时效处理及表面磨削对7xxx系铝合金局部腐蚀行为的影响

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【摘要】：本文系统研究了时效处理及表面磨削对7xxx系铝合金局部腐蚀行为的影响。主要研究内容包括:运用扫描透射电镜和三维原子探针分析技术研究了7055铝合金单双级时效、回归再时效和非等温时效处理试样晶内析出相、晶界析出相以及基体合金元素含量的变化规律;通过ASTM B117盐雾腐蚀试验和慢应变速率拉伸试验,系统研究了基体、析出相成分及特征微观组织对各时效态7055和7N01铝合金点蚀和应力腐蚀性能的影响;运用聚焦离子束技术和扫描透射电镜,深入研究了表面磨削后7055和7N01铝合金表面微观组织特征及演变;通过原位观察系统和电化学极化曲线测试,系统研究了表面磨削变形层对各时效态7055和7N01铝合金腐蚀行为的影响。三维原子探针技术分析表明,7055铝合金四种典型状态试样η′/η析出相中的Zn、Mg、Cu含量按照以下顺序递增:峰时效T6态、H170、T77态、过时效T73态;铝基体中总的固溶合金元素含量按照以下顺序递减:H170、T6态、T77态、T73态。基体中Zn、Mg和Cu含量基本上分别按照上述顺序递减。能谱分析表明,7055铝合金在T6状态下晶界析出相η相中的Cu含量较低;双级时效、RRA及非等温时效处理试样中晶界析出相η相均具有较高的Cu含量。η′/η相中Cu含量随过时效程度和时效温度的提高而显著增加。ASTM B117盐雾暴露试验结果表明,各时效态7055铝合金的点蚀敏感性按以下次序递减:过时效态、欠时效态、峰时效态。由于沉淀相的析出和长大,7055铝合金的基体合金元素含量随时效进行而改变。因此,Al7Cu2Fe夹杂相与邻近基体之间的电偶腐蚀效应也发生相应改变,进而影响合金的点蚀敏感性。与7055铝合金相比,7N01铝合金的点蚀电位较低,但点蚀损伤不严重。对比表明,时效处理对7N01铝合金点蚀损伤行为的影响不大。这主要是由于Al3Fe夹杂相与邻近基体之间的电偶腐蚀效应较弱所致。慢应变速率拉伸试验结果和断口形貌分析表明,7055铝合金T6态试样的应力腐蚀敏感性较高,而过时效态试样具有较低的应力腐蚀敏感性;回归再时效、非等温时效处理试样同时具有高的强度和较低的应力腐蚀敏感性;其中降温时效至峰值硬度的试样在Na Cl溶液中的抗拉强度接近T6态试样,而延伸率接近T73态试样,具有良好的综合性能。晶界析出相η相中的Cu含量极大影响着应力腐蚀敏感性;直接降温时效处理试样的晶界析出相具有较高的Cu含量,因而具有较低的应力腐蚀敏感性。表面磨削在7055和7N01铝合金表面产生厚度为数百纳米、具有梯度组织的变形层。表面层由最表面约50 nm左右的近等轴亚晶过渡到沿着最终磨削方向拉长的亚晶,以及高密度位错组成。表面层内原有时效析出相被运动位错剪切、破碎并最终溶解;溶质元素偏聚在位错和亚晶界上。且Al2Cu相在7055合金最表面、表面层及邻近基体的亚/晶界上析出,并在室温下发生长大、粗化。原位观察系统和极化曲线测试结果表明,7055铝合金T6态试样在三个电位上电流迅速增加。其中,第一击穿电位是由表面层的瞬时溶解腐蚀引起的;第二个电位主要是由基体的缝隙腐蚀所致,不是真正的击穿电位;第二个击穿电位是表面层下合金基体的点蚀电位。7N01铝合金T73态试样呈现两个击穿电位,其意义与7055铝合金T6态试样相似。7055铝合金T73态试样和7N01铝合金T6态试样仅有一个击穿电位,且不发生表面层优先溶解腐蚀。表面层中Zn元素在位错和亚晶界上偏聚导致表面层较基体更易发生腐蚀;而合金基体中Zn、Cu含量决定基体的击穿电位;两者共同影响着表面层与基体之间腐蚀敏感性差异,从而影响表面层的优先溶解腐蚀。进一步地,表面磨削到320号砂纸的7055合金T77态试样具有两个击穿电位,而磨削到400号砂纸的试样仅有一个击穿电位,但两者均发生表面层优先溶解腐蚀;而磨削到1200号砂纸的试样则仅有一个击穿电位,且不发生表面层优先溶解腐蚀。与光滑表面相比,粗糙表面具有更厚的表面层,更多的析出相破碎以及更多的Zn元素富集在亚晶界上,导致表面层腐蚀敏感性增加,进而改变表面层与基体之间的腐蚀敏感性差异,最终影响合金的击穿行为。

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