时效处理及表面磨削对7xxx系铝合金局部腐蚀行为的影响

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NaCl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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第1章 绪 论

1.1引言

1.2 7xxx系铝合金的时效析出行为

1.3微观组织对7xxx系铝合金局部腐蚀行为的影响

1.4强烈塑性变形对铝合金微观组织的影响

1.5表面变形层对铝合金局部腐蚀行为的影响

1.6本文选题意义及主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1研究思路

2.2试验材料

2.3试验研究方法

第3章 7xxx系铝合金的时效析出行为与相成分变化

3.1引言

3.2 7055和7N01铝合金的晶粒形貌及夹杂相

3.3 7055和7N01铝合金的时效硬化特性

3.4 7055和7N01铝合金的时效析出行为

3.5本章小结

第4章 时效处理对7xxx系铝合金点蚀及应力腐蚀性能的影响

4.1引言

4.2时效处理和合金元素Cu对7xxx系铝合金点蚀损伤的影响

4.3时效处理对7055铝合金应力腐蚀性能的影响

4.4分析与讨论

4.5本章小结

第5章 7xxx系铝合金表面磨削变形层的微观组织特征及演变

5.1引言

5.2铝合金表面磨削变形层微观组织特征

5.3 7055铝合金表面微观组织稳定性

5.4磨削程度对7055铝合金表面层微观组织的影响

5.5分析与讨论

5.6本章小结

第6章 表面磨削变形层对7xxx系铝合金腐蚀行为的影响

6.1引言

6.2表面层对各时效态7055铝合金腐蚀行为的影响

6.3表面层对各时效态7N01铝合金腐蚀行为的影响

6.4磨削程度对7055铝合金腐蚀行为的影响

6.5分析与讨论

6.6本章小结

结论

论文主要创新点

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢

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