原标题：热处理对压铸铝合金ZL102力学及导热性能的影响
摘要：采用微观组织表征以及力学与导热性能测试研究了热处理对压铸铝合金ZL102力学及导热性能的影响。结果表明，压铸铝合金ZL102室温组织中的物相包括初生α（Al）、铝硅共晶组织、初晶硅以及少量的金属间化合物。固溶处理后，压铸铝合金ZL102中的硅相发生了熔断和球化；经过时效处理，α（Al）基体上出现细密的点状第二相析出，晶界的硅相球度进一步提高。在三种热处理状态下，铝合金ZL102固溶处理后的力学性能最高，但热导率最低。综合而言，时效处理兼顾了合金的力学与导热性能，此时合金的抗拉强度212MPa，伸长率3.9%，室温热导率142.7W/（m·K）。
为了兼顾铝合金的力学与导热性能，研究者们进行了较为深入的研究。温澄研究了22种合金元素对工业纯铝导电及导热性能的影响，发现不同元素的影响程度不一样，过渡族元素如Mn、Cr等的加入会使纯Al的导电与导热性能快速下降，而Zn、Sr和稀土类变质元素的影响较小。李林君发现不同镁硅比对铝合金6063导热性能的影响不同，镁硅比为1.5时，合金的导热性能最好。Lumley等研究了合金成分和热处理对Al-Si-Cu系铝合金压铸件导热性能的影响，研究表明，某些成分的合金导热系数可通过使用热处理增加60%以上。Kim等测试了不同热处理状态下Al-1Si和Al-9Si合金的热扩散率，研究了热扩散率与硅相固溶及析出之间的关系，得出固溶处理样品中溶解的硅重新析出会增加合金热扩散率。Choi等研究了模具温度对铝合金热、力学性能的影响，得出模具温度越高，合金凝固速率越慢，此时硅颗粒越大，合金热学性能越好；而在时效处理后，不同模具温度下合金的机械强度变得相近。
本文以铝合金ZL102实际压铸件某5G通讯滤波器壳体为研究对象，采用闪光法测试合金不同温度下的热导率，并通过热处理改变合金的微观组织，探究合金微观组织变化对力学及导热性能的影响，以期为生产实际中提高铝合金压铸件的力学与导热性能提供参考借鉴。
1、试验过程
1.1试样制备
采用某5G通讯滤波器壳体实际压铸产品作为试验件，如图1a所示，压铸件重约5.4kg，外形尺寸约为539mm×410mm×45mm。该压铸件结构形状复杂，主体壁厚只有2mm左右，而安装支耳等位置处壁厚达到6mm。试验中微观组织表征、力学及导热性能测试取样位置如图1b所示，该位置壁厚为压铸件主体壁厚，具有较好的代表性且方便取样。采用X射线荧光光谱仪（XRF）测得铝合金ZL102的化学成分如表1所示。采用线切割制备力学性能拉伸试样，尺寸按照国标GB/T228.1—2010确定，同时线切割Φ4mm×1mm规格的圆片样，用于合金热导率的测试。试样热处理分为三个对照组，一组为压铸态，不进行热处理；第二组进行500℃×4h固溶处理；第三组在第二组的基础上进行200℃×3h时效处理。
1.2试验方法
将金相试样依次采用240#、600#、1200#、1500#、2000#砂纸机械研磨后，使用金刚石抛光剂抛光，再使用95%H2O+2.5%HNO3+1.5%HCl+1%HF凯勒试剂腐蚀10~20s，在LeicaDM2700M型号光学显微镜（OM）与JEOL6301F型号扫描电子显微镜（SEM）下观察组织形貌。使用Instron5967型电子万能试验机进行室温拉伸试验，拉伸速度为2mm/min，力学性能试验数据为5根有效试样的平均值。
2、铝合金ZL102压铸组织
表1铝合金ZL102化学成分wB/%
图2铝合金ZL102压铸显微组织
图3压铸铝合金ZL102的XRD图谱
采用SEM进一步对上述多边形物相进行分析，如图4所示。基于能谱仪（EDS）结果（表2），推测其为一种复杂的AiSiFeMn四元金属间化合物。结合部分文献如袁、王等判断该物相为α-Al15（Mn、Fe）3Si2，该物相是在β-Al5FeSi相基础上加入Mn元素后进一步演变而成。在β-Al5FeSi相形成时，部分Mn原子夺去了Fe原子在β相中占据的位置，相当于Mn原子部分替代Fe原子，从而形成了AlSiFeMn四元复合相。
图4多边形物相的SEM图像
表2图4中P点的EDS分析结果%
3、热处理对压铸组织的影响
图5对比分析了热处理前后的铝合金ZL102压铸组织，可以看出，热处理前后初生α（Al）变化不大，枝晶取向都没有明显规律，而硅相的形貌和分布则发生了明显变化。压铸态组织中的硅相呈现针状/板条状分布，严重割裂了α（Al）基体；经过固溶处理后，组织中的硅相发生了熔断和球化，长短径比值下降，硅相球度提高；经过时效处理后，原本固溶阶段溶入α（Al）基体的硅元素析出，在α-Al基体上呈现出细密的点状形态，而晶界的硅相更加圆整，球度进一步提高。对于压铸组织中出现的多边形AiSiFeMn四元金属间化合物，在固溶与时效处理过程中，其形态并没有发生明显变化，推测原因在于本文固溶处理温度并不足以使其溶入α（Al）基体中。由图5还可以看出，压铸组织中分布有一定数量的气孔，固溶处理后组织中的气孔有增大的趋势，而继续时效处理气孔并没有进一步扩大。
图5压铸态、固溶及时效组织的对比分析
4、热处理对力学性能及导热性能的影响
不同热处理工艺下的压铸铝合金ZL102力学性能如图6所示，可以看到，在强度与伸长率方面，固溶处理后的试样优于压铸态及时效处理的试样，其抗拉强度与伸长率分别为222.8MPa与6.1%，相比压铸态抗拉强度提高了9.2%，伸长率得到明显改善，提高了205%，而时效态的试样力学性能居中。分析原因，尽管已有研究认为，由于气孔的存在普通压铸件不适合进行热处理，且铝合金ZL102为非热处理强化合金，但固溶处理过程中硅相的熔断和球化显著改善了其对α（Al）基体的割裂作用，减少了合金承载时在周围产生的应力集中，有利于合金强度及伸长率的提高。进一步时效处理，合金力学性能相比固溶态反而发生了一定的下降，其原因在于α（Al）晶界及固溶体中析出的硅相进一步聚集长大发生粗化现象，损害了合金的力学性能，且合金时效过程中并没有析出时效强化相。
图6热处理对压铸铝合金ZL102力学性能的影响
图7温度及热处理工艺对压铸铝合金ZL102导热性能的影响
5、结论
（1）铝合金ZL102室温下压铸组织中的物相包括初生α（Al）、铝硅共晶组织、初晶硅以及少量的金属间化合物，其中的多边形物相为AlSiFeMn四元复合相。
（2）固溶处理后，铝合金ZL102压铸组织中的硅相发生了熔断和球化；经过时效处理，α（Al）基体上出现细密的点状第二相析出，晶界的硅相球度进一步提高。
（3）在三种热处理状态下，铝合金ZL102固溶处理后的力学性能最高，抗拉强度及伸长率分别为222.8MPa与6.1%，相比压铸态分别提高9.2%和205%，然而此时合金的热导率最低，室温下的热导率由压铸态时的155.8W/（m·K）降至127.8W/（m·K）。综合而言，时效处理兼顾了合金的力学与导热性能，此时合金的抗拉强度212MPa，伸长率3.9%，室温热导率142.7W/（m·K）。