雜質元素Si對7050鋁合金抗剝落腐蝕和應力腐蝕開裂性能的影響研究.pdf

1、7000系超高強鋁合金因其高的強度、好的塑性以及良好的耐腐蝕性能,廣泛應用于航空領域,是民用及軍用飛機重要的結構材料。近年來得到了廣泛研究,但關于合金中雜質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制成雜質含量不同的一系列合金。先后經過熔鑄、均勻化退火、擠壓以及固溶時效等工藝,并通過剝落腐蝕實驗、極化曲線測試實驗、電導率測試、應力腐蝕實驗等實驗

2、手段,結合光學顯微鏡、體視顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析等分析設備,研究了Si元素含量對合金組織以及耐腐蝕性能的影響。
　　微觀組織觀測結果表明,7050鋁合金擠壓板材經固溶時效后的組織沿加工方向排列。晶內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。Si含量為0.094wt.％時,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,且尺寸細小。Si含量升高至0.134wt.%時,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相進一步減少,且形態(tài)更加細小彌散
　　電導率測試結果表明,Si元素含量越多,電導率越大。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,析出第二相的同時帶出了基體中固溶的其他原子,使得合金固溶度降低,電導率提高。
　　極化曲線測試結果表明,Si含量高的合金的自腐蝕電位也高,在熱力學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,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。結果表明,Si含量為0.094wt.%時,合金的耐蝕性很好;Si含量由

5、0.134wt.%增加到0.261wt.%時,一方面由此增加的第二相與基體電位差構成微電池,加速腐蝕。另一方面合金的自腐蝕電位升高,導致開始腐蝕的時間推遲,但之后腐蝕速度加快,仍具有較差的耐剝蝕性能。
　　應力腐蝕試驗結果表明,空氣中拉伸時,Si含量由0.094wt.%增加到0.261wt.%,合金的拉伸力學性能依次降低。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、強度。
　　當Si含量由0.094wt.%增加到0.134wt.%時產生的第二相強化和微裂紋作用相當,使得合金在空氣中慢應變速率拉伸性能相當,但是Si含量進一步增加到0.261wt.%時,含Si的粗大第二相容易引起應力集中,成為微裂紋的萌生點,降低材料的塑韌性,在拉伸曲線上表現(xiàn)為抗拉強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,具有最大的應力腐蝕敏感