微量鈧對航太鋁矽鎂(Al-7Si-0.6Mg)合金：機械性質、熱穩定性與淬火敏感性之影響(II)(1/2)

本計劃規劃具完全獨特性與實用價值之三年期研究主題，分別為：『微量銃對航太 鋁矽鎂(Al-7Si-0.6Mg)合金:(I)機械性質、（II)熱穩定性、與（III)淬火敏感性之影響』。 (第1年執行中，第2、3年新申請）。Al-7Si-0.6Mg合金(編號：357合金)為一可熱處理型鋁合金，具有良好之鑄造性、 焊接性、耐磨耗性與高強度等優點，但由於鋁合金極容易混入鐵元素，形成粗大針狀富 鐵相金屬間化合物，此富鐵相質硬且脆，對合金機械性質（尤其是韌性）會造成嚴重損 害。所以於Al-7Si-0.6Mg合金中添加微量(0.05wt%)鈹之A357合金，可將有害的粗針狀 富鐵相改變為節球型富鐵相，因而降低對機械性質的危害，而被用於飛彈等航太用材。 但Be具有劇毒，屬第一類致癌物，對製造與使用人員造成環安困擾，因此研發人員亟 思能有取代之方法。飛彈的高速飛行，導致合金摩擦生熱(表面溫度可達190°C)，傳統A357合金的高溫 強度(熱穩定性)往往無法吻合高品質航太材料要求。另外，A357合金存在高淬火敏感性 (high quenching sensitivity)的問題，也就是固溶處理時，需快速淬火以獲得溶質高過 飽和度，在後續的時效處理時才能獲得良好時效強化效果，因此，對於高淬火敏感性之 厚板構件而言，雖然以高速淬火，厚板中心也難以獲得高時效強化效果，造成整體構件 強度的下降，致使零件需要過重的設計。由於環保要求與科技進步，航太A357鋁合金材料性能要求日趨嚴苛，開發更輕(即 需有高強度-高品質指標(Quality Index)、低淬火敏感性)與更耐高溫(即高溫熱穩定性)的 合金，是亟為需要與有價值之研究。相較於A357合金，先導研究與本計晝第一年初步研究發現，在Al-7Si-0.6Mg合金 中添加微量(0.04wt%) Sc時，可使使合金品質指標提升約17%，並能在250C下具有更 佳之熱穩定性，且淬火敏感性更大幅降低了 50%以上，申請人對於這些初步研究結果覺 得有深入探討其機制之價值，所以規晝此三年期之研究計晝，期能在不添加Be的情況 下，開發出比目前商用航太A357合金更耐高溫與低淬火敏感性的(Al-7Si-0.6Mg)合金， 每一年度之研究規晝如下：第一年(執行中)：微量Be與Sc對(Al-7Si-0.6Mg)合金對機械性質之影響。（品質指標 可提升17%)。截至目前(103/12/10)，本年度的貢獻是發現微量銃可以取代商用含(劇 毒)Be之A357合金，顯著提升其品質。第二年(新申請):微量Be與Sc對(Al-7Si-0.6Mg)合金對熱穩定之影響。（目標:高溫熱 穩定性提升)第三年(新申請)：微量Be與Sc對(Al-7Si-0.6Mg)合金對焊火敏感性之影響。（目標: 低淬火敏感性）上述三項主題若能依計晝完成，對於商用A357合金之應用改善，具有深遠之意義， 藉由學理機制的探討，研究成果除了做為業界參考外，學理也可供學界有價值之學術參 考。