杂质元素Si对7050铝合金抗剥落腐蚀和应力腐蚀开裂性能的影响研究

摘要

7000系超高强铝合金因其高的强度、好的塑性以及良好的耐腐蚀性能,广泛应用于航空领域,是民用及军用飞机重要的结构材料。近年来得到了广泛研究,但关于合金中杂质元素对其耐腐蚀性的影响缺少系统性的研究。本文以7000系铝合金中具有代表性的7050铝合金为研究对象,通过在铸造过程中添加不同含量的Si制成杂质含量不同的一系列合金。先后经过熔铸、均匀化退火、挤压以及固溶时效等工艺,并通过剥落腐蚀实验、极化曲线测试实验、电导率测试、应力腐蚀实验等实验手段,结合光学显微镜、体视显微镜、扫描电镜、能谱分析等分析设备,研究了Si元素含量对合金组织以及耐腐蚀性能的影响。
　　微观组织观测结果表明,7050铝合金挤压板材经固溶时效后的组织沿加工方向排列。晶内弥散的第二相颗粒主要为 Al2CuMg相和Mg2Si相,形态为长条状或针状。第二相的含量、分布及形态等与Si元素的含量密切相关。Si含量为0.094wt.％时,亮白色Al2CuMg相数量最多,尺寸较大,集中在40-70μm左右,形状不规则,多数沿轧制方向分布在晶界处;深灰色Mg2Si相含量极少,且尺寸细小。Si含量升高至0.134wt.%时,Al2CuMg相含量有所减少,尺寸也有所减小, Mg2Si相有明显增加;随着Si含量继续增加到0.261wt.%,Mg2Si含量和尺寸均有增加,呈现不规则颗粒状分布在基体各处,Al2CuMg相进一步减少,且形态更加细小弥散
　　电导率测试结果表明,Si元素含量越多,电导率越大。Si原子既增加了合金的固溶度,也使得合金的析出相增多,但是以合金相的形式析出所占比例更大,析出第二相的同时带出了基体中固溶的其他原子,使得合金固溶度降低,电导率提高。
　　极化曲线测试结果表明,Si含量高的合金的自腐蚀电位也高,在热力学上提高了铝合金的耐腐蚀性。主要是由于Si含量为最高的0.261wt.%时,富Si相Mg2Si的量最多,且其电位较高所致。
　　比较了不同 Si含量的合金的抗剥蚀性能。结果表明,Si含量为0.094wt.%时,合金的耐蚀性很好;Si含量由0.134wt.%增加到0.261wt.%时,一方面由此增加的第二相与基体电位差构成微电池,加速腐蚀。另一方面合金的自腐蚀电位升高,导致开始腐蚀的时间推迟,但之后腐蚀速度加快,仍具有较差的耐剥蚀性能。
　　应力腐蚀试验结果表明,空气中拉伸时,Si含量由0.094wt.%增加到0.261wt.%,合金的拉伸力学性能依次降低。这是由于第二相多分布于晶界处,与基体不共格,易成为应力集中处,成为裂纹萌生的起源,因此在拉伸过程中会降低合金的强度。
　　当Si含量由0.094wt.%增加到0.134wt.%时产生的第二相强化和微裂纹作用相当,使得合金在空气中慢应变速率拉伸性能相当,但是Si含量进一步增加到0.261wt.%时,含Si的粗大第二相容易引起应力集中,成为微裂纹的萌生点,降低材料的塑韧性,在拉伸曲线上表现为抗拉强度和伸长率都有所降低。Si含量低(0.094wt.%)的合金组织为S相的沿晶界连续分布,在腐蚀环境下的连续溶解造成了快速开裂,具有最大的应力腐蚀敏感性。随着Si含量的增加,S相变为不连续分布,阻碍了连续溶解的过程,合金的应力腐蚀敏感性降低。

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第一章 绪论

1.1高强铝合金

1.1.1国外超高强铝合金的发展状况

1.1.2国内超高强铝合金发展状况

1.2铝合金中杂质元素研究状况

1.2.1超高强铝合金中杂质元素的存在形式

1.2.2杂质元素（Fe、Si）对超高强铝合金性能的影响

1.3铝合金的腐蚀

1.3.1极化曲线

1.3.2剥落腐蚀

1.3.3电导率测试

1.3.4应力腐蚀

1.4本文研究意义与研究内容

第二章 实验方法

2.1合金成分设计

2.2制备工艺

2.2.1熔炼与铸造

2.2.2均匀化退火

2.2.3热挤压

2.2.4固溶与时效处理

2.3腐蚀实验方法

2.3.1剥落腐蚀的试验方法

2.3.2极化曲线测定方法

2.3.3应力腐蚀实验方法

2.3.4应力腐蚀敏感性评价方法

第三章 杂质元素含量变化对超高强铝合金组织的影响

3.1组织形貌观察

3.2本章小结

第四章 Si含量变化对7050铝合金耐蚀性的影响

4.1 Si含量变化对7050铝合金极化曲线的影响

4.2 Si含量变化对合金剥落腐蚀性能的影响

4.3 Si含量变化对合金电导率的影响

4.4 Si含量变化对合金应力腐蚀性能的影响

4.4.1空气中慢应变速率拉伸

4.4.2腐蚀环境下慢应变速率拉伸

第五章 结论

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文