经典回顾：一种新型快速固溶技术，同时提高铝合金强塑性

　　导读：今天我们一起回顾2015年的一篇经典论文。该文提出一种新型固溶技术——电脉冲处理（Electropulsing treatment，EPT），在铝合金固溶过程中可使第二相快速溶解于合金基体中，固溶时间仅为220ms，虽然与传统加热炉固溶相比，EPT处理后的铝合金试样具有较低的过饱和度，但是受益于处理过程中再结晶细化，在第二相强化和细晶强化的综合作用下，人工时效后EPT强度比传统的T6处理略高。这种新的短时固溶方法，不但缩短了铝合金固溶时间，具有重要的工程价值，而且力学性能也有所提高。

　　7075铝合金素有”铝王”美称，以其独特的高强度，低密度的特点受到航空航天和汽车工业的青睐。现有的加热炉固溶技术中工艺时间约为30min，严重制约了高强铝零件生产效率的提高。另一方面，获得卓越人们一直将提升机械性能视为设计材料。对于7075铝合金，人工时效后获得均匀析出相，通过第二相强化可以使合金具有较高的强度。众所周知细晶强化也是提高强度的有效方法，现阶段大塑性变形技术所生产超细晶粒对合金强度的提升令人惊讶，但是在铝合金的实际生产中变形都会与热处理配合使用，它们本身是相互排斥的：热处理会使形变后的晶粒粗化。因此，如何开发出一种短时固溶技术，在缩短固溶工序时间的同时能提升合金力学性能，是一个值得研究的问题。

　　2015年吉林大学徐晓峰提出铝合金电脉冲处理技术（EPT），该技术依靠瞬时高能量输入，将7075铝合金固溶时间缩短至220ms，引起了广泛关注。相关论文以题为“Effect of rapid solid-solution induced byelectropulsing on the microstructure and mechanical properties in 7075 Al alloy”发表在Materials Science&Engineering A上，研究讨论电脉冲处理技术对组织和力学的溶解作用在铝合金中的性能的影响。

论文链接：

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

　　结果表明，电脉冲处理技术可以显着加速7075铝合金中的固溶过程。虽然与传统固溶方法相比，脉冲电流处理的试样过饱和度稍低，脉冲电流处理引起的晶粒细化和析出相细化综合作用效果更好，人工时效后强度比常规T6处理的试样性高。另外，脉冲电流处理的工艺时间不足1s，可以避免材料热处理过程中的变形和氧化。因此脉冲电流处理是获得快速强化的有前途的方法。

　　这项研究中，以SST传统T6处理方式作为对比，图1为淬火态7075铝合金的光学显微组织图。在经过SST和EPT后，从图中可以看到合金中发生了再结晶。根据晶粒尺寸统计可以看出，由于热处理时间的巨大差异，脉冲电流处理试样晶粒尺寸仅为15μm，而传统固溶试样晶粒尺寸仅为53μm。

图1不同状态下7075铝合金的光学显微组织图：(a)HR，(b)SST和(c)EPT

　　7075铝合金主要由α-Al基体和以MgZn2相为主的第二相组成。图2为不同处理状态的合金XRD图谱。从图中可以看到，经过固溶处理和脉冲电流处理的试样中MgZn2相峰几乎消失，这说明了第二相的数量减少，合金中确实发生了第二相溶入了基体。

图2不同处理状态的合金XRD图谱

　　经过固溶处理和脉冲电流处理的合金，抗拉强度和延伸率都得到了提高，如图3所示。合金的固溶度越大，即过饱和程度越大，固溶强化下合金的强度越高，从力学性能中可以知道固溶处理比脉冲电流处理得到了更大的过饱和度，即合金中第二相的溶入较多。虽然根据第二相与基体的导电率不同，脉冲电流处理可短时间溶解第二相，但在由于时间有限，第二相的溶解朗不如传统固溶方法。人工时效之后，脉冲电流处理的合金却拥有更高的强度和少量的延伸率损失，可认为脉冲电流处理后的细晶组织却对合金的强度有额外的贡献。

图3不同处理状态下合金的工程应力应变曲线图

　　图4为不同处理状态的合金时效后的透射组织分析。时效后合金中出现了大量的析出相，固溶处理后的合金拥有更大的过饱和度，即更大的析出驱动力，传统固溶处理的试样中第二相析出更多。然而由脉冲电流处理得到的细晶组织，使合金中的溶质原子分布更加均匀，也防止了由于时效时间的延长而引起的合金中析出相粗化，析出相更为细小从而使合金的强度得到提高。

图4不同处理状态的合金时效后的透射组织分析：(a)SST+AA和(b)EPT+AA

　　总的来说，作者提出了一种新的短时固溶方法，既缩短了铝合金固溶时间，具有重要的工程价值，而且力学性能也有所提高，此外对脉冲电流固溶技术的作用机理也有了全新的认识。