极板里加锶有什么用

铜元素

铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。

硅元素

Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577 时，硅在 固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73:1。设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此比例配置镁和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。

Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小。变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。

镁元素

Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。如果加入1%以下的锰，可能补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。

锰元素

Al-Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度658时，锰在 固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。Al-Mn合金是非时效硬化合金，即不可热处理强化。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响。锰是铝合金的重要元素，可以单独加入形成Al-Mn二元合金，更多的是和其它合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰。

锌元素

Al-Zn合金系平衡相图富铝部分275时锌在铝中的溶解度为31.6%，而在125时其溶解度则下降到5.6%。锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、倾向，因而限制了它的应用。在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。镁的含量超过形成Mg/Zn2相所需超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基强化效果在所有铝合金中最大，也是航天、航空工业、电力工业上的重要的铝合金材料。

铁和硅

铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅铸造合金中，均作为合金元素加的，在基它铝合金中，硅和铁是常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或 Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。

钛和硼

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成 TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时，钛的临界含量约为0.15%，如果有硼存在则减速小到0.01%。

铬

铬在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常见的添加元素。600℃时，铬在铝中溶解度为0.8%，室温时基本上不溶解。铬在铝中形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%，并随合金中过渡元素的增加而降低。

锶

锶是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。由于锶的变质有效时间长、效果和再现性好等优点，近年来在Al-Si铸造合金中取代了钠的使用。对挤压用铝合金中加入0.015% 0.03%锶，使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi相，减少了铸锭均匀化时间60% 70%，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。对于高硅（10% 13%）变形铝合金中加入0.02% 0.07%锶元素，可使初晶减少至最低限度，力学性能也显著提高，抗拉强度бb 由233MPa提高到236MPa，屈服强度б0.2由204MPa提 高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在过共晶Al-Si合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可顺利地热轧和冷轧。

锆

锆也是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入量为0.1%~0.3%，锆和铝形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有锆存在时，会降低钛和硼细化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。

稀土元素

稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。各种稀土加入量约为0.1%at%为好。混合稀土（La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金时效G?P区形成的临界温度降低。含镁的铝合金，能激发稀土元素的变质作用。

杂质元素

钒 在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，但比钛和锆的作用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。

钙 在铝合金中固溶度极低，与铝形成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大约5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi，不溶于铝，由于减小了硅的固溶量，可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合金切削性能。CaSi2不能使铝合金热处理强化。微量钙有利于去除铝液中的氢。

铅、锡、铋 元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改善切削性能。铋在凝固过程中膨胀，对补缩有利。高镁合金中加入铋可防止钠脆。

锑 主要用作铸造铝合金中的变质剂，变形铝合金很少使用。仅在Al-Mg变形铝合金中代替铋防止钠脆。锑元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善热压与冷压工艺性能。

铍 在变形铝合金中可改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂。铍是有毒元素，能使人产生过敏性中毒。因此，接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。焊接材料中的铍含量通常控制在8μg/ml以下。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。

钠 在铝中几乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，钠的熔点低（97.8℃）,合金中存在钠时，在凝固过程中吸附在枝晶表面或晶界，热加工时，晶界上的钠形成液态吸附层，产生脆性开裂时，形成NaAlSi化合物，无游离钠存在，不产生“钠脆”。当镁含量超2%时，镁夺取硅，析出游离钠，产生“钠脆”。因此高镁铝合金不允许使用钠盐熔剂。防止“钠脆”的方法有氯化法，使钠形成NaCl排入渣中，加铋使之生成Na2Bi进入金属基体；加锑生成Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。

铝锶合金添加到铝合金中起到变质的效果，能有效地细化合金中的共晶硅及初晶硅，提高合金的机械性能，其变质具有良好的长效性，重熔稳定性及抗衰退性都比较好。锶的加入量一般控制在0.02-0.04%之间；比喻铝锶合金中锶的含量10%，添加比例就是0.2-0.4%之间。添加方法：锶合金预热到200-300度，除气之前按比例添加。

金属锶在工业上用途较少。氢氧化锶用于精制甜菜糖。硝酸锶大量用于制造红色焰火和信号弹。还可用于电视机和录像机的特种玻璃，也用于烟火和照明弹等发出红的色彩。

一种化学元素。化学符号Sr，原子序数 38，原子量87.62，属周期系ⅡA族，为碱土金属的成员。1790年A.克劳福德在苏格兰的斯特朗申镇的铅矿中发现碳酸锶，1808年英国H.戴维电解氧化锶和氧化汞的混合物，制得了锶汞齐，蒸去汞，得金属锶。为纪念氧化锶是从斯特朗申镇（Strontian）发现的，因此命名为strontium。锶在地壳中的含量为0.02％。由于锶是活泼金属，因此自然界中锶都以化合状态存在，主要矿物有天青石（SrSO4）和菱锶矿（SrCO3）。锶与钙的化学性质相似，因此也存在于石灰石、白云石和盐卤中，但量极少。已发现的锶的放射性同位素共有19个。

锶是银白色金属，熔点769℃，沸点1384℃，相对密度2.6。锶很软，可用小刀切割。它是活泼金属，暴露在空气中，表面很快形成一层氧化物和氮化物薄膜，故应保存在煤油或液体石蜡中。在室温下，锶与氧、氮、硫反应生成相应的氧化物、氮化物、硫化物，在300～400℃与氢反应，生成氢化锶。金属锶与水、酸的反应非常剧烈，与水生成氢氧化锶和氢气。在高温下，锶与二氧化碳反应，生成碳化锶。锶的最外电子层有两个价电子，氧化态为＋2，只形成＋2价化合物。在锶盐中，氯化锶和硝酸锶易溶于水，碳酸盐、硫酸盐、草酸盐难溶于水。金属锶的生产方法有：①电解法。电解熔融的氯化锶和氯化钾的混合物。②金属热还原法。将氧化锶与铝粉混合后压块，装入还原炉内，在1000～1200℃和真空下发生反应，制得金属锶。锶的用途很少，它的挥发性盐在火焰中呈鲜红色，可用于生产焰火、曳光弹、铁路照明灯。钛酸锶硬度大，可做宝石。利用锶90制成的敷贴器可以治疗皮肤癌和其他皮肤病。在化学和生物学中，用锶90研究新陈代谢机理和毛细管渗透性。

1、金属元素：铜元素的影响

铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着显著的时效强化效果。铝板中铜含量通常在2.5%-5%，铜含量在4%——6.8%时强化效果较好，所以大部门硬铝合金的含铜量处于这范围。

2、金属元素：硅元素的影响

Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部门Mg2Si在铝中的较大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小，变形铝合金中，硅单独加入铝板中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。

3、金属元素：镁元素的影响

镁对铝的强化是显著的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。假如加入1%以下的锰，可能增补强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物平均沉淀，改善抗蚀性和焊接机能。

4、金属元素：锰元素的影响

锰在固溶体中的较大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达较大值。Al-Mn合金长短时效硬化合金，即不可热处理强化。

5、金属元素：锌元素的影响

Al-Zn合金系平衡相图富铝部门275时锌在铝中的溶解度为31.6%，而在125时其溶解度则下降到5.6%。锌单独加入铝中，在变形前提下对铝合金强度的进步十分有限，同时存在应力侵蚀开裂、倾向，因而限制了它的应用。

6、金属元素：铁和硅的影响

铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅锻造合金中，均作为合金元素加的，在基它铝合金中，硅和铁是常见的杂质元素，对合金机能有显著的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。

7、金属元素：钛和硼的影响

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化锻造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时，钛的临界含量约为0.15%，假如有硼存在则减速小到0.01%。

8、金属元素：铬和锶的影响

铬在铝板中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力侵蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色，铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%，并随合金中过渡元素的增加而降低，锶对挤压用铝合金中加入0.015%——0.03%锶，使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi相，减少了铸锭平均化时间60%——70%，进步材料力学机能和塑性加工性改善制品表面粗拙度。对于高硅(10%——13%)变形铝合金中加入0.02%——0.07%锶元素，可使初晶减少至较低限度，力学机能也明显进步，抗拉强度бb由233MPa进步到236MPa，屈服强度б0.2由204MPa提高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在过共晶Al-Si合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工机能，可顺利地热轧和冷轧。

铸造铝合金中的共晶硅相在自然生长条件下会长成片状。这种形状的脆性相严重地割裂了基体，降低了合金的强度和塑性，因而需要使之改变成有利的形态。变质处理是改善共晶硅形态的有效途径。变质处理 1.钠变质处理(1)金属钠变质 直接将金属钠加入铝液中，将使共晶硅变质。国内钠的加入量为0.1%(质量分数)左右，将其压入靠近坩埚底部， 1 ~ 2min反应完毕。因钠的沸点低、活泼，处理时将引起铝液沸腾和飞溅。钠极易与水反应，生成氧化钠和[H]，造成不良影响。钠的密度小，容易产生密度偏析，结果坩埚的上部铝液中钠量过多，造成过变质现象而下部的铝液，因钠量过低而变质不足，因此，要注意搅拌。目前该工艺应用较少。(2)钠盐变质 目前在生产中应用广泛的钠变质剂是含氟化物的钠盐和钾盐，起变质作用的主要是NaF。钠变质处理过程中，要注意防止过变质组织的出现，否则会对性能产生不利影响。出现过变质组织是钠在局部区域含量过高所致。其主要原因是:没有采取细化初晶α的处理，变质剂易分解，且处理温度偏高或变质元素在铝液中产生偏析，从而使初晶α相集聚，于是造成初晶α间隙中钠含量过高，致使过变质带出现。如果变质温度低，则反应速度慢，变质反应时间长。一般操作为:撒上变质剂，覆盖10~15min后，搅拌2min；或覆盖10~15min后，将已结壳的变质剂压入铝液内2~3min。其变质效果可维持30~4Omin。钠盐变质的缺点为:加入量较大，能耗大，变质反应时间较长，对坩埚有一定的腐蚀作用。近年来发展了双色质块。它分为上下两层，以颜色区分，上层熔点高，在铝液保温停留时，以一定速度向铝液提供钠，使之不衰退下层熔点低，反应速度快，使铝液在15min之内达到变质。这样，可维持变质时间2~3h，加入的质量分数为1.2% -1.3%，可满足低压铸造和金属型小件铸造的工艺要求。(3)无毒变质剂 为了减少公害，应尽量少用或不用氟盐做变质剂。国内相继出现了几种无毒变质剂，其中一种是在750℃时发生反应而生成钠，使合金液变质：Na2C03 = Na20 + CO2 Na20 + Mg = MgO + 2Na CO2 + 2Mg = 2MgO + C Na2C03 + 3Mg = 3MgO + 2Na + C无毒变质剂是否对铝液有氧化作用，有待深入研究。2.锶变质处理 近十年来，锶变质剂获得了广泛应用，似具有取代钠变质剂的趋势。锶变质剂与钠盐变质剂具有同等效果。但锶变质具有以下主要优点:氧化少，易于加入和控制，过变质问题少锶不易挥发，故可延长变质的有效时间处理方便，无蒸气析出变质剂易于保存处理后，合金流动性好，对铸件壁厚的敏感性小。由于锶的密度比铝液大，故呈悬浮状态沉淀，与铝液接触时间长，利用率可达60%~90%。通常较为合理的含量是0.01%~0.02%(质量分数)。若质量分数超过0.03%，则在共晶区内以初晶析出Al4SrSi4若质量分数超过0.08%，则对伸长率影响很大。锶吸收氢气倾向大，处理后应脱气。因与氯气的反应激烈，所以应选用氮气除氢。为了变质处理更有效，必须有一定的保持时间，这取决于中间合金中的Al4Sr的含量。日本开发了一种含Sr90%、Al10%(质量分数)的Ohromasco新型中间合金，用于生产效果极好。经锶变质剂处理后的铝合金，在重熔处理后，变质效果不会有明显的损失，可以获得永久性变质处理的效果。Faderal.Mogul公司用锶做变质剂，每月生产24000只活塞。采用容量27t的熔炼炉熔化的铝液经过和含氮87%、含氯13%(体积分数)的混合气体，在容量为900kg的浇包中脱气，然后转入保温炉，加入Al-Si-Sr(质量分数为14%Si，10%Sr)中间合金，在676℃加入时，流动性提高17%，而在665℃加入时，流动性可提高32.5%。因此，锶变质可降低铝液浇注温度。俄罗斯使用长效变质剂处理AJI4合金液，其中以Al-Sr中间合金的方式最合理、方便，变质效果最好，主要表现为提高了铸件力学性能，延长了有效变质时间。工艺如下:经氮气精炼后在720 ~ 740℃用钟罩压入，Al-Sr中间合金块度5 ~ 15mm，加入含Sr30%(质量分数)的Al-Sr中间合金，经20 ~ 25min浇注，铝液保持6h，每隔1h取样一次。Al-Sr30%中间合金加入量为金属液质量的0.05%~ 0.07%，Al-Sr54%的中间合金加入量以0.06% ~0.08%最佳。铸件经T6处理，抗拉强度250 ~ 280MPa伸长率4% ~6%硬度70 ~ 90HBS。国内的生产经验表明，加入ωSr=0.02% ~ 0.03%可获得良好的变质效果。生产上多用Al-Sr(ωSr=10%)或Al-Si-Sr(ωSr=10%)合金形式加入。变质温度为720 ~ 730℃。锶是长效变质剂，变质有效时间达6-8h，重熔后仍有变质效果，无过变质现象。变质后，铝液流动性有所下降，故浇注温度要适当提高。锶变质的铝液针孔倾向较大，当铝液中存在氯、氟和磷时，与锶起反应，使变质作用消失，故不能用氯盐和氟盐精炼，不能用含磷的回炉料。3.稀土变质处理 加入0.03% - 0.05%(质量分数)的La、Eu、Ce或混合稀土金属，可使Al-Si合金的共晶硅变质，其变质寿命较长。生产中多以混合稀土合金的中间合金形式加入，加入量为0.2%-0.3%(质量分数)，这些合金同时兼有净化铝液作用。变质和精炼需要30~40min的孕育期。可以将稀土变质剂同炉料一起投入。变质温度720~740℃。使用回炉料时，要考虑其中的稀土含量。稀土变质剂对坩埚无腐蚀作用，能改善铝液的流动性。4.锑变质处理 向合金中加入ωSb=0.1% ~0.5%的锑，使共晶硅细化，习惯上称为锑变质。变质温度720 ~ 740℃，变质处理存在约15 ~ 20min的孕育期，生产上多以Al-Sb(ωSb=5%~8%)合金加入。锑是长效变质剂，变质寿命约100h，重熔后，仍有变质效果，对坩埚无腐蚀作用，铝液氧化吸气倾向小，不影响铝液的流动性。应注意防止密度偏析。此外，钠能中和锑的变质作用: Sh+3Na=Na3Sb 所以不能将钠与锑复合使用。锑变质对冷却速度敏感，冷却速度快时，变质效果显著，故锑变质适用于金属型铸造。除上述几种元素外，钡、铋等也有变质作用，这里不作叙述。变质机理 变质的机理是多年来国内外学者致力研究的一个理论问题。深入了解变质过程中硅相的生长方式以及变质处理如何使这种生长方式得以改变，对于发展变质处理技术，无疑具有重要的作用。早期的变质处理理论常常是根据变质处理过程的一些现象来分析和臆断，难免与真实不符或片面。近年来由于晶体学理论的发展和电子显微镜等近代实验技术的应用，才有可能建立科学的变质理论。1.早期的变质机理学说早期的学说认为变质是由于Na增大合金结晶过冷度的作用。在通常的Al-Si合金中常含有微量的P，在未经变质前以AlP化合物形式存在。这种化合物的晶格结构与硅相同，都属于金刚石型，且晶格常数也相近(AlP的晶格常数为0.545μm，而Si为0.542μm，两者的失配度仅为0.5%)，因而两者之间存在有共格关系。Si原子在铝液中又有很高的扩散速度，因而在共晶结晶过程中，Si即以AlP为晶核而在其上迅速长大。加Na变质后发生AlP + 3Na→Al + Na3P，生成的Na3P则与Si的晶格不同。因而变质处理的作用是消除了铝液中固有的晶核，从而使合金过冷至更低的温度才开始以均质形核为特征的结晶过程。在大的结晶过冷条件下形成大量的Si的均质晶核，因而使共晶硅细化。结晶过冷学说是从形核的角度来阐述变质的效果，但不能说明变质处理前后硅的共晶晶体形状发生的根本变化。吸附薄膜学说认为，Na的变质作用是在Si的晶体表面形成一层对Si晶体生长起阻碍作用的Na的吸附薄膜。Na是表面活性元素，当铝液中生成Si晶体后，Na原子即富集在Si晶体与铝液的界面上，形成正吸附。由于表面活性元素的吸附有选择性，使得Si在不同的生长方向受到不同程度的抑制，在Si晶体的主要生长方向受到Na吸附薄膜的阻碍作用比其他方向更大，因而使得共晶硅成长为颗粒状。吸附薄膜学说虽比结晶过冷学说前进了一步，但仍未能正确阐明硅晶体的生长机制以及Na变质对于生长机制的影响。近年来，用深腐蚀方法显示铝硅合金中共晶硅的空间形状，并用扫描电子显微镜进行观察发现，在Na变质的铝硅合金的金相磨面上观察到的大量细小的共晶硅颗粒原来是带有很多细小晶枝的硅晶体的剖面，而不是单独的细小晶粒，因此这一学说也未能反映真实的情况。2.近期的变质机理学说 近年来国内外有两种具有代表性的变质机理学说，即孪晶凹谷(TPRE)机制学说和界面台阶机制学说。(1)孪晶凹谷机制学说 孪晶凹谷机制学说的要点如下:1)硅的晶体结构特性与孪晶凹谷生长机制。硅的晶体属于金刚石立方型晶体结构(如下图)。由于晶体结构的特性使得晶体的生长是各向异性的，其中生长最慢的方向是垂直于最密排的(111)晶面的，即沿[111]晶向，而沿较不密排晶面的[211]系列的晶向则生长得较快。而且在硅晶体生长中易于沿(111)晶面长成孪晶，并且在孪晶的结晶前沿形成141°的凹谷。此凹谷处有较低的能位，容易接钠铝液中的Si原子或由Si原子构成的四面体，这样就更加速了沿[211]晶向的生长速度，从而促使硅晶体长成片状，可能是单片，也可能是出于同一结晶核心而以辐射状向四周伸展的一组硅片。但无论是单片或组片，硅片的面是与晶体的(111)晶面平行的。a) 硅四面体(剖面线所示面为(111)晶面) b) 金刚石立方晶体中的多层孪晶然而硅晶体的片状生长并不是一成不变的，在生长过程中会产生分枝和改变生长方向。分枝经常是产生70.5°的方向改变，形成的枝晶仍保持沿[211]晶向的择优生长趋势。至于产生分枝的驱动力则是由于当硅晶体以辐射状向外生长时，硅晶体生长端之间的距离不断增加，造成原子扩散距离变长，而分枝则使其缩短，从而有利于晶体的生长。至于晶体不断改变生长方向则是由于重复产生晶体分枝的结果。硅晶体产生分枝和改变生长方向的倾向与合金的结晶过冷度及硅晶体生长的孪晶凹谷生长机制是否受到抑制有关。在结晶过冷度极小和孪晶凹谷机制不受阻碍时，硅晶体将一直向前伸展而不产生分枝或变更生长方向反之则会产生分枝或变更方向，由此就产生两种变质方法，即激冷变质和微量元素变质。用Na或Sr对铝硅合金的变质，即属于微量元素变质。 2)Na的变质作用。用Na进行变质处理后，铝液中含有大量Na原子。由于Na原子的选择性吸附，使硅晶体生长前端的孪晶凹谷处富集有Na的原子，从而降低了硅原子或硅原子四面体长上去的速度，因而使孪晶凹谷生长机制受到抑制。当这种机制被有效地抑制时，硅晶体的生长方向即改变晶向。这样就使得硅晶体由片状变为圆断面的纤维状。孪晶凹谷生长机制的抑制，也促进了硅晶体的分枝，因而Na变质使共晶硅由片状变成高度分枝的、弯曲而具有圆断面的纤维状。硅晶体生长机制的改变导致了AI-Si共晶体生长方式的变化。在未经变质条件下，硅与铝的共晶结晶属于小晶面/非小晶面共生方式。作为小晶面相的硅具有比铝快得多的生长速率，因而固-液界面是不平滑的，硅晶体总是有一段超前距离。在这种生长条件下，共晶体的形态由主导相硅相所决定。经过Na变质后，由于生长机制的改变，硅晶体的生长速率比在未变质条件下大为降低，国-液界面是平滑的，硅相的超前量为零，硅相由小平面型生长变为非小平面型生长。硅相与铝相伴同生长的结果形成互相协调的共晶组织。3)激冷变质与微量元素变质的复合作用。采用激冷变质，即通过加大冷却速率，增大硅晶体生长前沿处的过冷度，也能收到一定的变质效果。激冷变质的作用在于改变共晶两相的扩散速率，因而使铝相生长速率的降低程度比硅相小。同时硅相的小晶面结晶倾向随过冷度的增加而减小，因而当达到一定的临界转变温度时，能形成纤维状生长方式。增大结晶过冷度也有利于促进密集分枝。微量元素变质与激冷变质具有复合的作用。如经过同样变质处理的铝液，在薄壁铸件上产生的变质效果比厚壁铸件大。又如金属型铸造时，辅之以Na变质，可使纤维状硅晶体进一步细化，而使合金的力学性能得到进一步的提高。(2)界面台阶机制学说 界面台阶机制学说的要点如下: 1)界面台阶生长源。这种理论根据试验研究结果指出，在未经变质的铝硅合金中，生长中的硅晶体表面上只是偶然地存在有孪晶，其密度极小。而在晶体生长前沿上，存在很多固有的界面台阶。这些台阶提供了适于接钠铝液中硅原子或硅原子八面体的场所，从而使硅晶体择优生长成为板片状。当通过激冷变质时，可供共晶硅细化，并促进密集分枝，使之呈纤维状生长。由于过冷度增大，硅晶体生长的各向异性受到抑制，因而晶体的横断面近似于圆形。尽管如此，硅晶体的生长机制并未因激冷而发生根本的变化，仍是以界面台阶作为生长源。2)Na的变质作用。当将铝硅合金用Na(或Sr等)变质剂进行变质处理后，硅晶体的生长动力学发生了根本的变化。其一是Na原子吸附于硅晶体生长前沿的界面台阶处，"毒化"了界面台阶生长源，使之不能再起接钠硅原子的作用其二是由于Na变质处理的作用，在硅晶体表面上产生了高密度的孪晶(称为诱发孪晶)，而由孪晶凹谷代替界面台阶来接纳硅原子，从而构成硅晶体的生长源，即TPRE机制在硅晶体生长过程中起统治作用。这种理论将诱发孪晶的产生归因于吸附Na原子使相邻晶面上Si原子的排列发生变化。Na原子吸附在硅晶体生长前沿处的密排，由于与Si原子在尺寸上的差别，使得该层原子的排列发生变化，从而在与其相垂直酌面上形成孪晶。根据理论计算，当尺寸因数即r变质剂/rSi = 1.648时，最适于形成孪晶。实际上，尺寸因数与这一理论值相接近的元素(Na为1.58)均有诱发孪晶的条件。3)变质处理条件下硅晶体的结构。变质处理后，硅晶体按照孪晶凹谷机制生长的结构中，晶体主干沿[100]晶向生长，而分枝则沿[211]晶向(多数情况下有四个对称的晶枝在空间中互成90°)生长。这种理论认为，变质处理并不使硅的小晶面生长方式有所改变。同时，硅晶体的生长仍保留其各向异性的特征，表现在硅晶体(包括主干和晶枝)的横断面仍为片状。上面介绍的关于共晶硅生长的两种机制理论-孪晶凹谷生长机制和界面台阶生长机制都有大量试验研究作为依据，具有可信性。但两种理论中有一些方面是不一致的，因而关于这一理论问题，还有必要作进一步的研究。变质效果检验 1.断口检验用砂型或金属型浇注φ20mm的圆棒，凝固冷却后击断，观察其断口。如果断口呈银白色，晶粒细小，呈丝绒状，无硅相的小亮点，则表明变质良好若断口呈暗灰色，晶粒粗大，有明显的硅相亮点，则表明变质不足，需要再次变质。2.热分析法 根据各变质元素对AI-Si合金凝固特性的影响不同，可以通过热分析曲线加以判别。(1)钠和锶的变质检验 钠变质铝液的冷却曲线特点是:①共晶平台的温度比未变质要低8℃左右②典型的共晶平台表现为两个阶段，先是伪平台(pseudo-shelf)，而后转为真正的平台，约565℃。锶变质的过冷度约4℃。(2)锑变质的检验 锑变质引起冷却曲线的过冷度较小，约2 ~ 3℃，处于一般热电偶的误差范围之内，因此影响了测报率。可用凝固时间作为锑变质程度的判据。对一定成分的合金和在一定的凝固条件下，存在着一个临界的凝固时间，若共晶凝固时间<临界的凝固时间，则变质否则变质不良或不变质。

提高铝合金的硬度：1.加工强化加工强化也称冷作硬化，就是金属材料在再结晶温度以下冷变形加工如锻造、压延、拉拔、拉伸等，冷变形时，金属内部位错密度增大，且相互缠结并形成胞状结构，阻碍位错运动。变形度越大位错缠结越严重，变形抗力越大，强度越高。冷变形后强化的程度随变形度、变形温度及材料本身的性质而不同。同一材料在同一温度下冷变形时，变形度越大则强度越高，塑性则越低。2．固溶强化在纯铝中添加某些合金元素形成无限固溶体或有限固溶体，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等元素。一般铝的合金化都形成有限的固溶体，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶体，并且都有较大的极限溶解度能起较大的固溶强化效果。3. 组织强化在铝合金中添加微量元素以细化晶粒组织是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，它们能形成难熔化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。4．过剩相强化当铝中加入的合金元素含水量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现称之为过剩相。在铝合金中过剩相多为硬而脆的金属间化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈好，但过剩相多时，由于合金变脆而导致强度、塑性降低。5．时效强化铝合金热处理后可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间和延长而增高，但塑性降低。这个过程就称时效。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。

这个只能简单说一下了，si主要是增加铝液流动性的；镁和铜是强化元素，用来增加产品的强度；铁、锌是杂质元素，尽量要少些，但是有些合金可以增加这两种元素含量用来优化产品的加工性能，因为他们会让合金变脆；钛有细化晶粒的作用，但一般是后加的，其他的就很少了，一般不做太多要求

硅(Si)是改善流动性能的主要成份。从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。但结晶析出的硅(Si)易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。另外，硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。

在铝合金中固溶进铜(Cu)，机械性能可以提高，切削性变好。不过，耐蚀性降低，容易发生热间裂痕。作为杂质的铜(Cu)也是这样。

镁(Mg)

铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。作为杂质的镁(Mg)，在AL-Cu-Si这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，所以一般标准在0.3%以内。

铁(Fe)

杂质的铁(Fe)会生成FeAl3的针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说是有害成份。含量低于0.7 %则有不易脱模的现象，所以含铁(Fe)0.8 ~ 1.0 %反而好压铸。含有大量的铁(Fe)，会生成金属化合物，形成硬点。并且含铁(Fe)量过1.2 %时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。

镍(Ni) 和铜(Cu)一样，有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐蚀性影响很大。想要改善高温强度耐热性，有时就加入镍(Ni)，但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响

锰(Mn)

能改善含铜(Cu)，含硅(Si)合金的高温强度。若超过一定限度，易生成Al-Si-Fe- P+o { T*T fX

Mn四元化合物，容易形成硬点以及降低导热性。锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe，Mn)Al6减小铁的有害影响。锰(Mn)是铝合金的重要元素，可以单独加入Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰(Mn)。

锌(Zn)

若含有杂质锌(Zn)，高温脆性大，但与汞(Hg)形成强化HgZn2对合金产生明显强度作用。JIS中规定在1.0%以内，但外国标准有到3%的，这里所讲的当然不是合金成份的锌(Zn)，而是以杂质锌(Zn)的角色来说，它有使铸件产生裂纹的倾向。

铬(Cr)

铬(Cr)在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会增加淬火敏感性。

钛(Ti)

在合金中只需微量可使机械性能提高，但导电率却下降。Al-Ti系合金产生包晶反应时，钛(Ti)的临界含量约为0.15%，如有硼存在可以减少。

在铝合金中有时还存在钙(Ca)，铅(Pb)，锡(Sn)等杂质元素。这些元素由于熔点高低不一，结构不同，与铝(Al)形成的化合物亦不相同，因而对铝合金性能的影响各不一样。钙(Ca)在铝中固溶度极低，与铝(Al)形成CaAl4化合物， 钙(Ca)能改善铝合金切削性能。铅(Pb)，锡(Sn)是低熔点金属，它们在铝(Al)中固溶度不大，降低合金强度，但能改善切削性能。

锌合金当中各项主要元素及微量元素对铸造性能和铸件性能的影响

铝(Al)

它是主要成份，有改善机械性能，提高流动性的作用，能防止铁(Fe)的侵蚀和腐蚀。超过4.5%会变脆，低于3.5%强度，硬度会降低，流动性变差。

铜(Cu)

铜(Cu)含量超过1.25%可以明显增加合金的强度与硬度。但Al-Cu的析出，压铸铸后会收缩，继而转为膨胀，使铸件尺寸不稳定。

镁(Mg)

为抑制晶粒间的腐蚀而加入少量的镁(Mg)，镁(Mg)的含量超过了规定值，就会使流动性变差，并且也容易产生热脆性，冲击值也降低。

铅(Pb) 锡(Sn) 镉(Cd)

铅(Pb)含量的增加可以降低锌(Zn)的硬度，增加锌(Zn)的溶解度，但是在含铝(Al):o _l S%E

的锌合金中，铅(Pb)，锡(Sn)，镉(Cd)任意一种超过规定量，都会产生腐蚀。这种腐蚀是不规则的，经过某段时间以后才产生，而且在高温，高湿气氛下，腐蚀得特

铁(Fe)

铁(Fe)虽然能明显提高锌(Zn)的再结晶温度，减缓再结晶的过程，但是在压铸熔炼当中，铁(Fe)来自铁坩埚，鹅颈管和熔化用具，固溶于锌(Zn)，铝(Al)所带的铁(Fe)是极微量的，超过了固溶限的铁(Fe) 会以FeAl3 结晶出来。(Fe)所造成的缺陷多生成渣滓以FeAl3的化合物浮起。铸件变脆，机加工性能变差。铁的流动性会影响铸件表面的光滑度。

100分呢，不少哎~，给你简单解答一下吧，嘿嘿……。

铝中加入其他元素形成的合金称为铝合金，把其他元素加入到铝中称为铝的合金化，铝中常见的合金元素有铜、镁、锌、硅、锰、钛和稀土元素等。这些元素在铝合金里都起到以下作用：

1、固溶强化作用

纯铝通过加入合金元素形成铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高，形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时，不仅能够获得高强度，而且同时获得优良的塑性和压力加工性能，铜、镁、锌、硅、锰在铝中有较大的溶解度，故起较大的固溶强化作用。

2、时效强化作用

铝没有同素异构转变，铝合金的热处理强化主要是通过合金元素在铝中有较大溶解度，并且随温度的降低而急剧减少的特性来进行，这样可以形成过饱和固溶体，在随后时效时产生时效强化。铜、镁、锌、硅、锰在铝中有较大的溶解度，而室温又有很小溶解度，故铝合金加入这些元素。

3、过剩相强化作用

当铝合金中加入的合金元素超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体，而以第二相出现，这个就是过剩相，过剩相多数为硬而脆的金属间化合物，它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，塑性、韧性下降，铝合金中过剩相数量越多，强化效果越好，合金强度越高，但是过剩相过高时会使铝合金变脆而导致强度急剧降低，如铸造铝合金中的硅就是如此。

4、细晶强化作用

众所周知，金属材料晶粒越细，组织越细，力学性能就越高。所以加入一些能够细化铝合金组织的元素，也能够提高铝合金的力学性能，细化组织包括细化铝合金基体，也包括细化过剩相组织。如铝硅铸造合金中加入微量的钠或锑，少量的锰、铬、钴等元素能够细化晶粒，在提高强度的同时，也提高塑性。再如形变铝合金中添加微量的钛、锆、铍以及稀土元素，他们能够形成难溶化合物，在铝合金结晶时起到非自发形核作用，达到细化组织的目的，从而提高铝合金的强度和塑性。

以上讲解有一些专业术语，不知道你能够看明白不？如果不明白可以看一看《金属学》来理解。