0.5h时合金抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到最高值。T6热处理后，合金抗拉强度、屈服强度增强，伸长率降低。固溶+时效处理后合金抗拉强度、屈服强度显著提升，伸长率略有增加。
【文章来源】
特种铸造及有色合金2024年第44卷第10期，欢迎引用！
【作者团队介绍】
李元东
李元东，中共党员，博士，教授，博士生导师。兰州理工大学材料科学与工程学院院长、副书记（兼），省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室副主任（兼）。
主要从事有色合金及其成形技术和理论的研究，研究领域包括铸造铝（镁）合金及其半固态成形技术、变形合金近终形成形技术、金属基层状复合材料制备技术、金属材料表面改性。提出了自孕育法的概念及其凝固控制机理，并成功应用于半固态成形技术中。首先采用受控扩散凝固制备了高硅耐磨铝合金以及高强高韧铝（镁）合金。2002年-2006年受兰州理工大学第一批“优秀青年教师培养计划”资助。先后主持或作为主要完成人参加国家自然科学基金项目、国家973计划项目、国家高技术研究发展计划(863计划)课题、国家重点研发项目、中国－以色列科学与战略研究开发专项资金合作研究项目、科技部政府间国际合作项目等国家级项目8项，甘肃省科技攻关项目2项、科技支撑项目2项，省重大专项1项，其他省部级项目10多项。申请发明专利14件、授权7件，发表学术论文160多篇，其中SCI、EI收录60多篇。
2003年获兰州理工大学“三育人”奖，2011、2012、2013连续三年获学校本科毕业设计“优秀指导教师”称号。2014年被评为学校“国家重点实验室申报优秀个人”和“科研管理先进个人”。先后获省部级科技奖励8项，其中甘肃省科技进步二等奖2项、技术发明二等奖1项，中国冶金科学技术奖1项。2013、2018年两次荣获“福士科”杯中国机械工程学会铸造专业优秀论文银奖。
【引用格式】
刘文憬，李元东，罗晓梅，等. 热处理对复合变质AlSi10MnMg合金组织、导热及力学性能的影响［J］. 特种铸造及有色合金，2024，44（9）：1 153-1 160.
LIU W J，LI Y D，LUO X M，et al. Effects of heat treatment on microstructure， thermal conductivity， and mechanical properties of composite modified AlSi10MnMg alloy［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（9）：1 153-1 160.
来源：特铸杂志
