雜質(zhì)元素Si對7050鋁合金抗剝落腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂性能的影響研究.pdf

1、7000系超高強(qiáng)鋁合金因其高的強(qiáng)度、好的塑性以及良好的耐腐蝕性能,廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域,是民用及軍用飛機(jī)重要的結(jié)構(gòu)材料。近年來得到了廣泛研究,但關(guān)于合金中雜質(zhì)元素對其耐腐蝕性的影響缺少系統(tǒng)性的研究。本文以7000系鋁合金中具有代表性的7050鋁合金為研究對象,通過在鑄造過程中添加不同含量的Si制成雜質(zhì)含量不同的一系列合金。先后經(jīng)過熔鑄、均勻化退火、擠壓以及固溶時(shí)效等工藝,并通過剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)、極化曲線測試實(shí)驗(yàn)、電導(dǎo)率測試、應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)

2、手段,結(jié)合光學(xué)顯微鏡、體視顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析等分析設(shè)備,研究了Si元素含量對合金組織以及耐腐蝕性能的影響。
　　微觀組織觀測結(jié)果表明,7050鋁合金擠壓板材經(jīng)固溶時(shí)效后的組織沿加工方向排列。晶內(nèi)彌散的第二相顆粒主要為 Al2CuMg相和Mg2Si相,形態(tài)為長條狀或針狀。第二相的含量、分布及形態(tài)等與Si元素的含量密切相關(guān)。Si含量為0.094wt.％時(shí),亮白色Al2CuMg相數(shù)量最多,尺寸較大,集中在40-70μm左右,形狀

3、不規(guī)則,多數(shù)沿軋制方向分布在晶界處;深灰色Mg2Si相含量極少,且尺寸細(xì)小。Si含量升高至0.134wt.%時(shí),Al2CuMg相含量有所減少,尺寸也有所減小, Mg2Si相有明顯增加;隨著Si含量繼續(xù)增加到0.261wt.%,Mg2Si含量和尺寸均有增加,呈現(xiàn)不規(guī)則顆粒狀分布在基體各處,Al2CuMg相進(jìn)一步減少,且形態(tài)更加細(xì)小彌散
　　電導(dǎo)率測試結(jié)果表明,Si元素含量越多,電導(dǎo)率越大。Si原子既增加了合金的固溶度,也使得合金的析

4、出相增多,但是以合金相的形式析出所占比例更大,析出第二相的同時(shí)帶出了基體中固溶的其他原子,使得合金固溶度降低,電導(dǎo)率提高。
　　極化曲線測試結(jié)果表明,Si含量高的合金的自腐蝕電位也高,在熱力學(xué)上提高了鋁合金的耐腐蝕性。主要是由于Si含量為最高的0.261wt.%時(shí),富Si相Mg2Si的量最多,且其電位較高所致。
　　比較了不同 Si含量的合金的抗剝蝕性能。結(jié)果表明,Si含量為0.094wt.%時(shí),合金的耐蝕性很好;Si含量由

5、0.134wt.%增加到0.261wt.%時(shí),一方面由此增加的第二相與基體電位差構(gòu)成微電池,加速腐蝕。另一方面合金的自腐蝕電位升高,導(dǎo)致開始腐蝕的時(shí)間推遲,但之后腐蝕速度加快,仍具有較差的耐剝蝕性能。
　　應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,空氣中拉伸時(shí),Si含量由0.094wt.%增加到0.261wt.%,合金的拉伸力學(xué)性能依次降低。這是由于第二相多分布于晶界處,與基體不共格,易成為應(yīng)力集中處,成為裂紋萌生的起源,因此在拉伸過程中會降低合金的

6、強(qiáng)度。
　　當(dāng)Si含量由0.094wt.%增加到0.134wt.%時(shí)產(chǎn)生的第二相強(qiáng)化和微裂紋作用相當(dāng),使得合金在空氣中慢應(yīng)變速率拉伸性能相當(dāng),但是Si含量進(jìn)一步增加到0.261wt.%時(shí),含Si的粗大第二相容易引起應(yīng)力集中,成為微裂紋的萌生點(diǎn),降低材料的塑韌性,在拉伸曲線上表現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度和伸長率都有所降低。Si含量低(0.094wt.%)的合金組織為S相的沿晶界連續(xù)分布,在腐蝕環(huán)境下的連續(xù)溶解造成了快速開裂,具有最大的應(yīng)力腐蝕敏感