Cu/La协同改性AlSi5合金的反向挤压微观结构与性能调控机制及其在焊接材料中的应用

为解决AlSi5合金焊接材料延展性与导电性难以协同优化的难题，研究人员通过Cu-La共掺杂结合反向挤压技术（reverse extrusion）开展合金改性研究。结果表明，添加0.03% La使延伸率提升10.6%，电导率（IACS）提高4.5%，同时抑制Cu原子晶界偏析，揭示了稀土元素通过调控析出相与晶格间距（interplanar crystal spacing）提升机电性能的机制，为高性能铝合金设计提供新思路。

　　

在航空航天、新能源汽车等领域，AlSi5合金作为环保型焊接材料广泛应用，但其液态流动性差导致焊接接头机械性能不佳。虽然铜（Cu）元素能改善流动性，但对延伸率（elongation）和导电性（conductivity）的调控效果有限，而这两者恰恰是焊接工艺的关键指标。稀土金属（REMs）如镧（La）因其变质（metamorphism）、细化晶粒（grain refinement）等特性备受关注，但过量添加会损害加工性能。如何通过精准调控合金成分与加工工艺实现性能突破，成为亟待解决的难题。

宁波市关键研发计划支持的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表论文，通过反向挤压技术制备Cu-La共改性AlSi5合金，系统分析了La含量对析出相、晶粒尺寸和机电性能的影响。研究采用非真空感应熔炼炉制备Al-5Si-0.03Cu-XLa（X=0-0.05wt%）合金，结合金相显微镜（metallographic）、X射线衍射（XRD）和力学性能测试，揭示了La通过尺寸效应（size discrepancy）抑制Cu原子扩散的机制。

铸造与均匀化退火微观结构
未添加La的合金中共晶硅（eutectic (Si)）呈针状（图1a），而0.03% La使硅相变为短棒状（图1d），α-Al枝晶间距减小。La优先偏聚晶界，形成LaAlSi相，阻碍Cu原子迁移。

Cu-La协同效应对微观结构的影响
La的添加使α-Al中硅固溶度降低0.275%，晶面间距（interplanar spacing）增大（图10）。高温（713 K）挤压时，La抑制Cu原子从Al晶格析出，减少晶界脆性相，提升延展性。

结论与意义
研究发现0.03% La为最优添加量，延伸率提升10.6%而抗拉强度仅降低1.09%，电导率显著提高。La通过增大扩散能垒（diffusion energy barriers）稳定Cu原子晶格占位，同时促进Fe/Si形成金属间化合物（intermetallic compound），优化综合性能。该研究为铝合金焊接材料的成分-工艺协同设计提供了理论依据，推动其在工程领域的规模化应用。