高性能铝合金——铝钪合金

　铝合金是国民经济建设和国家安全重要的工程材料。但是迄今为止，我国一些高性能铝合金制备的关键技术还没有突破，很多重点型号所需的高性能铝合金材料仍然依赖于进口，高性能铝合金研制与开发还有许多工作等待国人去做。

　　铝合金的高性能化有几种途径，其中微合金化强韧化是近20年来高性能铝合金研究的前沿领域。所谓微合金化强韧化通常是指将质量百分数小于0.5%的微量元素添加或者复合添加到铝合金中借以大幅度提高合金强度和韧性的一种技术。其中，钪的添加特别引人注目。

　　研究工作从哪里入手？科研组的同志一致认为“研究工作应当首先从基础做起，基础牢才能做大事。”微量钪添加到铝合金中能大幅度提高合金的性能，这种神奇作用的原因是什么？课题组在国家自然科学基金的支持下，开展了微量钪在铝镁系合金中的存在形式及作用机制研究。他们设计了一系列对比合金，研究了微量钪对目标合金晶粒度、再结晶行为以及对合金强度和韧性的影响。发现了一系列有重大意义的研究结果：关注铝箱产业，帮你完成事业梦想

　　第一，微量钪和锆主要以Al3(Sc,Zr)I和Al3(Sc,Zr)II两种铝化物形式存在，铝化物的晶体结构为面心立方，点阵常数为0.410nm，前者是α(Al)基体最有效的晶粒细化剂，后者与基体共格，强烈钉扎位错和亚晶界，它能强烈抑制合金热变形过程和冷轧板材退火过程的再结晶；第三，微量钪和锆在铝合金中的强化机制为细晶强化、亚结构强化和铝钪锆化合物粒子引起的析出强化。论文《微量Sc和Zr对Al-Mg合金组织性能的影响》和《微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金组织性能影响》分别在材料领域英国著名刊物《材料科学与工程》和俄罗斯著名刊物《有色金属》上发表，SCI他引数十次。多名来自韩国、法国、德国、日本等国的研究者来信或通过E-mail索取资料。尹志民教授访俄期间，还多次与铝钪合金研究权威扎哈罗夫教授和费拉多夫教授进行了学术交流。

　　第二，微量钪和锆复合添加效果比单独添加好，钪、锆复合微合金化是Al-Mg系合金强韧化的有效途径；

　　铝钪合金基础研究有了重大突破以后，紧接着的一个问题就是研制开发铝钪中间合金。因为微量钪只能通过铝钪中间合金的形式加入到铝合金中，否则“巧妇难为无米之炊”。调研发现，我国钪资源丰富。

　　钪作为一种过渡族元素以及稀土元素加到铝及铝合金中，不仅能够显著细化铸态合金晶粒、提高再结晶温度从而提高铝合金的强度和韧性，而且能显著改善铝合金的可焊性、耐热性、抗蚀性、热稳定性和抗中子辐照损伤的作用。因此，铝钪合金被认为是新一代航天航空、舰船、兵器用高性能铝合金结构材料。近20年来，国际材料界尤其是前苏联，由于军工战略方面的需要，对铝钪合金进行了大量的研究与开发。国内铝钪合金起步较晚，90年代中期还只有少数几篇评述性的文章。然而，这种新合金在航天航空方面的优异性能引起了国防工业部门的浓厚兴趣，有关应用部门希望国内立即开展这方面的研究。

　　“国家需要就是我们的研究目标！”学科带头人尹志民教授敏锐地感觉到这一信息的重大价值。这位1987年从加拿大多伦多大学留学回国并长期从事高性能铝合金研究的学者，立即带领科研室一批青年学子在这一领域开始了艰苦的探索与实践。