不同热处理制度对2024铝合金剥落腐蚀敏感性的影响规律研究.docx

1、不同热处理制度对2024铝合金剥落腐蚀敏感性的影响规律研究摘 要本文测量了2024铝合金的时效硬化曲线，然后选取不同的处理态对2024铝合金试样进行了热处理。通过金相显微镜对2024铝合金试样的显微组织结构进行了观察。随后利用电化学工作站测量了各热处理制度下2024铝合金的极化曲线。利用饱和盐溶液模拟稳定的响度湿度，开展实验室剥蚀加速实验，并跟踪试样的宏观腐蚀形貌并绘制铝合金剥落腐蚀深度随时间变化的曲线。结果表明，该铝合金型材时效时间0h-12h之间为欠时效态、15h为峰值时效态、18h-49h之间为过时效态。随着人工时效时间的增加，铝合金的析出相也越来越多，且沉淀相尺寸逐渐增大。同时，时效处

2、理会影响2024铝合金的剥蚀性能，其中欠时效及固溶态的剥蚀敏感性比较高，峰值时效及过时效态的试样未发生剥蚀。关键词：2024铝合金；热处理；极化曲线；剥落腐蚀Study on the effect of different heat treatment systems on the corrosion sensitivity of 2024 aluminum alloyAbstractThe aging hardness curve of 2024 aluminum alloy was measured and plotted in this paper. Then 2024 aluminum

3、 alloy samples were heat treated with different treatment states. The inner structure of aluminum alloy was analyzed by microstructure observation; The polarization curves of 2024 aluminum alloy under various heat treatment conditions were measured by electrochemical workstation. Laboratory experime

4、nts on denudation acceleration were carried out using saturated salt solution to simulate stable humidity.And the macroscopic corrosion morphology of the sample was recorded and the curve of the peeling corrosion depth of aluminum alloy with time was drawn. The results show that the aging time betwe

5、en 0 and 12 hours is the under-aging state, 15 hours is the peak aging state, and 18-49 hours is the over-aging state. With the increase of artificial aging time, the precipitated phase of aluminum alloy is increasing and the size of precipitated phase is increasing. At the same time, aging treatmen

6、t will affect the denudation performance of 2024 aluminum alloy. Among them, the aluminum alloy with under aging state and solid solution state has high denudation sensitivity, and the aluminum alloy with peak aging and over aging state has no denudationKeywords：2024 aluminum alloy；heat treatment；po

7、larization curve；exfoliation corrosion 目 录第1章 绪论11.1 2024铝合金的简介11.2 2024铝合金腐蚀类型11.2.1 点腐蚀11.2.2 缝隙腐蚀11.2.3 电偶腐蚀11.2.4 应力腐蚀开裂11.2.5 晶间腐蚀21.3 2024铝合金的热处理工艺21.3.1 均匀化处理21.3.2 固溶处理21.3.3 时效处理31.4 2024铝合金的剥蚀加速实验类型41.4.1 周浸试验41.4.2 全浸试验41.4.3 盐雾试验41.4.4 挠度技术41.5 本课题研究内容5第2章 实验材料、设备及实验方法62.1 实验材料62.2 实验设备6

8、2.3 实验方法72.3.1 2024铝合金的热处理72.3.2 显微硬度及时效硬化曲线72.3.3 显微组织结构观察82.3.4 X射线衍射82.3.5 极化曲线的测量82.3.6 剥蚀加速试验9第3章 2024铝合金的热处理113.1 时效硬化曲线与2024铝合金的热处理113.2 显微组织结构分析123.2.1 金相显微结构123.2.2 XRD物相分析163.3 本章小结16第4章 2024铝合金抗剥落腐蚀性能研究184.1 腐蚀电化学实验184.1.1 腐蚀电化学曲线184.2 模拟海洋大气因素作用下的剥蚀加速试验194.2.1 恒电流极化对铝合金试样的影响194.2.2 稳定湿度下

9、剥蚀加速试验204.2.3 剥蚀表面腐蚀形貌214.2.4 剥蚀深度随时间变化曲线25第5章 结论27致 谢28参考文献29第1章 绪论第1章 绪论1.1 2024铝合金的简介铝在地球储存量很大，且分布较为广泛，是日常接触的金属之一。但由于纯铝强度很低，不能完全满足我们对材料的需求，因此需要在纯铝中加入一定量的其他金属元素来提高铝的各种性能。2024铝合金属于2XXX系列合金的一类，并且属于可热处理的硬铝合金，其比重低、耐蚀性好且高强度，是典型的性能结构优良的高强铝合金，在飞机制造和民用商品中的应用都及其广泛1-2。2024铝合金的耐热性优良，可以在高温环境中进行工作。值得一提的是热处理状态下

10、其成形性能优良，然而热处理过程中其要求也比一般金属加工要苛刻一些3-6。1.2 2024铝合金腐蚀类型1.2.1 点腐蚀点腐蚀又叫做孔蚀，是金属表面上发生的腐蚀然后从表面向金属内部扩展，经过腐蚀后造成孔状蚀坑的一种局部腐蚀状态，同时也是阳极反应的一种形式7-8。1.2.2 缝隙腐蚀当金属部件浸入电解质溶液内时，在金属与其他物质之间会产生一些缝隙，并且在缝隙之中有时会存在一些腐蚀介质促进金属与其他物质产生反应，从而使得内部腐蚀更加严重的现象统称为缝隙腐蚀，在人们日常用的部件中经常会出现缝隙，因此这种腐蚀也比较常见，其中如果缝隙中有溶液中带Cl-则发生缝隙腐蚀的概率更大5-7。1.2.3 电偶腐蚀

11、电偶腐蚀是指不同种类金属部件形成电接触会在内部产生腐蚀回路，使电位低的金属氧化并加速腐蚀破坏，也就是比金属单独存在时腐蚀速率更大9-11。1.2.4 应力腐蚀开裂金属在各种应力与腐蚀介质的共同作用下所产生的一种破坏，人们通常称其为SCC，它所造成的损伤很严重，有时会造成灾难性的事故。应力腐蚀会造成金属材料工作时的应力远小于许用的应力，在外观无明显预兆情下会发生断裂，严重减小了材料构件的安全性12-14。1.2.5 晶间腐蚀晶间腐蚀也属于金属局部腐蚀的范畴，是腐蚀沿着金属晶粒的边界，从外向内发展和扩张的一种腐蚀现象。主要是由于晶界处的颗粒与内部的成分有差异，在两者之间形成了化学反应引发了型材的小

12、区域腐蚀。由于其发生在晶界上，因此会使晶粒之间的作用力一定程度上减弱，力学性能遭到损坏，使得金属变得很脆，对金属材料造成严重的影响15-16。晶间腐蚀产生是由以下两个因素造成的：首先是内部因素，即金属或者合金的晶粒与晶界之间成分组成不同并且晶界中的结构也不同、合金元素固溶析出的特点、沉淀析出的过程等问题，使得电化学分布不均，从而让金属产生晶间腐蚀的倾向。然后是外部因素，由于腐蚀介质的存在使得金属内晶界与晶粒的电化学环境不同。目前晶间腐蚀机制的解释很多主要有以下几个理论被广泛接受：1.沿着晶粒边界处的沉淀相会比其他位置的沉淀相先溶解，之后在沿着晶界的位置留下了腐蚀孔；2.晶间溶质较少的地方比晶粒

13、本身的击穿电位高一些的，从而造成了选择性腐蚀；3.由于选择性腐蚀会在晶体内形成一个与外界隔离的环境，使得晶间腐蚀连续不断的发展32。铝合金的剥落腐蚀为特殊的晶间腐蚀，腐蚀沿着平行于铝合金轧制面的晶界横向发展，引起金属表面产生剥落和鼓泡，使得铝合金的力学性能很大程度降低，实用性减弱，对材料的危害非常大。由于热处理能改变其抗剥落腐蚀能力，因此试验中通过不同热处理工艺对铝合金剥落腐蚀的敏感性规律进行了研究。1.3 2024铝合金的热处理工艺1.3.1 均匀化处理铝合金在加热铸造后,为使金属间化合物减少，晶内的析出相偏聚及过饱和固溶体凝聚产生的内应力，将合金铸锭加热至指定的温度，然后使样品在一定温度下

14、保存后降至室温。这种处理方法能够有效的减少合金内部的不均匀物质分布，进而减少了晶内偏析与产生较大的化合物等对于合金性能有影响的现象17-18。1.3.2 固溶处理 2024铝合金内部有多种合金金属元素共同组成，在铝材中温度的改变能引起元素固溶度改变。室温下，在合金中会存在两个相即相与第二相。固溶处理需要加热到一定温度，目的是让相尽可能地溶入铝材中，保持温度一定量的时间，会得到单相的固溶体。当温度降低时相的溶解度会降低，使得相从铝基体中析出，使剩下的合金成为过饱和固溶体17。如果温度的降低速率很快，溶质分开扩散时所受的外界阻力会突然变大，此时相还没有形成核，表示留下的溶质不能与相同一时间内析出合

15、金，所以此时所获得的固溶体只有一个相，这称为淬火处理。在这个过程中铝基体内部形成大量的空穴和过饱和溶质，会阻碍铝基体内部原子的位错从而加强了铝合金的强度31。1.3.3 时效处理通常时效处理分两种：一为人工时效二是自然时效。经过淬火处理后，在铝合金中有溶质会自主的向四周分散并发生分解，称之为脱溶倾向，文中所有研究的铝合金在室温下便可以产生这种倾向。通常情况下，自然时效会发生在淬火之后，但也存在一些合金会经过一定时间才能开始其自然时效3-6。本文对合金采取了人工时效热处理的方法。人工时效处理，即将合金置于某温度下对其进行恒温加热，其目的是为了促进过饱和固溶体中发生脱溶的速度，同时能够提高金属工艺处理效率并且减少了热处理需时。对2024铝合金来说，在人工时效之前会对铝合金进行固溶与淬火处理，这样铝合金的强度能一定程度上增强。上文提到固溶处理的作用是让合金元素尽可能融入到铝基体当中，使合金成为过饱和固溶体。而人工时效可以让合金中的过饱和的溶质原子扩散与脱溶同时也能让合金中的空位产生扩散，因而产生析出相，而析出相的生成会形成应力阻止铝基体的内部原子发生位错与迁移，最终会在宏观上使铝合金拥有更好的硬度与强度17。常见的铝合金人工时效有以下所示：1.