新型鋁合金的腐蝕行為及表面改性的影響.pdf

1、為滿足航空工業(yè)發(fā)展的需求，近年來我國研發(fā)了一批新型鋁合金，其中包括疲勞性能優(yōu)異的2E12鋁合金，高強(qiáng)高韌的7475鋁合金，以及綜合性能良好且淬火敏感性低的7A85鋁合金等。然而，這些鋁合金在使用過程中難免遭受各類局部腐蝕和應(yīng)力作用下的腐蝕破壞，影響飛機(jī)的安全性、可靠性及服役壽命，目前對這些新材料腐蝕行為、機(jī)理的認(rèn)識尚不夠清晰，有效的腐蝕控制方法也還不夠明了，因此，開展這些新型鋁合金腐蝕行為與表面改性技術(shù)的研究十分重要。噴丸強(qiáng)化（SP）是

2、提高鋁合金常規(guī)疲勞抗力的重要手段，但是有關(guān)SP對鋁合金局部腐蝕和應(yīng)力作用下的腐蝕行為影響的研究較少。微弧氧化（MAO）技術(shù)一般認(rèn)為比傳統(tǒng)陽極氧化技術(shù)有明顯優(yōu)勢，然而有關(guān)MAO處理對鋁合金局部腐蝕，尤其是對鋁合金腐蝕疲勞行為的研究則較少見報道，對內(nèi)在作用機(jī)制的認(rèn)識也不夠清楚。為此，本文以上述三種新型鋁合金為對象，以揭示新型鋁合金的腐蝕機(jī)理和提高其在腐蝕環(huán)境下的服役性能為目標(biāo)，開展新型鋁合金的晶間腐蝕、剝離腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞行為的研究

3、，探討噴丸強(qiáng)化、微弧氧化及其復(fù)合處理對新型鋁合金腐蝕行為的影響規(guī)律和作用機(jī)制，取得的主要結(jié)果如下：
　?。?）研究發(fā)現(xiàn)2E12-T3和7A85-T7452鋁合金都對晶間腐蝕十分敏感，且2E12-T3合金晶間腐蝕敏感性更高，同時還具有很高的剝蝕敏感性，但7A85鋁合金的剝蝕敏感性較低。2E12鋁合金晶間腐蝕機(jī)理是晶界析出連續(xù)分布的陰極性θ相（CuAl2），加速周圍貧銅區(qū)的溶解所致；7A85鋁合金晶間腐蝕機(jī)理是晶界析出的陽極性η相（M

4、gZn2）與無沉淀析出帶（PFZ）及晶粒構(gòu)成微電池，導(dǎo)致晶界選擇性腐蝕。2E12鋁合金薄板織構(gòu)現(xiàn)象突出，強(qiáng)度較低，且晶間腐蝕敏感性高，故剝蝕敏感性也很高。鍛造成型的7A85鋁合金厚板織構(gòu)現(xiàn)象較輕，強(qiáng)度較高，晶間腐蝕敏感性低于2E12鋁合金，故剝蝕敏感性較低。由于2E12鋁合金晶間腐蝕敏感性高，因而應(yīng)力腐蝕敏感性亦高，其應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理為陽極溶解主導(dǎo)。
　?。?）在3％NaCl+0.5%H2O2溶液中預(yù)腐蝕導(dǎo)致7475-T761鋁合

5、金力學(xué)性能的退化，預(yù)腐蝕對塑性指標(biāo)的影響比對強(qiáng)度指標(biāo)的影響更為顯著。電化學(xué)腐蝕溶解和氫脆對7475鋁合金力學(xué)性能的退化均具有貢獻(xiàn)，點蝕坑的發(fā)展是主導(dǎo)因素。對7475鋁合金施加75%屈服強(qiáng)度拉應(yīng)力進(jìn)行預(yù)腐蝕試驗，力學(xué)與化學(xué)效應(yīng)耦合既促進(jìn)了電化學(xué)腐蝕過程和點蝕坑的發(fā)展，同時也有助于氫脆破壞，因而加速了7475鋁合金力學(xué)性能的退化過程。
　?。?）7A85鋁合金在最大交變應(yīng)力大于60%屈服強(qiáng)度條件下對3.5%NaCl水溶液的腐蝕疲勞（C

6、F）敏感性低，原因歸于鋁合金與腐蝕介質(zhì)接觸時間短，腐蝕因素不足以促進(jìn)疲勞裂紋的萌生。然而，當(dāng)最大交變應(yīng)力低至38%屈服強(qiáng)度時，7A85鋁合金具有較高的CF敏感性，原因是其對晶間腐蝕和氫脆敏感，且有交變載荷的協(xié)同作用。CF機(jī)理是交變載荷協(xié)同晶間腐蝕促進(jìn)疲勞裂紋萌生，交變載荷協(xié)同氫脆促進(jìn)疲勞裂紋擴(kuò)展。
　　（4）合適強(qiáng)度和覆蓋率的噴丸強(qiáng)化處理能夠明顯降低2E12鋁合金的晶間腐蝕、剝蝕和應(yīng)力腐蝕敏感性，此歸于噴丸強(qiáng)化引入的表面殘余壓應(yīng)力

7、和造成的組織細(xì)化的有利因素起主導(dǎo)作用；然而，過高強(qiáng)度或覆蓋率的噴丸處理則會破壞2E12鋁合金的表面完整性，粗糙度增大和表面損傷等不利因素的作用占支配地位，此時2E12鋁合金的晶間腐蝕、剝蝕和應(yīng)力腐蝕反而會被加速。
　?。?）噴丸強(qiáng)化處理既能夠明顯改善7A85鋁合金的抗晶間腐蝕性能，同時也能夠提高7A85鋁合金的抗NaCl水溶液腐蝕疲勞性能，改善抗CF性能的效果與噴丸強(qiáng)度之間呈現(xiàn)出非單調(diào)變化規(guī)律。原因是在合適噴丸強(qiáng)度條件下噴丸引入的

8、表面殘余壓應(yīng)力有利因素對控制CF起主導(dǎo)作用，而噴丸造成的表面粗糙度增大和表面損傷等不利因素處于次要地位。
　?。?）MAO處理使7A85鋁合金在中性鹽霧和3.5%NaCl水溶液中的耐蝕性大幅度提高，然而卻不能保護(hù)7A85鋁合金在酸性NaCl水溶液中免遭腐蝕。經(jīng)Ce(NO3)3、K2Cr2O7和SiO2溶膠-凝膠分別封閉處理后，MAO膜的耐酸性NaCl水溶液腐蝕性能均得到改善，改善效果排序為SiO2溶膠-凝膠> K2Cr2O7> C

9、e(NO3)3，其中SiO2溶膠-凝膠封閉處理能基本根除腐蝕，原因歸于該封閉層致密、平整、結(jié)合強(qiáng)度高，有良好的物理隔離作用。
　　（7）MAO處理導(dǎo)致7A85鋁合金在3.5% NaCl水溶液中的CF抗力降低，原因歸于：MAO膜層韌性低、存在微孔及裂紋缺陷，膜基界面協(xié)調(diào)變形能力差；交變載荷引發(fā)裂紋貫穿MAO膜層，在鋁合金局部表面形成閉塞電池和大陰極（MAO膜層）-小陽極（暴露的鋁合金基材）腐蝕電偶，與交變載荷協(xié)同作用促進(jìn)CF裂紋萌生

10、和擴(kuò)展。7A85鋁合金SP后進(jìn)行MAO處理（SP+MAO），其CF壽命高于7A85鋁合金基材，原因歸于SP在鋁合金表面引入數(shù)值較大、分布較深的殘余壓應(yīng)力，同時造成鋁合金表層組織細(xì)化，有效抑制了基材CF裂紋萌生和早期擴(kuò)展。對噴丸處理后的7A85鋁合金進(jìn)行機(jī)械拋光，而后進(jìn)行MAO處理，能使CF壽命高于SP+MAO狀態(tài)，原因歸于拋光處理減輕了丸坑和MAO膜層局部向內(nèi)過度生長疊加造成的等效缺口效應(yīng)。
　?。?）丙烯酸陽極電泳漆封閉處理能夠