【JMRT】高强韧A356 铝合金腐蚀行为及Fe/Mn协同调控机制研究

A356 合金作为典型铸造 Al-Si 合金，具有良好的可铸造性、可焊接性、较高强度、耐腐蚀性和可回收性，并可通过 T6 等热处理工艺进一步释放其时效强化潜力，是轻量化结构件的重要候选材料之一。在 A356 合金的实际生产与循环利用过程中，Fe 元素往往难以完全避免。特别是在再生铝使用比例提高、熔体杂质控制难度增加的工程场景下，较高 Fe 含量容易促进 β-Al₅FeSi 等富 Fe 相析出，并向针状或复杂汉字状形貌演化。这类富 Fe 相通常会割裂基体连续性，降低合金塑性与疲劳安全性，并可能诱发局部腐蚀，从而削弱材料的综合服役性能。因此，如何在较高 Fe 含量条件下调控富 Fe 相的类型、形貌与分布，是高性能再生铸造铝合金设计中的关键问题之一。广东防腐院轻质合金课题组，针对高强韧再生A356 铝合金腐蚀行为及Fe/Mn协同调控机制进行了系统研究，相关研究成果先后以第一单位发表JMRT  33, (2024) 2263-2274和JMRT 42 (2026) 9857-9872。通讯作者王猛副研究员（mwang@icost.ac.cn）

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富 Fe 相沿晶界析出导致铝合金强塑性和耐蚀性下降：针对再生铝面临的组织退化问题，团队系统阐述了 Fe 元素对 A356-T6 铝合金显微组织、力学性能与耐蚀性能的协同影响机制。结果表明，随着 富 Fe 金属间化合物的数量和体积分数逐步上升，其形貌由颗粒状、短棒状逐渐向针状和汉字状转变。虽然不同 Fe 含量合金的抗拉强度变化相对有限，但塑性出现明显阶梯式下降；同时，电化学测试显示合金腐蚀电位降低、自腐蚀电流密度增加，耐蚀性能随 Fe 含量升高而显著弱化。该工作明确指出，β-Al₅FeSi 等脆性富 Fe 相的析出、粗化及其在晶界附近的不利分布，是导致 A356-T6 合金塑性和耐蚀性能下降的重要组织根源。相关成果《Revealing the effect of iron content on the microstructure evolution, mechanical properties and corrosion resistance of the A356-T6 aluminum alloys》发表在Journal of Materials Research and Technology Volume 33, 2024, Pages 2263-2274。

高强韧再生A356 铝合金Fe/Mn协同调控机制研究：近日，团队针对铝合金中Fe元素高质化利用问题，系统研究了Mn中和Fe元素负面效应中协同调控机制取得最新进展。研究结果表明，适量 Mn 添加有利于促进 β-Al₅FeSi 型富 Fe 相向更具工程容忍度的 α 型含 Mn 富 Fe-Si 相转变。相较于细长针状 β-Fe 相，α-Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂ 等含 Mn 富 Fe 相通常呈现汉字状或骨架状特征，对铝基体连续性的割裂作用相对减弱，有助于降低尖锐相界面诱发的局部应力集中。然而，Mn 微合金化在同步提升强韧性与耐蚀性方面，并非简单的线性关系，而是存在相应的同步改善的成分窗口。在力学性能方面，适量 Mn 添加有助于削弱针状 β-Fe 相对基体的割裂作用，并可能通过晶粒组织和局部应变分布的改善提升合金的强塑性匹配。综合拉伸结果与组织观察可以看出，0.35 wt.% Mn 附近表现出较为突出的组织调控效果和综合性能优势，说明在高 Fe 356 合金中存在相对合理的 Mn 添加窗口。在耐蚀性能方面，Mn 添加改变了富 Fe 相的类型、尺寸和分布，进而影响局部微电偶腐蚀行为以及腐蚀产物/钝化膜在界面处的稳定性。电化学测试与腐蚀形貌分析共同表明，不同 Mn 含量样品的耐蚀响应并非单调变化：适量 Mn 有利于改善高 Fe 合金的腐蚀行为，而过量 Mn 引起的粗大富 Fe 相和不均匀分布可能重新诱发局部腐蚀敏感性。  

Fe/Mn协同调控对A356铝合金力学性能的影响

Fe/Mn协同调控对A356铝合金腐蚀性能的影响

机理研究到成分调控：该研究与团队此前发表的 Fe 含量梯度工作回答了“Fe 含量升高后，A356-T6 合金组织与性能如何演化”的问题，明确了富 Fe 相对塑性和耐蚀性能的削弱机制；最新研究成果则进一步回答了“在 Fe 含量已处于较高水平的情况下，能否通过 Mn 微合金化在 T6 工艺框架下重新拓宽材料可用性能窗口”的问题。本结果也实现了从“揭示 Fe 的不利影响”到“设计可调控的高 Fe 合金体系”的推进。从工程应用角度看，该成果为高 Fe 含量铸造铝合金、再生铝利用以及轻量化构件的成分设计和热处理工艺优化提供了新的实验依据。特别是在再生铝比例提升和杂质元素控制难度增加的背景下，通过微合金化策略对有害富 Fe 相进行形貌调控，有望为兼顾材料成本、资源循环利用和综合服役性能提供新的解决思路。相关成果发表在Synergistic Effects of Manganese Micro-alloying on the Microstructure, Mechanical Properties, and Corrosion Resistance of a T6-treated 356-0.4Fe Alloy该论文发表在 JMRT 42 (2026) 9857-9872，第一作者为我院联合培养研究生柳永权（现为香港科技大学（广州）在读博士研究生）和徐婧，通讯作者为我院轻质合金材料课题组王猛副研究员。

高强韧、高耐蚀A356铝合金Fe/Mn协同调控机理