超声表面滚压7B85铝合金的组织结构与性能研究

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铝合金由于其密度小、比强度高和比刚度好而广泛应用于航空航天、交通运输以及建筑材料等领域。然而多变、恶劣的服役环境,使铝合金的表面易被破坏,如裂纹、磨损和腐蚀等,致使铝合金的性能恶化,这将限制其使用范围。因此需要提升7B85铝合金的抗腐蚀性能和力学性能。本论文研究了超声表面滚压处理对7B85铝合金组织结构和力学性能的影响以及在3.5 wt.%Na Cl溶液中的抗腐蚀性能变化。主要研究内容和结果如下:(1)采用超声表面滚压处理对7B85铝合金进行表面纳米化处理,研究了超声表面滚压主要工艺参数对7B85铝合金表面性能的影响。结果表明,随着超声表面滚压中预压力或压下量的增加,合金表面的划痕逐渐减弱,合金的表面变得越来越光滑,表面粗糙度值减小,表面显微硬度增大;在预压力或压下量过大时,合金表面出现了一些细小的微裂纹。对于进给速度而言,在进给速度为50 mm/min到1200 mm/min范围内,合金表面光洁度变化不大,硬度值基本保持不变。考虑到加工效率,得到最优超声滚压工艺参数:压下量为0.2 mm、预压力为0.3 MPa和进给速度为1200 mm/min。(2)研究了超声表面滚压处理7B85铝合金的微观组织和力学性能。结果表明,超声表面滚压处理前7B85铝合金内部主要存在Al相、η析出相以及富Fe的Al2Cu(θ)或Al Cu相。滚压处理后,部分的η析出相溶解到铝基体中,同时表层出现大量的位错线和位错缠结以及合金表面产生微观应力。通过超声表面滚压处理后7B85铝合金表面实现了纳米化,纳米层厚度约为1.1μm,晶粒尺寸达到22.52 nm,7B85铝合金的表面硬度提升了60.96%,极限抗拉强度升高了13.2%,抗拉屈服强度提高了11.7%。这表明超声表面滚压处理增强了7B85铝合金的力学性能,这主要是由于位错线和位错缠结引起的位错强化作用、表层形成纳米层引起的细晶强化以及η析出相固溶于基体金属中造成的固溶强化作用。(3)超声表面滚压处理7B85铝合金在3.5 wt.%Na Cl溶液中进行常温浸泡实验和电化学腐蚀实验。经过超声表面滚压处理后,7B85铝合金的开路电位变高,电化学阻抗谱圆弧半径变大,腐蚀产物膜厚度变厚,膜电阻变大,H2的释放速率变慢,自腐蚀电位更高,而腐蚀电流密度更低。同时,常温浸泡实验显示超声表面滚压处理前后7B85铝合金表面均出现点蚀坑,这主要由于铝相与富铁铝铜相之间形成的原电池加速了铝在富铁铝铜颗粒周围的溶解。滚压处理后,表面腐蚀产物更致密、完整,表面的腐蚀产物是Al(OH)3和Al2O3,这表明在滚压后纳米晶引起的晶间腐蚀和内部存在残余应力引起的应力腐蚀能快速促进了铝合金表面钝化膜的形成,减缓点蚀坑的形成。常温浸泡实验和电化学腐蚀实验均表明超声表面滚压处理后7B85铝合金具有更好的抗腐蚀性能。
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