近共晶多元Al-Si合金具有比强度高、耐磨性好、热稳定性优异等一系列特点,从而成为广泛应用的活塞材料。但随着汽车行业的发展,发动机各项参数的提高对活塞材料的性能提出了更高的要求。添加稀土元素是Al-Si合金中常用的强化方式,但对初生硅的变质存在一定的争议,在多元Al-Si合金中的研究也相对较少,多元合金中更易形成尺寸粗大的富稀土相,故而该强化方式还存在着一定的局限。因此,研究稀土元素在近共晶多元Al-Si合金中的影响,最大程度地发挥稀土元素的合金化作用,对提高合金性能具有重要意义。本文以Al-13Si-5Cu-2Ni-1Mg合金为研究对象,选择典型的轻稀土元素La和重稀土元素Er,围绕两种元素单独添加、与P元素复合添加以及两种稀土元素复合添加对合金组织和性能的影响展开了一系列的研究。研究单独加入La和Er两种稀土元素对合金组织和性能的影响。结果表明,两种元素均可以同时变质初生硅、共晶硅,但存在初生硅变质程度有限且共晶硅变质不均匀的问题。添加量为0.2%时,La对共晶硅有较强的变质作用,Er对初生硅和二次枝晶间距的改善效果更为显著。此外,两种元素在合金中都会形成成分复杂的粗大富稀土相。合金中La和Er的含量均在0.2%时,室温力学性能最佳。变质前,合金的抗拉强度和伸长率分别为181 MPa和0.59%,磨损率为5.53×10-3 mm3·m-1;加入0.2%La后,抗拉强度增加至210 MPa,伸长率为0.61%,磨损率为4.92×10-3 mm3·m-1;加入0.2%Er后,抗拉强度和伸长率分别为219 MPa和0.69%,磨损率为4.73×10-3 mm3·m-1。通过研究稀土元素和P元素的交互作用,进一步解决初生硅和共晶硅尺寸对合金性能的限制。研究发现,AlP的形成一方面可以作为异质核心,显著改善初生硅以及共晶反应中生成的共晶硅和金属间化合物的尺寸和形貌;另一方面会与稀土元素产生相互作用,弱化稀土元素对共晶硅的变质效果。P元素的添加可以有效地达到进一步提高合金性能的目的。室温下,在P含量为0.005%时,不含稀土元素的合金抗拉强度为248 MPa,伸长率为0.79%;含0.2%La或0.2%Er的合金抗拉强度分别为258 MPa和271 MPa,伸长率分别为0.80%和0.91%。在含0%RE、0.2%La、0.2%Er的合金中加入0.005%的P 元素,磨损率分别为 3.94×10-3mm3·m-1、3.54×10-3mm3·m-1、3.33×10-3mm3·m-1。在含P元素的合金中同时添加0.2%La和0.2%Er后,合金的室温抗拉强度和伸长率分别可达到274 MPa和0.96%。两种元素相互影响可以抑制富稀土相的生长,使富稀土相的尺寸显著减小,在合金中生成尺寸细小、均匀分布的富Er相和富La相,进一步提高合金的高温拉伸性能。350℃下,未添加稀土元素的合金抗拉强度和伸长率分别为82 MPa和8.6%;单独加入0.2%La或0.2%Er时,合金的抗拉强度为88 MPa和89 MPa,伸长率为6.6%和7.6%;复合添加0.2%La和0.2%Er时,合金的抗拉强度和伸长率分别为91 MPa和8.4%,与不添加稀土元素的合金相比,在伸长率相当的情况下,高温抗拉强度提升约11%。