航空鋁合金激光沖擊微觀組織及其抗蝕性研究.pdf

1、鋁及鋁合金具有比強(qiáng)度高，塑性好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異，以及優(yōu)良的加工性能和耐蝕性能，已經(jīng)成為重要的航空材料。隨著鋁合金服役時(shí)間的增加，機(jī)體腐蝕成為嚴(yán)重制約飛機(jī)安全的因素之一。本文選取7075航空鋁合金作為研究材料。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間服役后發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的構(gòu)件的失效分析發(fā)現(xiàn)，在有氯離子存在的環(huán)境下，鋁合金飛機(jī)構(gòu)件的腐蝕具有點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等多種腐蝕形式。
　　 激光沖擊技術(shù)是近年來(lái)快速發(fā)展的一種材料表面改性技術(shù)。利用高峰值功率密度(大

2、于10W/cm)激光束沖擊工件表面，借助于高壓力峰值的應(yīng)力波（最大可達(dá)10GPa左右）使金屬表面產(chǎn)生形變強(qiáng)化，提高構(gòu)件表面強(qiáng)度和產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力。本文采用輸出波長(zhǎng)1064nm、脈沖寬度15ns、最大輸出能量12J、光斑直徑3mm的GAIA的高能固體激光器對(duì)7075航空鋁合金表面進(jìn)行了一次及多次沖擊，探索了航空鋁合金在激光沖擊強(qiáng)化下的微結(jié)構(gòu)演變，通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試，分析了其微結(jié)構(gòu)演變特征和強(qiáng)化機(jī)理，研究了強(qiáng)化后材料表面在氯離子環(huán)境下的腐

3、蝕行為。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明:7075鋁合金在激光沖擊作用下，隨著沖擊次數(shù)增多，位錯(cuò)數(shù)量急劇增加，由于析出相的釘扎作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，在晶粒內(nèi)觀察到密集的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。這些微結(jié)構(gòu)的演變是激光沖擊強(qiáng)化的主要強(qiáng)化機(jī)制。借助TEM透射電鏡及HRTEM像發(fā)現(xiàn)，在本實(shí)驗(yàn)所用激光沖擊能量條件下，在7075航空鋁合金表層得到一種非晶/納米晶復(fù)合表層，其深度可達(dá)100μm左右。復(fù)合表層的組織特征為多元非晶合金與彌散分布的直徑為2～3nm納米晶的混合

4、組織，具有高熵合金層的特點(diǎn)。利用HVS-1000型數(shù)字顯微硬度計(jì)測(cè)量激光沖擊后試樣的硬度，激光沖擊后材料的表層硬度略微下降或與基體持平，在激光沖擊區(qū)域的次表層，激光沖擊波體現(xiàn)為加工硬化作用，顯微硬度大約提升30HV。
　　 根據(jù)GB/T7988-2005T標(biāo)準(zhǔn)研究了激光沖擊強(qiáng)化對(duì)航空鋁合金抗晶間腐蝕的影響。采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了材料的腐蝕情況，并結(jié)合激光沖擊對(duì)材料表層微觀結(jié)構(gòu)的影響，研究了激光沖擊改善航空鋁合金抗晶間

5、腐蝕性能的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著激光沖擊次數(shù)增多，材料表面腐蝕產(chǎn)物和腐蝕坑數(shù)量都有所減少，相應(yīng)的其抗晶間腐蝕性能也較好。
　　 由于激光沖擊后材料的表層得到一種非晶/納米晶復(fù)合材料層，因此原本基體與η相等析出相構(gòu)成原電池而導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕得到抑制;由于激光沖擊強(qiáng)化材料表面析出相的細(xì)化，材料的抗點(diǎn)蝕性能有所改善;激光沖擊后材料表層產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力，增強(qiáng)了材料的抗應(yīng)力腐蝕性能。由于電化學(xué)腐蝕和點(diǎn)蝕都會(huì)導(dǎo)致航空鋁合金表層基體產(chǎn)生