第34卷第1期2013年03月上海有色金属SHANGHAINONFERROUSMETALSVol．34，No．1

Mar．2013

文章编号：1005-2046（2013）01-0001-06+0014

收稿日期：2012-11-10作者简介：冯静（1988－），女，硕士研究生，主要从事微电子材料的研究．通讯作者：丁冬雁，男，副教授，主要从事微电子材料的研究．E-mail：dyding@sjtu．edu．cn．

Ti元素对7072铝合金显微组织与性能的影响

冯静1，丁冬雁1，张俊超1，高勇进2，陈国桢2，陈为高2，尤小华2（1．上海交通大学材料科学与工程学院，上海200240；2．华峰日轻铝业股份有限公司，上海201506）

摘要：通过透射电镜、扫描电镜、拉伸试验和电化学测试等方法，系统研究了Ti元素的添加对模拟钎焊态7072铝合金热传输材料的显微组织、不同条件下力学性能与电化学性能的影响规律．透射电镜分析表明，Ti元素的添加对晶粒尺寸的影响微弱，且对析出相的析出有抑制作用．力学试验结果表明，Ti元素对钎焊态合金的高温力学性能有很大的影响．常温下含Ti合金的拉伸力学性能与无Ti合金相近．但在150℃测试时，屈服强度可提高5．5MPa，抗拉强度和延伸率基本不变．在200℃测试时，抗拉强度可提高近10MPa，屈服强度和延伸率略有下降．电化学试验结果表明，添加Ti元素能提高钎焊态7072铝合金的抗腐蚀性能，可使7072铝合金在0．5%NaCl溶液、3．5%NaCl溶液和1MNaCl+0．3MH2O2溶液中的腐蚀电位分别正移8．3mV、11mV和8．5mV．关键词：Ti；7072铝合金；显微组织；力学性能；电化学中图分类号：TG146．2+1文献标识码：A

TheEffectsofTitaniumAdditiononMicrostructureandPerformancesof7072AluminumAlloy

FENGJing1，DINGDongyan1，ZHANGJunchao1，GAOYongjin2，

CHENGuozhen2，CHENWeigao2，YOUXiaohua2（1．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；2．HuafonNLMAlCo．，Ltd．，Shanghai201506，China）

Abstract：Inthepresentwork，theeffectofTiadditiononthemicrostructure，mechanicalpropertiesandelectrochemicalpropertiesofsimulated-brazing7072Alalloywasinvestigated．Transmissionelectronmicroscopy（TEM）observationsrevealedthat，insimulated-brazingstate，therewasnomuchdifferenceinthegrainsizeoftheTi-containingalloyandtheTi-freealloyandTi-containingalloyhadlessdenseprecipitates．Tensiletestingresultsindicatedthattheroom-temperaturetensilepropertiesofTi-containingalloywereclosetothoseofTi-freealloy．Tiadditioncouldhavegreatinfluenceonthecomprehensivemechanicalpropertiesofthesimulated-brazingalloystestedatelevatedtemperatures．At150℃theyieldstrengthincreasedby5．5MPaduetoTialloying．Whereas，thetensilestrengthincreasedbynearly10MPaat200℃．Electrochemicaltestingresultsrevealedthat，withTiaddition，thecorrosionresistanceofthesimulated-brazingalloywasimprovedbyshowingapositiveshiftofthe

DOI:10.13258/j.cnki.snm.2013.01.005上海有色金属第34卷corrosionpotential．In0．5%NaClsolution，3．5%NaClsolutionand1MNaCl+0．3MH2O2

solution，corrosionpotentialincreasedby8．3mV，11mVand8．5mV，respectively．

Keywords：Titanium；7072aluminumalloy；microstructure；mechanicalproperties；electrochemistry

0前言

铝合金具有较高的比强度、良好的成型性、高热导率和优良的抗腐蚀性等众多优良特性，因此广泛应用在蒸发器和冷凝器等汽车热交换器零部件中．特别是7072铝覆层合金，越来越广泛地应用在汽车热交换器系统中．但是7072铝合金的机械强度相对较低，在有侵蚀性离子存在的冷却液中的抗腐蚀性能仍然不能完全满足愈来愈苛刻的应用要求［1］．为了进一步提高热交换器合金的力

学性能和抗腐蚀性能，有研究者尝试采用合金化方法来改善铝合金的显微组织．向退火态Al-Mn-Si-Fe-Zn合金中添加Zr元素就是一个强化合金

非常有效的途径［2-3］．也有学者曾尝试同时添加

Fe和Cu来改善Al-Si铸态合金的力学性能［4］．稀

土元素作为一种新技术革命的战略元素，它的诸多优点，近年来也引起了众多学者的关注［5］．铝

合金的抗腐蚀性问题历来是学术界颇具挑战的一个课题，铝合金非常容易遭受卤素离子，尤其是Cl－的侵蚀而产生点蚀，从而导致腐蚀破坏，而发动机冷却液中常常含有Cl－，所以如何提高铝合金的抗点蚀性而研制出更长寿命的热交换器是一个重要的课题［6-7］．到目前为止，很少有人研究Ti元素在7072铝合金中的作用，关于Ti元素的添加对7072铝合金显微组织和抗腐蚀性能的影响更是缺乏系统的研究．本文主要研究了Ti元素作为微合金化元素对7072铝合金显微组织和性能的影响．1试验材料与方法本文所研究合金的化学成分见表1．两种合金含有相同质量分数的Si、Fe、Zn和Al元素，不同的是两种合金含有不同质量分数的Ti元素．合金铸锭经过热轧、冷粗轧、中间退火和冷精轧等工艺流程制成厚度为0．1mm的铝合金箔．将铝箔在箱式电阻炉中进行模拟钎焊处理（600℃，5min）．取一部分钎焊试样进行退火处理（150℃，1h），该热处理状态记为钎焊+退火态．表1合金的化学成分Tab．1Chemicalcompositionsofthealloys（质量分数/%）合金SiFeZnTiAl7072铝合金0．250．351．150余量7072铝合金+0．15Ti0．250．351．150．15余量合金试样的显微组织通过JEM-2100F透射电镜（TEM）来表征．透射电镜试样的制备过程为：取铝箔试样机械磨制到50μm左右，然后用4%高氯酸甲醇双喷液进行双喷减薄．随后将减薄样品放入离子减薄仪中小角度减薄，用JEM-2100F透射电子显微镜观察试样的显微组织，并用EDXA对析出物进行区域能谱分析．拉伸试样的尺寸按GB/T228．1-2010标准加工而成．常温拉伸试验在Zwick万能拉伸试验机上进行，高温拉伸试验在三斯拉伸试验机上进行，高温拉伸温度为150℃和200℃．所有的拉伸速率均为1mm/min，每种合金重复做5组拉伸测试，最终结果取

平均值．最后用FEISIRION200场发射扫描电镜观察合金的拉伸断口形貌．电化学测试试样先经过乙醇超声波清洗，然后用蒸馏水冲洗干净．在CHI660C电化学工作站上测试时，采用三电极体系测量合金的Tafel极化曲线，电位的扫描速率为1mV/s，测试温度为25℃．试样作为工作电极，铂片作为对电极，参比电极为饱和甘汞电极（SCE）．所用的电解液为0．5%NaCl溶液、3．5%NaCl溶液和1MNaCl+0．3MH2O2溶液．

2结果与分析

2．1合金微观组织

图1和图2为模拟钎焊态7072铝合金和7072铝合金+0．15Ti的TEM组织形貌．如

图1（a）所示，7072铝合金中晶界清晰（晶粒内部部分位错，是制样过程磨样所致），晶粒形状不规则，为多边形，尺寸普遍在1～3μm之间．在7072铝合金中添加Ti元素以后，见图1（b）．合金晶界仍然是清晰平直，内部缺陷较少，说明再结晶过程

2第1期冯静，等：Ti元素对7072铝合金显微组织与性能的影响完全，但合金的晶粒尺寸略有变大的趋势，尺寸约为4μm．比较图2（a）和图2（b）（图中阴影条纹是磨样过程中产生的位错）可以发现合金中添加Ti元素前后，合金的析出相形状没有明显变化，析出相仍然大多呈球形．两种合金的析出相密度略有不同．

图1钎焊态合金的晶粒Fig．1TEMimagesofthegrainsinsimulatedbrazingalloys

图2钎焊态合金中析出相的显微组织Fig．2TEMimagesofprecipitatesinthesimulatedbrazingalloys

析出相的EDXA分析结果表明，上述析出相为AlFeSi相（Al：71．89%的质量分数，Fe：25．46%的质量分数，Si：2．65%的质量分数）和AlFeSiTi相（Al：97．39%的质量分数，Fe：2．47%的质量分数，Si：0．11%的质量分数，Ti：0．03%的质量分数）．由于Zn元素在铝中的溶解度为82．8%的质量分数，远远大于本文合金中Zn1．15%的质量分数，因此，Zn主要以固溶的形式存在于铝基体中，析出相中没有Zn元素，这与文献报道结果一致［8-9］．含Ti合金析出相中Fe、Si元素的含量大为减少，说明这些元素已经很大程度地固溶到铝基体中．由于Ti元素的添加对Fe、Si原子在铝基体中的扩散行为具有强烈的抑制作

用，Fe、Si原子的迁移受到抑制，就以一种过饱和状态固溶在铝基体中，没有原子的扩散，就不能有效地形核，长大过程也就受到阻碍，所以Ti元素的添加影响了析出相的析出．2．2合金的力学性能

2．2．1常温拉伸力学性能