20世纪中期以来，美国、俄国通过在合金中添加锰、硅、钛等微量元素相继开发出7075合金、B95高强铝合金、7050合金、7150铝合金；国内对铝-锌-镁-铜系高强高韧铝合金研究颇多，主要有7075、7050、7A55、7A60等合金 。
铝合金力学性能取决于合金组织，成形性取决于合金成分。一般而言，高的力学性能和成形性在许多合金中是难以兼得的[5]。因此，针对传统结构材料的强韧化，研究开发具有优异成形性的高强度、高韧性及低成本的铸造铝-硅合金具有重要的科学意义和实践价值。定量研究加入锌后铝-硅合金微观组织变化以及对其力学性能的影响，并分析其机理。
1. 实验
1.1 试样制备
按表1配置总质量为300g的三种不同成分的铝合金。
表1 铝-硅-铜-镁（单位：g）
经熔炼、浇铸、热处理制备出铝合金试样以备后续观察和测试。材料的配置用铝（工业纯铝），纯锌、铝24.4硅、铝50铜、铝4钛、铝l0锰中间合金及纯镁。精炼采用1%的六氯化钛。变质剂用三元钠盐：NaF（45%）+NaCl（40%）+KCl（15%）变质剂，以上二种药品用铝箔包好，防止烧损。采用可控硅控温仪和镍铬-镍硅热电偶进行温度的控制。将炉温升至750℃，放入纯铝保温1h使铝全部熔化。再放入铝24.4硅、铝50铜、铝10锰、铝4钛保温20min放入纯锌，保温5min，加入镁，保温5min后，加入精炼剂精炼，保温5min加入钠盐变质剂变质，保温5min进行除渣，以便有效的去除气体和杂质，之后再加入精炼剂进行二次精炼，保温5min后除渣，浇注到金属型[6-7]。
1.2 力学性能实验与金相组织观察
布氏硬度测定条件：选用φ5压头，250kg载荷，保压30s。拉伸强度测试在CSS-55100型多功能电子拉伸试验机上进行，加载速度为0.1mm/s。
铸件冷却后从铸型中取出，除去表面的飞边毛刺后，用手锯取中部适量长度的试样。经砂纸粗磨、细磨后，在P-2型金相试样抛光机上进行粗抛和精抛。抛光后的试样用浓度为0.5%的HF酒精溶液腐蚀(腐蚀7-8s)后即可进行金相分析。
2.实验结果与分析
2.1 铸态组织分析
2.1.1 铸态宏观组织
铝硅铜镁铝硅铜镁合金组织晶粒呈大片珊瑚状，组织分布不均匀。加锌1.0%的合金组织明显较无锌合金组织晶粒细小，组织呈弥散化并且分布趋于均匀化。在锌的加入之后明显可以看到硅相细化。经过高倍显微镜观察，合金组织在大范围内均匀分布，组织细小且呈较为均匀的球状和粒状。
2.1.2 铸态微观组织
观察放大后的组织，图1（a）和图1（b）含锌1%合金组织里有明显的鱼骨相，呈黑色，该相周围不出现其他相，单独存在基体中。
图1（c）和图1（d）中显示鱼骨相均匀分散开来，其周围多有灰白色相出现。鱼骨相明显比（a）和（b）图中出现的鱼骨相形状小。
图1（e）和图1（f）中相体变化繁多。褐色区域是富硅相区，而鱼骨相、灰白，灰黑相区错杂其间，金属元素富集严重。
观察图2（a）和（b），经过能谱分析后知道鱼骨相的成分主要是铝-硅-铜-镁-锌-O六元相。
在图2（c）中，白色的片状相为铝-硅-锰-铜四元相。如图3，组织中出现灰白色片状相，其能谱分析后得知成分为镁-铝-硅-铜四元相，其中镁的含量最高，在该相中主要是镁和铜元素的富集。
（a）1%锌铸态 500× （b）1%锌铸态 2000×
（c）3%锌铸态 200× （d）3%锌铸态 1000×
（e）5%锌铸态 500×（f）5%锌铸态 1000×
图1不同锌含量铝硅铜镁铝硅铜镁合金组织
(a) 1%锌铝硅铜镁合金组织 (b) 1%锌铝硅铜镁合金组织能谱
(c) 1%锌铝硅铜镁合金组织 (d) 1%锌铝硅铜镁合金组织能谱
图2 含锌 1%铝硅铜镁合金组织及能谱
(a) 1%锌铝硅铜镁合金组织 (b) 1%锌铝硅铜镁合金组织能谱
图3 含锌 1%铝硅铜镁合金组织及能谱
(a)含锌 3%铝硅铜镁合金组织 (b)含锌 3%铝硅铜镁合金组织能谱
（c）含锌 3%铝硅铜镁合金组织 (d) 含锌 3%铝硅铜镁合金组织能谱
图4 含锌 3%铝硅铜镁合金组织及能谱
图4（a）和（b）中，在鱼骨相上面扫描的结果得知其成分为铝镁硅铜锌氧，铝镁硅占多数。在（C）和（d）中，能谱分析的相呈灰白，与基体颜色区别较小，与（b）相比，镁含量减少，没有氧的出现，铝含量升高。如图5（a）和（b）中，鱼骨相增多且变小，成分为铝硅镁锌氧。在图（C）和（d）中，白色相呈细小弥散均匀分布，能谱测出成分为铝铜锌，铝铜含量一样多。
(a)含锌5%铝硅铜镁合金组织 (b) 含锌5%铝硅铜镁合金组织能谱
(c) 含锌5%铝硅铜镁合金组织 (d) 含锌5%铝硅铜镁合金组织
图5 含锌5%铝硅铜镁合金组织及能谱
2.1.3 锌对铝硅铜镁合金力学性能的影响
随着锌含量的增加合金硬度、抗拉强度与伸长率均显著提高。
表2 铸态合金试样硬度
表2中显示锌的加入使试样硬度上升，而且锌加入的越多，试样的硬度越高。
图6中显示了三种锌含量的试件被拉伸后其断口形貌。图6(a)(和b)为含锌 1.0%铝硅铜镁合金断口组织，其大部分为组织撕裂，解理断裂很少。结合(c)、(d)、(e)、(f)图可以看出断口形貌是由脆性断裂向韧性断裂转变的。锌含量的增加使试样抗拉强度上升。
(a)1% 锌铸态合金断口 200× (b)1%锌铸态合金断口 1000×
(c)3% 锌铸态合金断口 200× (d)3%锌铸态合金断口 1000×
(e)5% 锌铸态合金断口 200× (f)5%锌铸态合金断口1000×
图6 铸态合金试样断口
3.结 论本文通过在铝-硅-铜-镁合金中添加不同比例的锌元素（锌含量分别为1%、3%、5%），借助力学性能测试、宏观组织观察及扫描电镜（SEM)等手段，研究合金元素锌在铝合金中的状态变化及其对铝硅铜镁合金组织和力学性能的影响。
（1）铸造铝-硅-铜-镁合金中加入适量的锌元素后，组织得到改善。
（2）对合金组织的成分进行分析，了解到加入较少的锌时，锌在合金中以固溶体而并非相的形式存在并且均匀的分布在基体组织中，当加入5%的锌时，出现锌元素的富集。锌的加入促进其他元素的溶解与第二相的生成。
（3）在铝-硅-铜-镁合金中添加微量锌可以提高合金强度。通过SEM观察发现：加锌后合金在枝晶内细小而弥散分布的针状析出相增多。
