【摘要】：為滿足航空工業(yè)發(fā)展的需求,近年來我國研發(fā)了一批新型鋁合金,其中包括疲勞性能優(yōu)異的2E12鋁合金,高強高韌的7475鋁合金,以及綜合性能良好且淬火敏感性低的7A85鋁合金等。然而,這些鋁合金在使用過程中難免遭受各類局部腐蝕和應(yīng)力作用下的腐蝕破壞,影響飛機的安全性、可靠性及服役壽命,目前對這些新材料腐蝕行為、機理的認(rèn)識尚不夠清晰,有效的腐蝕控制方法也還不夠明了,因此,開展這些新型鋁合金腐蝕行為與表面改性技術(shù)的研究十分重要。噴丸強化(SP)是提高鋁合金常規(guī)疲勞抗力的重要手段,但是有關(guān)SP對鋁合金局部腐蝕和應(yīng)力作用下的腐蝕行為影響的研究較少。微弧氧化(MAO)技術(shù)一般認(rèn)為比傳統(tǒng)陽極氧化技術(shù)有明顯優(yōu)勢,然而有關(guān)MAO處理對鋁合金局部腐蝕,尤其是對鋁合金腐蝕疲勞行為的研究則較少見報道,對內(nèi)在作用機制的認(rèn)識也不夠清楚。為此,本文以上述三種新型鋁合金為對象,以揭示新型鋁合金的腐蝕機理和提高其在腐蝕環(huán)境下的服役性能為目標(biāo),開展新型鋁合金的晶間腐蝕、剝離腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞行為的研究,探討噴丸強化、微弧氧化及其復(fù)合處理對新型鋁合金腐蝕行為的影響規(guī)律和作用機制,取得的主要結(jié)果如下:(1)研究發(fā)現(xiàn)2E12-T3和7A85-T7452鋁合金都對晶間腐蝕十分敏感,且2E12-T3合金晶間腐蝕敏感性更高,同時還具有很高的剝蝕敏感性,但7A85鋁合金的剝蝕敏感性較低。2E12鋁合金晶間腐蝕機理是晶界析出連續(xù)分布的陰極性θ相(CuAl_2),加速周圍貧銅區(qū)的溶解所致;7A85鋁合金晶間腐蝕機理是晶界析出的陽極性η相(MgZn_2)與無沉淀析出帶(PFZ)及晶粒構(gòu)成微電池,導(dǎo)致晶界選擇性腐蝕。2E12鋁合金薄板織構(gòu)現(xiàn)象突出,強度較低,且晶間腐蝕敏感性高,故剝蝕敏感性也很高。鍛造成型的7A85鋁合金厚板織構(gòu)現(xiàn)象較輕,強度較高,晶間腐蝕敏感性低于2E12鋁合金,故剝蝕敏感性較低。由于2E12鋁合金晶間腐蝕敏感性高,因而應(yīng)力腐蝕敏感性亦高,其應(yīng)力腐蝕開裂機理為陽極溶解主導(dǎo)。(2)在3%NaCl+0.5%H_2O_2溶液中預(yù)腐蝕導(dǎo)致7475-T761鋁合金力學(xué)性能的退化,預(yù)腐蝕對塑性指標(biāo)的影響比對強度指標(biāo)的影響更為顯著。電化學(xué)腐蝕溶解和氫脆對7475鋁合金力學(xué)性能的退化均具有貢獻(xiàn),點蝕坑的發(fā)展是主導(dǎo)因素。對7475鋁合金施加75%屈服強度拉應(yīng)力進行預(yù)腐蝕試驗,力學(xué)與化學(xué)效應(yīng)耦合既促進了電化學(xué)腐蝕過程和點蝕坑的發(fā)展,同時也有助于氫脆破壞,因而加速了7475鋁合金力學(xué)性能的退化過程。(3)7A85鋁合金在最大交變應(yīng)力大于60%屈服強度條件下對3.5%NaCl水溶液的腐蝕疲勞(CF)敏感性低,原因歸于鋁合金與腐蝕介質(zhì)接觸時間短,腐蝕因素不足以促進疲勞裂紋的萌生。然而,當(dāng)最大交變應(yīng)力低至38%屈服強度時,7A85鋁合金具有較高的CF敏感性,原因是其對晶間腐蝕和氫脆敏感,且有交變載荷的協(xié)同作用。CF機理是交變載荷協(xié)同晶間腐蝕促進疲勞裂紋萌生,交變載荷協(xié)同氫脆促進疲勞裂紋擴展。(4)合適強度和覆蓋率的噴丸強化處理能夠明顯降低2E12鋁合金的晶間腐蝕、剝蝕和應(yīng)力腐蝕敏感性,此歸于噴丸強化引入的表面殘余壓應(yīng)力和造成的組織細(xì)化的有利因素起主導(dǎo)作用;然而,過高強度或覆蓋率的噴丸處理則會破壞2E12鋁合金的表面完整性,粗糙度增大和表面損傷等不利因素的作用占支配地位,此時2E12鋁合金的晶間腐蝕、剝蝕和應(yīng)力腐蝕反而會被加速。(5)噴丸強化處理既能夠明顯改善7A85鋁合金的抗晶間腐蝕性能,同時也能夠提高7A85鋁合金的抗NaCl水溶液腐蝕疲勞性能,改善抗CF性能的效果與噴丸強度之間呈現(xiàn)出非單調(diào)變化規(guī)律。原因是在合適噴丸強度條件下噴丸引入的表面殘余壓應(yīng)力有利因素對控制CF起主導(dǎo)作用,而噴丸造成的表面粗糙度增大和表面損傷等不利因素處于次要地位。(6)MAO處理使7A85鋁合金在中性鹽霧和3.5%NaCl水溶液中的耐蝕性大幅度提高,然而卻不能保護7A85鋁合金在酸性NaCl水溶液中免遭腐蝕。經(jīng)Ce(NO3)3、K2Cr2O7和SiO_2溶膠-凝膠分別封閉處理后,MAO膜的耐酸性NaCl水溶液腐蝕性能均得到改善,改善效果排序為SiO_2溶膠-凝膠K_2Cr_2O_7Ce(NO_3)_3,其中SiO_2溶膠-凝膠封閉處理能基本根除腐蝕,原因歸于該封閉層致密、平整、結(jié)合強度高,有良好的物理隔離作用。(7)MAO處理導(dǎo)致7A85鋁合金在3.5%NaCl水溶液中的CF抗力降低,原因歸于:MAO膜層韌性低、存在微孔及裂紋缺陷,膜基界面協(xié)調(diào)變形能力差;交變載荷引發(fā)裂紋貫穿MAO膜層,在鋁合金局部表面形成閉塞電池和大陰極(MAO膜層)-小陽極(暴露的鋁合金基材)腐蝕電偶,與交變載荷協(xié)同作用促進CF裂紋萌生和擴展。7A85鋁合金SP后進行MAO處理(SP+MAO),其CF壽命高于7A85鋁合金基材,原因歸于SP在鋁合金表面引入數(shù)值較大、分布較深的殘余壓應(yīng)力,同時造成鋁合金表層組織細(xì)化,有效抑制了基材CF裂紋萌生和早期擴展。對噴丸處理后的7A85鋁合金進行機械拋光,而后進行MAO處理,能使CF壽命高于SP+MAO狀態(tài),原因歸于拋光處理減輕了丸坑和MAO膜層局部向內(nèi)過度生長疊加造成的等效缺口效應(yīng)。(8)丙烯酸陽極電泳漆封閉處理能夠顯著提高MAO處理的7A85鋁合金的CF抗力,較MAO處理試樣CF壽命提高254%,并超過7A85鋁合金基材CF壽命的2倍,原因歸于:丙烯酸陽極電泳漆有強烈吸附MAO膜層微孔和微裂紋缺陷的能力,同時自身良好的韌性提高了MAO膜層的表觀韌性。然而,SiO_2溶膠-凝膠封閉處理卻大幅度降低了MAO處理7A85鋁合金的CF抗力,此歸于凝膠層固有韌性較低。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG178

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2333868