摘要
随着绿色环保、节能减排等理念的不断深化，ZL101铝合金作为可大规模工业化应用的轻量化材料得到了人们的广泛关注。近年来，苛刻的服役工况对ZL101铝合金材料零部件力学性能及耐腐蚀性能提出了新的要求，通常采用合金化、热处理等方法可以改善ZL101铝合金的综合性能。Cr元素在钢铁材料中的应用较为常见，添加适量Cr元素后钢材的硬度、耐磨性、耐腐性均得到提高。然而，Cr元素在铝合金中的改性研究较少。基于此，本文拟开展不同Cr元素含量对ZL101铝合金的影响，为开发新型铝合金提供实验原型和理论依据。 采用真空电磁感应熔炼炉制备了ZL101-XCr（X=0、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8Wt.%）铝合金。利用X射线衍射（XRD）、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及配套的能谱仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）等测试手段，研究了微量Cr元素对实验合金的微观组织与力学性能的影响，使用失重法与电化学法探究了合金的耐腐蚀行为。结果表明： （1）实验合金主要物相有α-Al、共晶Si、β-Al5FeSi相、π-AlSiMgFe相Al13Cr4Si4和β-Al12（Cr,Fe）3Si2。合金中添加微量元素Cr后，ZL101合金组织均得到细化，过冷度增大。合金过冷度的增大，导致α-Al枝晶变窄、共晶区域减小，同时共晶区域中形成新的富Cr化合物。随着Cr含量的增加，α-Al平均尺寸和过冷度均呈现先减小后增大的趋势，其中实验合金ZL101+3Cr的细化效果最佳，合金的室温力学性能最好。 （2）热处理实验结果表明：经过固溶处理的共晶Si相得到了进一步的细化和球化，实验合金共晶组织区域变窄，合金中Al13Cr4Si4、β-Al12（Cr,Fe）3Si2相细化。时效处理后，实验合金析出强化相Mg2Si与基体呈共格关系，对合金力学性能的提升具有积极作用，存在Mg2Si与基体的位向关系为：[001]Mg2Si//[001]Al。实验合金最佳热处理制度为535℃保温6h固溶，160℃保温26h时效，得到该热处理工艺下的抗拉强度与延伸率分别为310MPa、10.61%。 （3）浸泡腐蚀实验（失重法）结果显示：实验合金腐蚀方式主要为晶间腐蚀。添加Cr元素后的实验合金平均腐蚀速率均减小，实验合金的耐腐蚀性均提升。随着Cr含量的增加，平均腐蚀速率呈先上升后下降趋势。当实验合金为ZL101+3Cr时，实验合金的平均腐蚀速率最低，耐腐蚀性能最好。热处理后实验合金的耐腐蚀性能有所增加。不同状态下实验合金耐腐蚀性能优劣顺序为：T6态＞T5态＞铸态。 （4）电化学实验结果表明：添加Cr元素后，实验合金腐蚀电位与阻抗值增加，实验合金的平均腐蚀电流密度均有所减小，ZL101+3Cr实验合金腐蚀电流密度最小，为1.31E-06Acm-2，表明其耐腐蚀性能最好。实验合金电势差结果显示：添加Cr元素后的实验合金中，新形成的富Cr相与基体之间的电势差最高，这抑制了富Fe、共晶Si相与基体形成的电偶腐蚀，使得合金的耐腐蚀性能提升。
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