稀土鈰Ce改性A7N01鋁合金耐腐蝕性能研究.pdf

1、本研究以A7N01鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)成分為基礎(chǔ)，通過自行設(shè)計(jì)合金元素的成分范圍以及梯度摻雜微量Ce元素的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)5種不同稀土含量的A7N01-T5鋁合金。對(duì)各合金的鑄態(tài)和擠壓棒材進(jìn)行顯微組織觀察、晶粒尺寸比較、析出相成分分析以及各項(xiàng)基本力學(xué)性能分析。通過剝落腐蝕、開路電位、動(dòng)電位極化以及交流阻抗等試驗(yàn)研究稀土鋁合金無應(yīng)力條件下的局部腐蝕行為。并采用電化學(xué)噪聲技術(shù)監(jiān)測(cè)稀土鋁合金C環(huán)應(yīng)力腐蝕的開裂過程。結(jié)果表明，Ce元素能明顯細(xì)化A7N01鋁

2、合金的晶粒大小，影響第二相的分布和形態(tài)，使鑄態(tài)晶粒尺寸由183.7μm細(xì)化至54.2μm，由于Ce元素在鋁合金中的固溶度小，偏聚在晶界處，形成一種含Ce的脆性結(jié)晶相，在軋制過程中被擠碎后沿著晶界零散分布，因其尺寸較大，易使晶格扭曲從而形成大量位錯(cuò)，阻礙晶界的運(yùn)動(dòng)，加大該處的過冷度，提升了晶粒的形核速率，同時(shí)在已成形的晶粒表面生成一層活性膜，阻礙晶粒的繼續(xù)長(zhǎng)大，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。但當(dāng)Ce元素加入過量時(shí)，使其首先在合金中形成大量的金屬

3、間化合物，降低了Ce元素在晶界處的偏聚量，減弱了這種成分過冷的作用，合金組織又開始逐漸粗化。而且該稀土結(jié)晶相是硬脆相，在塑性變形過程中作為裂紋源，引發(fā)裂紋生長(zhǎng)，嚴(yán)重的降低合金的韌性以及延伸率。所以未添加Ce元素的C1合金的基本力學(xué)性能均為最好，而添加0.3％ Ce元素的C4合金，因細(xì)晶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用使其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及硬度僅次于C1合金，但同時(shí)因?yàn)榫?nèi)析出相以及含Ce稀土相對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用，會(huì)使位錯(cuò)在這些相周圍塞積嚴(yán)重，使晶

4、內(nèi)存在大量的位錯(cuò)對(duì)和位錯(cuò)纏結(jié)，應(yīng)力集中較大，降低了其韌塑性，使C4合金的延伸率以及沖擊韌性都達(dá)到最小值。在A7N01鋁合金中，η相的電位比鋁基體的電位低，作為陽極發(fā)生溶解，腐蝕嚴(yán)重。適量Ce元素的添加，減少了晶界上η相的數(shù)量，晶界析出相變得更加粗化和斷續(xù)分布，不易形成連續(xù)的粗大鏈狀物，使合金的PFZ窄化，有效地阻止了腐蝕活性通道，降低了腐蝕的敏感性。且Ce元素極易與腐蝕液中的O2-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成致密的含Ce鈍化層，降低了Cl-對(duì)鋁合

5、金表面的點(diǎn)蝕破壞，能有效的阻止合金的進(jìn)一步腐蝕。同時(shí)Ce元素與H有較大的親和力，能大量的吸附以及溶解H，減輕H原子在缺陷處聚積，從而降低了SCC敏感性。而當(dāng)Ce元素添加過量時(shí)，形成的含Ce金屬間化合物缺失了Ce元素的保護(hù)性。適量Ce元素的添加能使剝蝕的等級(jí)從EC+級(jí)提高到PC級(jí)，開路電位從-0.9227V提高到-0.9003V，極化曲線腐蝕速率從0.940mm/a降低到0.235mm/a，點(diǎn)蝕電阻從4394Ω·cm2提高到16260Ω·

6、 cm2，有效的提高了稀土鋁合金無應(yīng)力條件下的耐腐蝕性能。電化學(xué)噪聲電位信號(hào)能準(zhǔn)確的表征試樣表面點(diǎn)蝕的發(fā)生、鈍化膜的修復(fù)以及裂紋的萌生和擴(kuò)展過程。時(shí)域譜分析表明C1、C5合金在NaCl-HCl溶液中浸泡62小時(shí)后開始出現(xiàn)規(guī)律的、等時(shí)間間距的噪聲峰，且隨著時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，這種規(guī)律的階躍變得更加明顯和規(guī)律，而PDS曲線上也開始對(duì)應(yīng)在高頻部分由閃爍噪聲轉(zhuǎn)變?yōu)榘自肼?，表明裂紋開始生長(zhǎng)并擴(kuò)展，而C2、C3、C4合金未出現(xiàn)這種階躍和白噪聲，同時(shí)結(jié)合