不同取向7020鋁合金試樣的晶間腐蝕機(jī)理研究

王 操，張 東，張麗麗，苗承義，王麗萍

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽(yáng)111003）

0 前言

近年來(lái)，隨著輕量化材料概念的提出與推廣，7×××系合金成為鋁合金中具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐蝕性的典型合金之一[1]。而7020鋁合金作為7×××系鋁合金中最具有典型代表性的可熱處理強(qiáng)化中強(qiáng)鋁合金，因其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、金屬成形性強(qiáng)及可焊接等優(yōu)異性能而被廣泛用于航空航天、軌道交通等領(lǐng)域[2]。

隨著7×××系合金的廣泛應(yīng)用，其不僅須滿足較高強(qiáng)度的需要，還需要具有較高的抗腐蝕能力[3-4]。賀春林等總結(jié)了晶間腐蝕的研究進(jìn)展[5]。黃明初等研究了晶粒對(duì)7475鋁合金晶間腐蝕程度的影響，表明鋁合金抗腐蝕能力與晶粒電位差大小有關(guān)[6]。以上研究均是基于同一取向晶間腐蝕對(duì)材料組織的影響，而對(duì)于鋁合金擠壓型材不同取向晶間腐蝕能力的研究鮮有報(bào)道。

本文針對(duì)7020鋁合金擠壓板材試樣的不同取向，結(jié)合GB/T 7998-2005與HB 5257-83，系統(tǒng)研究了垂直擠壓方向與沿?cái)D壓方向兩種取向試樣的晶間腐蝕行為，并結(jié)合晶間腐蝕形貌，給出不同取向試樣的晶間腐蝕規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為10mm 厚的7020鋁合金擠壓板材，其熱處理狀態(tài)為T(mén)6，化學(xué)成分如表1所示。

表1 7020鋁合金擠壓板材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

晶間腐蝕試樣為25mm×25mm×10mm 的長(zhǎng)方體薄板，按GB/T 7998-2005中的預(yù)處理工藝處理后，再進(jìn)行6h的晶間腐蝕封樣處理。

晶間腐蝕試驗(yàn)根據(jù)GB/T 7998-2005進(jìn)行。試驗(yàn)前對(duì)試樣腐蝕面進(jìn)行預(yù)處理，步驟如下：先用乙醇擦凈無(wú)包鋁試樣表面油污，然后將其浸入氫氧化鈉溶液5min～15min。取出試樣，用水洗凈，再浸入硝酸溶液中，直至表面光潔。取出試樣，用水洗凈，放入烘干爐中烘干后用材料天平進(jìn)行稱重并記錄。將樣品垂直立于腐蝕溶液（腐蝕介質(zhì)為：57g NaCl+10mLH2O2+1LH2O）中浸泡，溶液體積與試樣表面積之比不少于5mL/cm2，溫度控制在（35±1）℃。在腐蝕1h、2h、3h、4h、5h、6h后的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行取樣稱重，分析其不同取向方向上的晶間腐蝕失重情況。將腐蝕6h、16h、24h時(shí)間點(diǎn)的樣品垂直檢測(cè)面方向一段切去5mm 后制備不同取向金相試樣，并在金相顯微鏡上觀測(cè)晶間腐蝕深度及晶間腐蝕形貌。根據(jù)HB 5257-83要求進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重量損失測(cè)定及腐蝕產(chǎn)物清除。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 晶間腐蝕深度形貌

經(jīng)過(guò)不同時(shí)間腐蝕后，試樣垂直于擠壓方向與沿?cái)D壓方向的組織晶間腐蝕深度形貌如圖1所示。從圖中可知，隨著腐蝕時(shí)間的增加，試樣晶間腐蝕深度加深，同時(shí)腐蝕趨于橫向擴(kuò)展；相同腐蝕時(shí)間下，試樣沿?cái)D壓方向的晶間腐蝕深度較垂直擠壓方向的更深，晶間腐蝕寬度也更窄。

對(duì)晶間腐蝕24h后的試樣進(jìn)行電化學(xué)腐蝕表面處理，觀察其晶粒晶間腐蝕情況，結(jié)果如圖2所示。沿?cái)D壓方向的腐蝕沿著細(xì)長(zhǎng)晶粒的晶界向材料內(nèi)部擴(kuò)展；垂直擠壓方向的腐蝕沿著晶界向周?chē)鷶U(kuò)展。分析可知，晶間腐蝕是沿著晶界擴(kuò)展，垂直擠壓方向的晶粒為細(xì)小等軸狀晶粒，腐蝕在擴(kuò)展到晶界交界處時(shí)會(huì)沿各向晶界分支擴(kuò)展。

2.2 晶間腐蝕失重動(dòng)力學(xué)

分別計(jì)算不同取向試樣經(jīng)不同時(shí)間晶間腐蝕后的失重情況，其結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)失重繪制失重?cái)M合曲線，如圖3所示。由圖3可知，沿?cái)D壓方向晶間腐蝕試樣失重略高于垂直擠壓方向晶間腐蝕試樣。結(jié)合晶間腐蝕深度形貌可知，沿?cái)D壓方向單位體積內(nèi)晶粒較多，更有利于晶間腐蝕發(fā)展；另一方面，沿?cái)D壓方向的晶界短小雜亂，晶粒之間堆疊較小，所以晶粒的晶界被完全腐蝕的可能性較大，即隨著晶間腐蝕的進(jìn)行，沿?cái)D壓方向出現(xiàn)晶間腐蝕的組織中會(huì)有較多的腐蝕產(chǎn)物脫落。

表2 不同取向晶間腐蝕失重

腐蝕數(shù)據(jù)常采用冪函數(shù)進(jìn)行擬合，圖3中的曲線擬合公式為W=a·tb，擬合參數(shù)如表3所示。式中W代表腐蝕失重，g；a、b為常數(shù)；t表示腐蝕時(shí)間，h。比較表中的相關(guān)系數(shù)R 值可知：曲線擬合程度很高，很好地表現(xiàn)了腐蝕失重隨腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律，常數(shù)a、b變化不大。

表3 腐蝕失重曲線擬合參數(shù)值

對(duì)腐蝕失重進(jìn)行計(jì)算，得到平均腐蝕速度曲線圖，見(jiàn)圖4。從圖中可知，不同取向晶間腐蝕走向非常接近，在0～1h 時(shí)間內(nèi)，晶間腐蝕速度非常大，主要是由于此期間腐蝕剛剛開(kāi)始，鋁合金基體完全暴露于腐蝕溶液中，所以腐蝕發(fā)展非常迅速。腐蝕速度在1h 達(dá)到最高峰，之后開(kāi)始下降。主要是因?yàn)樵?h 后材料點(diǎn)蝕達(dá)到飽和狀態(tài)，腐蝕產(chǎn)物開(kāi)始在表面堆積，鋁合金基體因?yàn)楦g產(chǎn)物的覆蓋和腐蝕溶液接觸面的減少，使得腐蝕速度開(kāi)始下降。腐蝕時(shí)間達(dá)到3h 時(shí)，由于腐蝕產(chǎn)物剝落，不同取向試樣的腐蝕速度有所提高，但總體上不同取向試樣的腐蝕速度是下降的。

3 分析與討論

材料在擠壓過(guò)程中沿?cái)D壓方向晶粒變形被拉長(zhǎng)，整個(gè)晶粒呈現(xiàn)長(zhǎng)條狀。垂直于擠壓方向晶粒呈等軸狀，晶粒也主要由細(xì)小的亞晶和粗大的再結(jié)晶晶粒組成。晶間腐蝕的產(chǎn)生主要是由于晶粒間的電位差使陽(yáng)極晶粒被腐蝕而形成，且沿著晶界擴(kuò)展。7020擠壓態(tài)鋁合金經(jīng)T6處理后，晶界處析出大量連續(xù)第二相，與晶粒內(nèi)部產(chǎn)生較大電位差，形成晶間腐蝕，沿?cái)D壓方向晶粒細(xì)長(zhǎng)，晶間腐蝕呈針狀向材料內(nèi)部進(jìn)行，腐蝕速度較快；垂直于擠壓方向晶粒多為等軸晶粒，晶間腐蝕多呈層狀向材料內(nèi)部腐蝕，腐蝕面積較大。

4 結(jié)論

（1）不同取向的晶間腐蝕均始于晶界處，沿晶界擴(kuò)展。

（2）由擠壓造成的形狀不均勻?qū)е虏煌∠虻脑嚇泳чg腐蝕情況存在較大差異，沿?cái)D壓方向試樣晶粒被拉長(zhǎng)，晶間腐蝕深度較大。

（3）晶間腐蝕失重研究表明，沿?cái)D壓方向腐蝕失重最大，有較多的腐蝕產(chǎn)物脫落。采用冪函數(shù)方法對(duì)不同取向晶間腐蝕試樣失重曲線進(jìn)行了擬合，得到了不同取向腐蝕失重隨時(shí)間變化的擬合方程。