原标题：Ce 含量对 Al-Si-Mg 合金显微组织及耐蚀性能的影响

1 导读

Al-Si-Mg 合金是汽车轻量化的核心材料，但其铸态下的耐蚀性不足，尤其在复杂结构件中，高温热处理易导致变形。本期聚焦魏桥轻量化研究院团队的研究，揭秘微量稀土 Ce 如何通过细化组织、优化相形态，在铸态下显著提升 Al-Si-Mg 合金的耐蚀性能，为新能源汽车关键部件提供材料解决方案。

2 研究背景

Al-Si-Mg 系铸造铝合金因铸造性能优良、比强度高，是新能源汽车轻量化的理想材料，广泛应用于复杂结构件（如多通阀）。然而，该合金铸态下存在共晶 Si 相粗大、富 Fe 相易引发腐蚀等问题，导致耐蚀性不足；而高温热处理虽能改善组织，但易造成复杂部件变形，限制了其在特殊领域的应用。稀土 Ce 元素具有优异的晶粒细化与变质作用，可优化 Al-Si 合金的相形态，提升力学性能与耐蚀性，但 Ce 含量对 Al-Si-Mg 合金铸态组织与耐蚀性的影响尚未明确。在此背景下，本研究在 Al-4.5Si-0.35Mg 合金中添加不同含量 Ce 元素，探究其对铸态组织、晶间腐蚀及电化学性能的影响，为铸态 Al-Si-Mg 合金的耐蚀性优化提供技术支撑。

3 内容来源

魏桥（苏州）轻量化研究院有限公司朱慧颖助理工程师团队联合苏州大学，在《特种铸造及有色合金》2025 年 45 卷第 12 期发表题为《Ce 含量对 Al-Si-Mg 合金显微组织及耐蚀性能的影响》的研究论文。该研究以 Al-4.5Si-0.35Mg 合金为基体，添加 0~0.5% 的 Ce 元素，通过金相观察、晶间腐蚀试验、电化学测试（极化曲线、阻抗谱），系统分析 Ce 含量对组织细化、相形态及耐蚀性的影响，揭示腐蚀机理。

4 研究亮点与研究方法

本研究聚焦 “Ce 含量 - 显微组织 - 耐蚀性能” 的关联机制，采用实验制备与多维度腐蚀测试结合的方法。以工业纯 Al、Al-20Si 中间合金等为原料，通过熔炼工艺制备不同 Ce 含量的合金铸锭；利用光学显微镜、扫描电镜观察组织与相形态，Image-Pro Plus 软件统计晶粒尺寸与相尺寸；参照 GB/T 36174-2018 进行晶间腐蚀试验，采用三电极体系进行电化学测试，分析耐蚀机理。研究亮点在于针对铸态合金进行优化，无需热处理，避免部件变形，Ce 元素实现组织细化与耐蚀性协同提升，工艺简单易工业化。

5 内容解读

显微组织优化

Ce 元素对 Al-4.5Si-0.35Mg 合金组织具有显著细化作用：随 Ce 含量增加，晶粒尺寸先减小后增大，0.1% 添加量时晶粒尺寸最小（117.1μm），较基体（179.5μm）细化 35%；共晶 Si 相平均面积从 1.41μm² 减小至 1.17μm²；富 Fe 相平均长度从 9.36μm 减小至 5.94μm。

Ce 元素通过形成 AlCeSi₂相作为异质形核核心，同时偏聚于固液界面前沿，抑制晶粒与相的生长；过量 Ce（0.5%）则会形成粗大富 Ce 相，导致组织粗化。

图1　试验合金的金相组织

图2　试验合金中共晶Si颗粒的平均面积

图3　试验合金阳极覆膜后的形貌

图4　试验合金的平均晶粒尺寸

图5　试验合金的SEM图像及主要相组成

图6　试验合金富Fe相的平均长度及平均面积

耐蚀性能提升

晶间腐蚀试验表明，0.1% Ce 添加量时腐蚀深度最小（414μm），较基体（757μm）降低 45.3%；电化学测试显示，该含量下合金腐蚀电流密度从 0.589μA/cm² 降至 0.371μA/cm²，极化曲线出现明显钝化区，阻抗谱容抗弧半径最大，电荷转移电阻增至 31353Ω・cm²，耐蚀性显著提升。

图7　试验合金的晶间腐蚀截面深度

腐蚀机理分析

Ce 元素改善耐蚀性的核心机制的是：细化晶粒与相组织，增加晶界面积，促进致密氧化膜（Al₂O₃）形成；减小共晶 Si、富 Fe 相等阴极相的尺寸与数量，降低微电偶腐蚀驱动力，切断腐蚀扩展路径。过量 Ce 则因粗大富 Ce 相成为腐蚀阴极，导致耐蚀性下降。

图8　试验合金在3.5% NaCl溶液中浸泡48 h后的极化曲线

图9　试验合金在3.5% NaCl溶液中浸泡48 h后的Nyquist图及对应等效电路

6 主要结论

Ce 元素能有效细化 Al-4.5Si-0.35Mg 合金铸态组织，0.1% 添加量时晶粒、共晶 Si 相、富 Fe 相细化效果最优。

0.1% Ce 添加量时合金耐蚀性最佳，晶间腐蚀深度 414μm，腐蚀电流密度 0.371μA/cm²，较基体大幅提升。

耐蚀性改善源于 Ce 元素细化组织、促进致密氧化膜形成，以及减小阴极相尺寸与数量。

本研究为铸态 Al-Si-Mg 合金的耐蚀性优化提供了简单可行的方案，无需热处理，适合复杂结构件应用，对新能源汽车材料升级具有重要意义。

7 中英文引用格式

中文引用：朱慧颖，金晓杰，陈来，等. Ce 含量对 Al-Si-Mg 合金显微组织及耐蚀性能的影响［J］

本文转载自：《特种铸造及有色合金》