2198铝锂合金阳极氧化/硅烷复合膜层制备及耐蚀性能研究
发布时间：2022-01-06 02:41
铝锂合金具有高比强度和比刚度,可作为航空航天领域最佳结构材料。但由于合金元素和杂质的存在,铝锂合金在铸态凝固和热机械加工过程中会产生非均匀组织,不同相之间易形成微观电偶联,导致合金发生局部腐蚀。为了改善铝锂合金在实际应用中的腐蚀问题,本文以2198-T851铝锂合金为研究对象,将阳极氧化技术和硅烷化技术相结合,在其表面制备阳极氧化/硅烷复合膜层。采用SEM、AFM、FTIR、XPS等表征方式探究膜层的结构形貌和化学组成,通过电化学测试和浸蚀实验分析膜层的耐蚀性能及腐蚀行为机理。首先,采用酒石酸-硫酸环保型溶液体系对2198-T851铝锂合金进行阳极氧化处理,研究阳极氧化电压对阳极氧化膜的生长行为、结构形貌及耐蚀性能的影响。研究表明,阳极氧化膜为多孔结构（孔径约为10nm）,表面存在孔洞缺陷,其成分主要有Al2O3、AlOOH和Al2（SO4）3。2198-T851铝锂合金的点蚀电位为-0.68V,阳极氧化样品未出现点蚀电位;阳极氧化样品（TSA样品）的腐蚀电位相比于基体的腐蚀电...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第三代铝锂合金的强化沉淀相[7]
1绪论3条件下（150℃/24h+180℃/12h），主要沉淀相为T1相、σ相和θ′相；在T8（6%预应变+135℃/60h）态合金中只能发现T1相。BoJiang等[28]将Al-Li-Cu合金在160℃温度下进行不同时间的时效处理，其微观组织演变如下：SSS→δ′，θ′，T1→θ′，T1，σ（Al5Cu6Mg2），直到时效处理104h后，σ相在基体中开始沉淀且数量随时间延长而增加，如图1.2所示。EvaGumbmann等[29]研究添加合金元素（Mg、Ag、Zn）对Al-Li-Cu合金第二相沉淀机制的影响。研究表明，Mg在位错处形成含有Mg和Cu的第二相，并促进T1相的析出；Ag和Zn的添加不会改变沉淀顺序，但它们存在于T1相中，Ag位于沉淀相/基体界面，Zn可能会取代T1相中的Cu的位置。图1.1第三代铝锂合金的强化沉淀相[7]。Fig.1.1Strengtheningprecipitatesin3rd-generationAl-Lialloys.图1.2Al-Li-Cu在160℃时效不同时间的暗场显微图[28]：（a）26h，（b）104h，（c）159h和（d）720h。Fig.1.2DarkfieldmicrographsoftheAl-Li-Cualloyagedat160°C:(a)26h,(b)104h,(c)159hand(d)720h.
重庆大学硕士学位论文41.2.3铝锂合金腐蚀行为铝锂合金除在少数介质（如碱溶液）中呈现全面腐蚀外，一般仅发生局部腐蚀，常见的腐蚀形态有，点腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀[30,31]。Y.Ma等[32]研究了AA2099-T83铝锂合金在3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为，表明具有较大Schmid因子的晶粒多倾向于发生局部腐蚀。此外，T1相优先在晶粒/亚晶界处沉积，其选择性溶解决定了局部腐蚀的萌生，图1.3所示为Y.Ma提出的局部腐蚀发展模型。ZhangX等[33]采用电子背散射衍射（EBSD）和TransmissionKikuchidiffraction（TKD）表征2A97-T3铝锂合金的腐蚀传播路径，发现局部腐蚀与晶粒结构和T1相的分布相关，局部腐蚀优先沿着再结晶晶粒和未再结晶晶粒的亚晶界边缘发生。与T1相的析出相比，晶界的存储能量在腐蚀传递过程中起决定性作用。UyimeDonatus等[34]使用浸渍法研究AA2198-T851铝锂合金的腐蚀行为，发现在0.1MNaCl溶液中浸泡1h后，该合金发生了严重的局部腐蚀，其腐蚀机理是晶内腐蚀，通过晶粒滑移带进行传播，类似于位错在滑移面上的运动，滑移带导致T1相颗粒的不均匀沉淀。Zhang等[35]研究沉淀相分布对2A97-T6铝铜锂合金在3.5wt.%NaCl溶液中腐蚀行为的影响，表明在薄板制造过程中，局部塑性应变的产生，导致在时效过程中晶粒内形成了致密的T1相沉淀带和无T1相沉淀带。致密沉淀带中T1相的优先溶解导致合金内部以腐蚀带的形式出现晶内腐蚀。此外，合金基体的溶解以晶体腐蚀坑的形式传播。图1.3AA2099-T83热力学性能与典型局部腐蚀的关系示意图[32]。Fig.1.3SchematicdiagramsshowingthecorrelationbetweenthermomechanicalofAA2099-T83alloyandtypicallocalisedcorrosiondevelopedinthealloy.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Different Aging Processes on the Microstructure and Mechanical Properties of a Novel Al–Cu–Li Alloy[J]. Hongying Li,Desheng Huang,Wei Kang,Jiaojiao Liu,Yangxun Ou,Dewang Li. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[2]Corrosion and Wear Resistance Characterization of Environmentally Friendly Sol-gel Hybrid Nanocomposite Coating on AA5083[J]. Hamed Rahimi,Reza Mozaffarinia,Akbar Hojjati Najafabadi. Journal of Materials Science & Technology. 2013(07)
[3]铝合金阳极氧化膜的封闭方法[J]. 周赟,宣天鹏,汪亮,张万利. 电镀与精饰. 2011(04)
[4]铈盐和硅烷改性阳极氧化LY12铝合金的耐蚀性能[J]. 张金涛,李春东,曹桂萍,胡吉明. 电镀与涂饰. 2010(12)
[5]铝及铝合金阳极氧化膜的封孔工艺研究进展[J]. 王雨顺,丁毅,马立群. 表面技术. 2010(04)
[6]金属表面硅烷化防护处理及其研究现状[J]. 刘倞,胡吉明,张鉴清,曹楚南. 中国腐蚀与防护学报. 2006(01)
[7]铝合金阳极氧化膜醋酸镍封闭方法耐蚀性研究[J]. 田连朋,左禹,赵景茂,熊金平,赵旭辉. 腐蚀与防护. 2006(02)
[8]Corrosion Protection Properties of Organofunctional Silanes ——An Overview[J]. W. J. van Ooij,M. Stacy,A. Seth,T. Mugada,J. Gandhi,P. Puomi. Tsinghua Science and Technology. 2005(06)
[9]硅烷偶联剂在防腐涂层金属预处理中的应用研究[J]. 王雪明,李爱菊,李国丽,管从胜. 材料科学与工程学报. 2005(01)
[10]铝阳极氧化膜封孔技术之进展[J]. 朱祖芳. 电镀与涂饰. 2000(03)
博士论文
[1]铝合金微弧氧化膜封闭处理及其耐蚀机理研究[D]. 窦宝捷.哈尔滨工程大学 2017
[2]多孔阳极氧化铝形成机理的研究[D]. 朱绪飞.南京理工大学 2007
本文编号：3571561
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第三代铝锂合金的强化沉淀相[7]
1绪论3条件下（150℃/24h+180℃/12h），主要沉淀相为T1相、σ相和θ′相；在T8（6%预应变+135℃/60h）态合金中只能发现T1相。BoJiang等[28]将Al-Li-Cu合金在160℃温度下进行不同时间的时效处理，其微观组织演变如下：SSS→δ′，θ′，T1→θ′，T1，σ（Al5Cu6Mg2），直到时效处理104h后，σ相在基体中开始沉淀且数量随时间延长而增加，如图1.2所示。EvaGumbmann等[29]研究添加合金元素（Mg、Ag、Zn）对Al-Li-Cu合金第二相沉淀机制的影响。研究表明，Mg在位错处形成含有Mg和Cu的第二相，并促进T1相的析出；Ag和Zn的添加不会改变沉淀顺序，但它们存在于T1相中，Ag位于沉淀相/基体界面，Zn可能会取代T1相中的Cu的位置。图1.1第三代铝锂合金的强化沉淀相[7]。Fig.1.1Strengtheningprecipitatesin3rd-generationAl-Lialloys.图1.2Al-Li-Cu在160℃时效不同时间的暗场显微图[28]：（a）26h，（b）104h，（c）159h和（d）720h。Fig.1.2DarkfieldmicrographsoftheAl-Li-Cualloyagedat160°C:(a)26h,(b)104h,(c)159hand(d)720h.
重庆大学硕士学位论文41.2.3铝锂合金腐蚀行为铝锂合金除在少数介质（如碱溶液）中呈现全面腐蚀外，一般仅发生局部腐蚀，常见的腐蚀形态有，点腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀[30,31]。Y.Ma等[32]研究了AA2099-T83铝锂合金在3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为，表明具有较大Schmid因子的晶粒多倾向于发生局部腐蚀。此外，T1相优先在晶粒/亚晶界处沉积，其选择性溶解决定了局部腐蚀的萌生，图1.3所示为Y.Ma提出的局部腐蚀发展模型。ZhangX等[33]采用电子背散射衍射（EBSD）和TransmissionKikuchidiffraction（TKD）表征2A97-T3铝锂合金的腐蚀传播路径，发现局部腐蚀与晶粒结构和T1相的分布相关，局部腐蚀优先沿着再结晶晶粒和未再结晶晶粒的亚晶界边缘发生。与T1相的析出相比，晶界的存储能量在腐蚀传递过程中起决定性作用。UyimeDonatus等[34]使用浸渍法研究AA2198-T851铝锂合金的腐蚀行为，发现在0.1MNaCl溶液中浸泡1h后，该合金发生了严重的局部腐蚀，其腐蚀机理是晶内腐蚀，通过晶粒滑移带进行传播，类似于位错在滑移面上的运动，滑移带导致T1相颗粒的不均匀沉淀。Zhang等[35]研究沉淀相分布对2A97-T6铝铜锂合金在3.5wt.%NaCl溶液中腐蚀行为的影响，表明在薄板制造过程中，局部塑性应变的产生，导致在时效过程中晶粒内形成了致密的T1相沉淀带和无T1相沉淀带。致密沉淀带中T1相的优先溶解导致合金内部以腐蚀带的形式出现晶内腐蚀。此外，合金基体的溶解以晶体腐蚀坑的形式传播。图1.3AA2099-T83热力学性能与典型局部腐蚀的关系示意图[32]。Fig.1.3SchematicdiagramsshowingthecorrelationbetweenthermomechanicalofAA2099-T83alloyandtypicallocalisedcorrosiondevelopedinthealloy.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Different Aging Processes on the Microstructure and Mechanical Properties of a Novel Al–Cu–Li Alloy[J]. Hongying Li,Desheng Huang,Wei Kang,Jiaojiao Liu,Yangxun Ou,Dewang Li. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[2]Corrosion and Wear Resistance Characterization of Environmentally Friendly Sol-gel Hybrid Nanocomposite Coating on AA5083[J]. Hamed Rahimi,Reza Mozaffarinia,Akbar Hojjati Najafabadi. Journal of Materials Science & Technology. 2013(07)
[3]铝合金阳极氧化膜的封闭方法[J]. 周赟,宣天鹏,汪亮,张万利. 电镀与精饰. 2011(04)
[4]铈盐和硅烷改性阳极氧化LY12铝合金的耐蚀性能[J]. 张金涛,李春东,曹桂萍,胡吉明. 电镀与涂饰. 2010(12)
[5]铝及铝合金阳极氧化膜的封孔工艺研究进展[J]. 王雨顺,丁毅,马立群. 表面技术. 2010(04)
[6]金属表面硅烷化防护处理及其研究现状[J]. 刘倞,胡吉明,张鉴清,曹楚南. 中国腐蚀与防护学报. 2006(01)
[7]铝合金阳极氧化膜醋酸镍封闭方法耐蚀性研究[J]. 田连朋,左禹,赵景茂,熊金平,赵旭辉. 腐蚀与防护. 2006(02)
[8]Corrosion Protection Properties of Organofunctional Silanes ——An Overview[J]. W. J. van Ooij,M. Stacy,A. Seth,T. Mugada,J. Gandhi,P. Puomi. Tsinghua Science and Technology. 2005(06)
[9]硅烷偶联剂在防腐涂层金属预处理中的应用研究[J]. 王雪明,李爱菊,李国丽,管从胜. 材料科学与工程学报. 2005(01)
[10]铝阳极氧化膜封孔技术之进展[J]. 朱祖芳. 电镀与涂饰. 2000(03)
博士论文
[1]铝合金微弧氧化膜封闭处理及其耐蚀机理研究[D]. 窦宝捷.哈尔滨工程大学 2017
[2]多孔阳极氧化铝形成机理的研究[D]. 朱绪飞.南京理工大学 2007
本文编号：3571561
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