離子束處理鋁合金的腐蝕和疲勞性能.pdf

1、鋁合金的比強(qiáng)度高，在航空航天領(lǐng)域和其它工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但鋁合金的表面硬度低，耐點(diǎn)蝕性能差，因此，對(duì)鋁合金進(jìn)行表面改性處理，提高耐腐蝕和耐磨損性能，具有十分重要的意義。 與傳統(tǒng)的離子注入技術(shù)相比較，等離子增強(qiáng)離子束(plasma-enhancedionbeam)技術(shù)不但可以處理具有復(fù)雜幾何形狀的零件，而且將材料表面預(yù)處理/表面清潔和表面改性處理結(jié)合于單一步驟中，使得材料表面連續(xù)經(jīng)歷預(yù)處理(包括加熱、除氣、清潔)、快速加熱

2、熔化和冷卻等過程，工藝簡單，成本低廉。該技術(shù)不同于傳統(tǒng)的離子注入，離子束轟擊材料表面是用于沉積能量，而不改變材料的化學(xué)成分，是一種極有發(fā)展前景的材料表面改性技術(shù)。 本論文采用等離子增強(qiáng)高能離子束，對(duì)2024Al和7075Al兩種常用的高強(qiáng)度鋁合金試樣進(jìn)行表面改性處理，并與未處理合金試樣進(jìn)行比較，觀察分析了離子束處理鋁合金的表面形貌特征與微觀結(jié)構(gòu)變化，測定了合金的強(qiáng)度性能和彎曲疲勞性能，對(duì)離子束與合金表面相互作用機(jī)理進(jìn)行了探討；分

3、析研究了離子束處理的2024鋁合金和7075鋁合金試樣在腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)行為，測定了合金的陽極極化曲線，確定其腐蝕電位和腐蝕電流密度；研究了離子束處理的2024鋁合金和7075鋁合金試樣在腐蝕介質(zhì)中的疲勞行為，重點(diǎn)研究了疲勞過程對(duì)合金電化學(xué)腐蝕性能的影響，預(yù)先腐蝕對(duì)合金疲勞性能的影響，離子束處理對(duì)合金腐蝕疲勞性能的影響，測定了合金試樣的腐蝕疲勞壽命，并對(duì)鋁合金腐蝕疲勞壽命的分析模型進(jìn)行了分析探討。 通過本論文的研究工作，得出以

4、下的結(jié)論：1、經(jīng)離子束處理后，鋁合金試樣的表面形態(tài)發(fā)生了明顯變化，形成了類似于錐形體(cones)、凹陷(depressions)、脊背(ridges)、溝壕(trenches)、小丘(blisters)和環(huán)形坑(craters)等形狀的表面形貌特征。 2、離子束處理使試樣表面發(fā)生熔化和急冷現(xiàn)象，在本研究中，Al合金試樣發(fā)生表面熔化所需的最低能量密度為1.2-1.6J/cm2，相應(yīng)的離子束能量為200KeV，電流密度為60-80

5、A/cm2，脈沖持續(xù)時(shí)間為100納秒(10-9s)。 3、離子束處理對(duì)2024和7075鋁合金試樣的強(qiáng)度、延伸率、彎曲疲勞性能沒有明顯影響。 4、離子束處理使鋁合金試樣的耐腐蝕性能得到明顯改善，離子束處理試樣的腐蝕電流密度比未處理試樣的要低得多。根據(jù)由腐蝕電流密度計(jì)算的各試樣的相對(duì)腐蝕率數(shù)值，與未處理試樣比較，離子束處理的2024鋁合金試樣的耐腐蝕性能提高了56％-89％，7075鋁合金試樣的耐腐蝕性能提高了55％-78

6、％。 5、預(yù)先對(duì)試樣進(jìn)行的疲勞試驗(yàn)將使陽極電流密度增大，包括經(jīng)離子束處理的試樣和未經(jīng)處理的試樣，但經(jīng)離子束處理試樣的陽極電流密度明顯低于未經(jīng)處理試樣的陽極電流密度。 6、預(yù)先進(jìn)行的浸泡腐蝕顯著降低了試樣的疲勞壽命，并使經(jīng)離子束處理的試樣和未經(jīng)處理的試樣的疲勞性能發(fā)生了明顯的差別。與未經(jīng)預(yù)先腐蝕的試樣相比較，預(yù)先腐蝕使經(jīng)過離子束處理的試樣的疲勞壽命降低了30-40％，使未經(jīng)處理的試樣的疲勞壽命降低了大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

7、 7、與在大氣環(huán)境下得到的試樣疲勞性能相比較，試樣的腐蝕疲勞性能顯著降低，甚至低于在預(yù)先腐蝕條件下得到的試樣的疲勞壽命。對(duì)于2024鋁合金，離子束處理試樣的腐蝕疲勞極限為116MPa，僅為大氣環(huán)境下試樣疲勞極限的46.4％。而未經(jīng)離子束處理的試樣的腐蝕疲勞極限值將低于90MPa。對(duì)于7075鋁合金，離子束處理試樣的腐蝕疲勞極限為146MPa，與大氣環(huán)境下試樣的疲勞極限比較，降低了51.3％。而未經(jīng)離子束處理的試樣的腐蝕疲勞極限值將低于1

8、30MPa。 8、腐蝕疲勞壽命試驗(yàn)表明，在一定的腐蝕介質(zhì)環(huán)境中和一定的疲勞載荷情況下，腐蝕疲勞過程分為兩個(gè)階段，第一階段即為腐蝕疲勞裂紋的形成階段，試樣陽極電流密度隨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加保持不變，腐蝕疲勞裂紋的形成是在腐蝕介質(zhì)和疲勞應(yīng)力共同作用下發(fā)生局部腐蝕損傷的結(jié)果。腐蝕疲勞裂紋的形成壽命可以近似地表示為臨界應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Nc。第二階段即為腐蝕疲勞裂紋的擴(kuò)展階段，試樣的陽極電流密度隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而顯著增大，腐蝕疲勞裂紋的擴(kuò)