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高铝锌基合金强化机制研究进展摘要：文章综述了近年来高铝锌基合金的研究进展及应用阐述了铝含量对高铝锌基合金性能影响的研究论述了通过变质合金化处理、晶粒细化机制、熔体热速处理等方法和措施改善高铝锌基合金性能的研究现状并在此基础上对高铝锌基合金的进一步发展提出了建议。关键词：高铝锌基合金；变质合金化；晶粒细化机制；热速处理；强化机制文献标识码：A中图分类号：TG292文章编号：1009-2374（2016）07-0026-02DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.07.013高铝锌基合金一般指铝含量不少于22%（质量分数）的锌铝合金是20世纪70年代逐渐发展起来的一种新型多元系列的铸造合金。该系列具有低熔点、合金密度小、机械性能良好、耐摩特性、工艺性能优越等优点但也容易产生蠕变、热膨胀系数大、尺寸不稳定、严重的成分偏析、底缩、耐磨性和铸件质量问题。以上问题在很大程度上限制了Zn-Al合金的开发与应用。为了提高锌铝合金的力学性能拓宽它的应用领域国内外研究者通过优化合金中的铝含量分别采用变质、合金化及热速处理等方法对高铝锌基合金进行处理并取得了一定的成效。1铝含量对高铝锌基合金性能的影响研究发现铝含量的不同对高铝锌基合金的高温力学性能有影响。无论是高温（100℃～200℃）还是室温（20℃）下随着含铝量的增加锌铝合金的硬度、抗拉强度、延伸率呈逐渐增加的趋势室温时ZA45合金的综合力学性能最佳而在高温时ZA50合金最佳。研究发现随含铝量的增加锌铝合金的耐磨性也有所增强。研究还发现在高速重载的情况下随铝含量的增加高铝锌基合金的耐磨性也明显增强这是由于随着铝成分的增大高铝锌基合金中α枝晶增多使合金的硬度增强从而使其耐磨性也得到提高另外在合金的摩擦表面生成了Al2O3膜使耐磨性得到提高。2高铝锌基合金的变质合金化在Zn-Al系合金中通常通过添加变质合金元素来改善其微观组织结构从而提高力学性能。常用的变质剂有Si、Sb、Mn、Ti、稀土等。在高铝锌基合金中添加Si元素后在合金组织中形成（Si+α）共晶硅相同时析出多边形块状结构的初晶硅这些初晶硅相不易与基体结合从而导致合金抗拉强度和延伸率降低但是硅是硬质相能够承受主要的摩擦载荷还能够提高合金的热稳定性因此合金在添加硅元素后耐磨性能和高温性能会有所提高。张成华等研究了不同Si含量对ZA27合金耐磨性能的影响试验发现Si元素的加入可以使材料中硬质点的数量增加从而起到了防止黏着磨损发生的作用使材料在重载条件下的耐磨性明显高于普通ZA27合金材料。赵海瑞等人通过向高铝锌基合金中添加元素Sb发现Sb的加入可以提高合金的尺寸稳定性和耐磨性但是在含量较高的情况下又有加重合金晶间腐蚀的倾向。何顺荣等在参考文献[4]中研究了镧铈混合稀土（RE）变质对ZA40合金组织、力学性能及耐磨性能的影响表明添加适量混合镧铈稀土可以细化晶粒组织起到抑制共晶硅生长的作用当添加0.15%的RE时合金的力学性能显著升高其中稀土对合金的硬度影响最大最大值为150.2HBS提高了40.6%拉伸断面由脆性断裂向韧脆性混合断裂转变合金在干摩擦条件下耐磨性也得到了一定的提高。赵玉珍等人通过向合金中添加Ti、RE变质元素使结晶形核率和固液界面处的成分过冷度得到了显著的提高从而细化了初生相和共晶组织改善了合金的微观组织结构。参考文献[6]研究表明添加0.8%的稀土元素Er可以与合金中的Al生成A12Er相有效抑制合金中树枝晶长大使晶粒细化提高铸态锌铝合金的抗拉强度。3晶粒细化机制晶粒大小直接影响合金的力学性能。通常合金组织的晶粒越细小其强度和硬度越高塑性和韧性也越好。因此为了获得合金优良的力学性能往往通过细晶强化的方法得到细晶组织。3.1形变处理细化法形变处理细化法是指在加工过程中通过诸如挤压、锻造等各种塑性变形工艺配合温度、应变、应变速率等通过再结晶和相变控制晶粒的尺寸。其中被认为是细化常规材料至亚微米级甚至纳米级最具有工业化应用前景的等径角挤压法（Equal-ChannelAngularExtrusion/Pressing简称ECAE/ECAP）技术制备超细晶材料已成为材料领域的一个研究热点。3.2物理场细化目前利用脉冲电流、磁场、超声波处理方法控制合金晶粒的细化提高合金质量。脉冲电流通过减少形核势垒促进了金属合金形核速率。磁场处理是指正处于凝固态的液态金属在电磁搅拌的作用下打碎已经凝固的枝晶结构增加形核率抑制晶粒长大。由于该方法无污染、操作简便受到了人们的广泛青睐。合金熔体利用超声波处理以获得细小的晶粒