搅拌摩擦焊接6063铝合金焊缝腐蚀特性

摘要

采用小型搅拌摩擦焊接(FSW)机床对6063铝合金挤压板材进行焊接，根据国家标准GB/T22639-2008，在KNO3+NaCl+HNO3溶液中及慢应变速率拉伸(SSRT)试验机上，分别采用静态失重测试与剥落腐蚀测试法以及应力腐蚀(SCC)试验法对比性地研究了焊缝和母材的腐蚀性能，借助光学显微镜(OM)和显微硬度测试仪分别对试样的显微组织及焊缝的硬度分布规律进行了研究;采用电化学工作站分别测试了两者的极化曲线和阻抗谱;借助扫描电子显微镜(SEM)对断口形貌、剥落腐蚀表面形貌及第二相分布进行了分析，提出了造成两者腐蚀性能差异的本质原因。主要研究内容及结果如下:
　　 1.研究了FSW6063铝合金板材焊缝及母材的剥落腐蚀行为及特征差异，探明了焊缝抗剥落腐蚀性能优于母材抗剥落腐蚀性能的机制。母材明显发生“起层”及沿晶腐蚀现象，意味着发生了严重的晶间腐蚀，评定腐蚀等级为剥落腐蚀EA级;焊缝表面呈现均匀腐蚀形貌，但高倍下局部有点蚀现象，未发生明显剥落腐蚀，评定腐蚀等级为点蚀PA级。在热-力作用下，搅拌摩擦焊缝发生了剧塑性变形及动态再结晶行为而致使晶粒细化，位错密度下降，并且部分第二相发生固溶，从而抑制了剥落腐蚀的产生。
　　 2.探明了应变速率及介质对焊缝应力腐蚀性能的影响规律。在介质相同而应变速率不同时，高应变速率(0.33×10-5s-1)下的断裂时间明显低于低应变速率(1.0×10-6s-1)速率下的断裂时间，但断裂延伸率几乎相同;在应变速率相同但介质不同时，焊缝在空气中的断裂时间和在3.5％NaCl溶液中的断裂时间极为接近，但在空气中的延伸率和断裂强度略高;在1.0×10-6s-1和0.33×10-5s-1两种应变速率下，计算得出的应力腐蚀敏感指数分别为0.020和0.025，数值极低，意味着FSW6063铝合金焊缝的应力腐蚀敏感性较小。
　　 3.评价了6063铝合金焊缝及母材在剥落腐蚀溶液中的静态失重量及平均腐蚀速率，探讨了焊缝抗腐蚀性能优于母材抗腐蚀性能的原因。通过静态失重，计算出焊缝和母材的平均腐蚀速率分别为0.379g/(m2h)和2.186g/(m2h)，焊缝平均腐蚀速率仅为母材平均腐蚀速率的17％;焊缝区强烈的热输入，大部分Mg2Si相溶解，降低了形成腐蚀原电池的可能性;此外，焊缝区晶粒细化，使参与焊缝表面腐蚀反应的活性点降低;因此，相比于母材，焊缝的平均腐蚀速率降低。
　　 4.探明了6063铝合金焊缝及母材电化学阻抗谱和腐蚀电位的差异。焊缝及母材均存在高频的容抗弧，焊缝的容抗弧半径远大于母材的容抗弧半径，容抗弧半径大，表明膜电阻大，耐蚀性好;母材出现了明显的感抗弧，其受氯离子侵蚀的倾向性大;焊缝的自腐蚀电位为-666mV，较母材的-704mV向正向移动;焊缝的腐蚀电流密度0.281μAcm-2，远小于母材的2.668μAcm-2。
　　 5.分析了FSW焊缝及母材的显微组织特征，探明了6063铝合金焊缝腐蚀性能的改善机理。焊缝按组织特征分为典型的焊核区、热-力影响区、热影响区和轴肩作用区，整个焊缝区晶粒小于母材，尤其焊核区及轴肩作用区最为细小，这导致晶界与晶粒内部电阻不平衡的趋势降低，在一定程度上提高了焊缝的耐蚀性;焊缝区第二相明显少于母材，且分布更加均匀，使得该区形成微观腐蚀原电池的倾向性降低，这是焊缝腐蚀性能提高的主要原因。

目录

摘要

CONTENS

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 搅拌摩擦焊概述

1．2．1 搅拌摩擦焊原理及特点

1．2．2 搅拌摩擦焊研究现状

1．2．3 搅拌摩擦焊的应用

1．3 铝合金腐蚀行为研究概述

1．3．1 铝合金的腐蚀机理

1．3．2 铝合金常见腐蚀类型的研究现状

1．3．3 铝合金腐蚀的防护

1．4 6系铝合金概述

1．4．1 微量元素在6系铝合金中的作用

1．4．2 FSW6系铝合金研究现状

1．5 本论文的研究目的、研究内容及技术路线

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 主要研究内容

1．5．3 技术路线

1．6 本章小结

第二章 试验方案及过程

2．1 材料准备及实验装置

2．2 试样制备及试验方法

2．2．1 静态失重试验

2．2．2 剥落腐蚀试验

2．2．3 应力腐蚀试验

2．2．4 极化曲线测量试验

2．2．5 电化学阻抗谱

2．3 组织观察及性能分析

2．3．1 光学显微镜(OM)观察

2．3．2 扫描电镜(SEM)分析

2．3．3 维氏硬度试验

2．4 本章小结

第三章 FSW6063铝合金焊缝腐蚀特性

3．1 剥落腐蚀性能

3．1．1 剥落腐蚀等级评定

3．1．2 剥落腐蚀形貌

3．1．3 剥落腐蚀机理

3．2 应力腐蚀性能

3．2．1 SSRT曲线对比

3．2．2 断口形貌

3．2．3 SCC机理

3．3 腐蚀电位对比

3．4 电化学阻抗谱分析

3．5 静态失重分析

3．6 本章小结

第四章 FSW6063铝合金焊缝组织特征及耐蚀机理

4．1 FSW6063铝合金焊缝组织特征

4．2 焊缝显微硬度分布特征

4．3 焊缝耐蚀机理

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

声明

致谢