利用OM,SEM/EDS、XRD、室溫拉伸及磨損等試驗(yàn)研究了稀有元素Er對(duì)Al-Si-Fe-Co合金組織和性能的影響。研究表明,Er元素可有效細(xì)化Al-Si-Fe-Co合金的富鐵第二相;當(dāng)添加量為0.5%時(shí)（質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同）,α-Al晶粒細(xì)化,共晶硅細(xì)化效果最佳,其抗拉強(qiáng)度為160.8MPa,延伸率為1.89%,相比于未添加Er的合金分別提高了5.0%和19.6%。但是,當(dāng)過(guò)量添加Er元素時(shí),會(huì)析出針狀A(yù)l3Er相,對(duì)塊狀富鐵相的變質(zhì)效果弱化,并使合金的強(qiáng)度和塑性降低。同時(shí),隨著Er含量增加,使得第二相組織的分布更為均勻,并導(dǎo)致合金的硬度上升,磨損率和摩擦系數(shù)出現(xiàn)下降。 

【文章來(lái)源】：稀有金屬材料與工程. 2020,49(10)北大核心EISCICSCD

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Al-10Si-1.5Fe-2.25Co-XEr合金的金相組織

圖3為試樣拉伸后的斷口形貌。添加0.1%Er的斷口形貌(圖3b)與原始合金的斷口形貌(圖3a)相比變化很小；當(dāng)Er添加量為0.3%時(shí)，有細(xì)小韌窩分布于斷口形貌中，韌窩中間摻夾著凸起的棱狀斷面，如圖3c所示；當(dāng)Er添加量達(dá)到0.5%時(shí)，斷口中的韌窩狀數(shù)量增多且較小，如圖3d所示。可能是由于共晶硅的組織細(xì)化，但其合金中初生硅、富鐵相等第二相并未得到很好細(xì)化，以至于其抗拉強(qiáng)度提高較小，而由共晶硅細(xì)化所導(dǎo)致的韌窩使得合金塑性提升，因此表現(xiàn)出合金添加Er后其塑性提升的幅度大于強(qiáng)度的提高幅度。另一方面，也說(shuō)明高鐵鋁硅合金中富鐵化合物相的形貌結(jié)構(gòu)是決定合金拉伸性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)Er過(guò)量添加時(shí)，使拉伸斷口中的亮色組織增多，如圖3e所示，使抗拉強(qiáng)度有所下降。可能是合金中針狀富Er相出現(xiàn)，對(duì)合金基體產(chǎn)生割裂作用，在拉伸應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋源，降低合金強(qiáng)度及塑性。2.2.2 摩擦磨損性能及分析

圖5為不同Er含量合金的瞬時(shí)摩擦系數(shù)曲線。圖5a為Al-Si-Fe-Co合金的瞬時(shí)摩擦系數(shù)的變化曲線，其值在0.65～0.70之間變化，摩擦過(guò)程中波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。圖5b為加入0.1%Er元素后合金的瞬時(shí)摩擦系數(shù)曲線，圖中有幾個(gè)明顯的大波浪，整體波動(dòng)比較大，在分隔的300 s左右的短時(shí)間內(nèi)曲線波動(dòng)存在一定的規(guī)律性，磨損也較為均勻。圖5c為添加0.3%Er合金的摩擦系數(shù)，前750 s波動(dòng)少，磨損穩(wěn)定，后750 s隨著材料的掉落，磨損的波動(dòng)開始變大；Er含量達(dá)到0.5%時(shí)，隨著共晶硅的細(xì)化，磨損過(guò)程也相對(duì)變得平穩(wěn)，平均系數(shù)在0.76左右波動(dòng)，如圖5d所示。圖5e為Er元素添加量達(dá)到0.7%的合金的摩擦系數(shù)，該合金材料在300 s到600 s這段時(shí)間內(nèi)的磨損波動(dòng)突然變大，之后趨于相對(duì)穩(wěn)定。針狀富Er相的出現(xiàn)導(dǎo)致材料的均勻性有所變化，因而出現(xiàn)較大的波動(dòng)。總體來(lái)說(shuō)，相比于未添加Er的原始合金的瞬時(shí)摩擦系數(shù)曲線(圖5a)，添加Er后的合金共晶硅的細(xì)化并不能使合金材料的耐磨性能得到提高，反而有所降低，可見(jiàn)在高鐵變質(zhì)鋁硅合金中添加Er元素并不能使該合金材料的耐磨性能得到明顯的提高。圖5 Al-10Si-1.5Fe-2.25Co-XEr合金的瞬時(shí)摩擦系數(shù)

【參考文獻(xiàn)】：
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