經典回顧：一種新型快速固溶技術，同時提高鋁合金強塑性

導讀：今天我們一起回顧2015年的一篇經典論文。該文提出一種新型固溶技術——電脈衝處理（Electropulsing treatment，EPT），在鋁合金固溶過程中可使第二相快速溶解於合金基體中，固溶時間僅為220ms。這種新的短時固溶方法，不但縮短了鋁合金固溶時間，而且力學性能也有所提高，具有重要的工程價值。

7075鋁合金素有」鋁王」美稱，以其獨特的高強度，低密度的特點受到航空航天和汽車工業的青睞。現有的加熱爐固溶技術中工藝時間約為30min，嚴重製約了高強鋁零件生產效率的提高。另一方面，獲得卓越人們一直將提升機械性能視為設計材料。對於7075鋁合金，人工時效後獲得均勻析出相，通過第二相強化可以使合金具有較高的強度。眾所周知細晶強化也是提高強度的有效方法，現階段大塑性變形技術所生產超細晶粒對合金強度的提升令人驚訝，但是在鋁合金的實際生產中變形都會與熱處理配合使用，它們本身是相互排斥的：熱處理會使形變後的晶粒粗化。因此，如何開發出一種短時固溶技術，在縮短固溶工序時間的同時能提升合金力學性能，是一個值得研究的問題。

2015年吉林大學徐曉峰提出鋁合金電脈衝處理技術（EPT），該技術依靠瞬時高能量輸入，將7075鋁合金固溶時間縮短至220ms，引起了廣泛關注。相關論文以題為「Effect of rapid solid-solution induced byelectropulsing on the microstructure and mechanical properties in 7075 Al alloy」發表在Materials Science & Engineering A上，研究討論電脈衝處理技術對組織和力學的溶解作用在鋁合金中的性能的影響。

論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.12.036

結果表明，電脈衝處理技術可以顯著加速7075鋁合金中的固溶過程。雖然與傳統固溶方法相比，脈衝電流處理的試樣過飽和度稍低，脈衝電流處理引起的晶粒細化和析出相細化綜合作用效果更好，人工時效後強度比常規T6處理的試樣性高。另外，脈衝電流處理的工藝時間不足1s，可以避免材料熱處理過程中的變形和氧化。因此脈衝電流處理是獲得快速強化的有前途的方法。

這項研究中，以SST傳統T6處理方式作為對比，圖1為淬火態7075鋁合金的光學顯微組織圖。在經過SST和EPT後，從圖中可以看到合金中發生了再結晶。根據晶粒尺寸統計可以看出，由於熱處理時間的巨大差異，脈衝電流處理試樣晶粒尺寸僅為15μm，而傳統固溶試樣晶粒尺寸僅為53μm。

圖1 不同狀態下7075鋁合金的光學顯微組織圖：(a)HR，(b)SST 和(c)EPT

7075鋁合金主要由α-Al基體和以MgZn2相為主的第二相組成。圖2為不同處理狀態的合金XRD圖譜。從圖中可以看到，經過固溶處理和脈衝電流處理的試樣中MgZn2相峰幾乎消失，這說明了第二相的數量減少，合金中確實發生了第二相溶入了基體。

圖2 不同處理狀態的合金XRD圖譜

經過固溶處理和脈衝電流處理的合金，抗拉強度和延伸率都得到了提高，如圖3所示。合金的固溶度越大，即過飽和程度越大，固溶強化下合金的強度越高，從力學性能中可以知道固溶處理比脈衝電流處理得到了更大的過飽和度，即合金中第二相的溶入較多。雖然根據第二相與基體的導電率不同，脈衝電流處理可短時間溶解第二相，但在由於時間有限，第二相的溶解朗不如傳統固溶方法。人工時效之後，脈衝電流處理的合金卻擁有更高的強度和少量的延伸率損失，可認為脈衝電流處理後的細晶組織卻對合金的強度有額外的貢獻。

圖3 不同處理狀態下合金的工程應力應變曲線圖

圖4為不同處理狀態的合金時效後的透射組織分析。時效後合金中出現了大量的析出相，固溶處理後的合金擁有更大的過飽和度，即更大的析出驅動力，傳統固溶處理的試樣中第二相析出更多。然而由脈衝電流處理得到的細晶組織，使合金中的溶質原子分布更加均勻，也防止了由於時效時間的延長而引起的合金中析出相粗化，析出相更為細小從而使合金的強度得到提高。

圖4 不同處理狀態的合金時效後的透射組織分析：(a) SST+AA 和(b) EPT+AA

總的來說，作者提出了一種新的短時固溶方法，既縮短了鋁合金固溶時間，具有重要的工程價值，而且力學性能也有所提高，此外對脈衝電流固溶技術的作用機理也有了全新的認識。（文：Joker）

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