银添加对AlZnMg合金淬火敏感性的冷却速率依赖性影响及其机制研究

本文揭示了银(Ag)微合金化在AlZnMg合金中独特的冷却速率依赖性淬火敏感性反转现象：在中等冷却速率(~5 K/s)下，Ag能降低淬火敏感性并提升力学性能；而在缓慢冷却(~0.05 K/s)时反而加剧敏感性。通过TEM、XRD等表征发现，Ag通过竞争调控淬火诱导(QIPs)与时效诱导(η')析出相的动态平衡实现这一现象，为航空航天用大型构件热处理工艺提供了关键理论依据。

　　

Highlight

本研究首次报道了Ag微合金化对AlZnMg合金淬火敏感性的冷却速率依赖性反转效应，通过多尺度表征揭示了其源于Ag对淬火诱导与时效诱导析出相形成的双向调控机制。

材料与方法

实验选用Al-5.22Zn-1.64Mg(基体合金)和Al-5.04Zn-1.53Mg-0.38Ag(wt%)(含Ag合金)两种材料。试样经475°C固溶处理1小时后，分别采用水冷(WC, ~100 K/s)、空冷(AC, ~5 K/s)和炉冷(FC, ~0.05 K/s)三种冷却方式，并通过热电偶实时监测冷却曲线。

力学性能与淬火敏感性

图2a-b显示含Ag合金在AC条件下表现出更快的时效硬化动力学，峰值硬度比基体合金提高15%。但在FC条件下情况逆转：含Ag合金的硬度下降幅度达22%，屈服强度降低18%。这种"双刃剑"效应表明Ag的积极作用存在临界冷却速率阈值。

定量分析

通过三维电子断层扫描(3DET)技术(补充视频S1-S6)定量发现：在AC条件下，含Ag合金的η'相体积分数(8.3%)比基体合金(6.1%)高36%；而在FC条件下，其粗大QIPs数量密度(4.2×10²⁰ m^-3)显著高于基体合金(2.7×10²⁰ m^-3)，证实了Ag对两类析出相的竞争性调控。

Conclusions

(1) Ag的影响具有冷却速率依赖性：中速冷却(5 K/s)时降低淬火敏感性，而慢速冷却(0.05 K/s)时作用反转；

(2) 微观机制源于Ag既能稳定过饱和固溶体，又同时促进QIPs和η'相形成的双重作用；

(3) 为航空航天用大型AlZnMg构件热处理工艺提供了精确控温的理论依据。