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不同退火条件下7075铝合金的晶间腐蚀行为 作者Amjad Saleh El-Amoush 摘要 用电化学手段，研究7075铝合金在不同退火条件下，产生不同尺寸晶粒而对晶间腐蚀行为的影响。大尺寸晶粒的铝合金在0.5M NaCl溶液中表现了较低的击穿电位，击穿电位随晶粒尺寸增大而降低。对裸露试样恒电位极化测试的显微观察显示了粗大的晶粒促进晶间裂纹扩展。 关键词 腐蚀，退火，动电位扫描，扫描电镜。 1. 简介 高强度铝合金，例如7075铝合金，广泛用作航空航天结构材料。然而，这些合金易在不同氯化物环境中产生局部腐蚀。例如：点蚀，形成裂纹，晶间腐蚀及脱蚀。该合金常有如下腐蚀原因，1.冶金学因素：热处理，化学成分，材料缺陷（空位，间隙原子，沉淀物，裂纹边界）等等。2.环境因素常有温度，湿度，pH值，电解质类型及暴露时间等等。除此之外，高强度铝合金通常在轧制和挤压条件下使用，因此，它的沿加工方向各向异性，从而腐蚀动力学也将各向异性，如果呈晶间裂纹形式。 大量高强度铝合金【1-8】腐蚀行为，尤其是铝合金在含氯水溶液中的局部腐蚀已经用不同实验手段研究过【9-13】。众所周知的是晶粒边界比晶粒内部更容易腐蚀，因为晶界处显微结构的不均匀性。有研究表明【14-16】，脱蚀的严重程度与晶粒的长宽比有关。晶粒尺寸及长宽比已证明是局部腐蚀生长动力学【17】的重要因素。Ramgopal等人的报告典型的铝合金晶界区域包含沉淀物和晶界旁边无沉淀物区域，它们与晶粒内部电化学行为不同。他们认为7075铝合金晶间腐蚀是由于mg的阳极溶解【18，19】。Maitra和 English【20】将7075铝合金晶间腐蚀归咎于Mg和Zn原子在边界区域脱溶富集。Zhijun和Frankl【21】发现欠时效与峰时效之前表现行为一样。在那些比产生稳定局部腐蚀电位低的电位时，它们表现出表层融解伴有瞬态电流峰值，并发现富Zn区域集中在表面。 晶间腐蚀由沉淀物和晶粒边界和基体构成原电池所引起。这些沉淀物由于成分的影响，其相对于基体可做阳极也可做阴极。一种情况是，惰性元素可能沉淀于晶界，形成一个电化学性能活泼的区域毗连于晶界。相反的，电化学活泼的合金元素可能沉淀于晶界附近，那么毗连于晶界的金属必须呈惰性【22】。 此篇研究之目的在于评估晶粒尺寸对7075铝合金腐蚀阻力的影响。 表 1 动电位扫描所测得7075铝合金成分. 元素 Zn Mg Cu Cr Fe Mn Al 百分比 5.3 2.4 1.35 0.18 0.23 0.03 Bal 2. 实验过程 本实验所用材料为T6状态挤压成型的直径为62mm的棒状商用7075铝合金。它的成分如表1所示：（表1）。经测量，该T6状态7075铝合金晶粒尺寸为18um棒是切片厚2mm直径10mm。试样在50%硝酸钾和50%硝酸钠的电化学卡包塑料中盐浴和415度退火2，4，6小时。所得试样晶粒尺寸分别为40um,130um,290um 。它的结构变化对于7075铝合金再结晶左右和腐蚀行为的影响在此研究中并未涉及。 试样用1200号砂纸打磨，在室温下，用40%磷酸60%水溶液的不锈钢阴极将之电位提高到1.5V。为获得可靠的测量数据，这些步骤至关重要。 阳极动电位极化实验用恒电位仪在0.5M NaCl蒸馏水溶液中进行。溶液ph值用0.0001盐酸溶液调至3.56.样品动电位极化从低于开路电位-300mv到高于击穿电位0.2mv。在起初的300秒内，晶粒尺寸分别为18um,40um,130um,290um.分别对应的开路电位为-885mv,-898mv,-940mv.在将击穿电位与开路电位分开，并获得清晰活性区域观察图的极化实验之前，溶液需经24小时除Ar。用Pt或饱和氯化亚汞做参比电极，该实验应在30度进行以确保不同晶粒尺寸的击穿电位。 击穿电位为阳极极化曲线的关键点，该处电流急剧上升。恒定电位极化也在不同的电位相对于击穿电位进行了测试。 合金的显微结构可由120kv电压下工作的透射电镜，用选区电子衍射法分析沉淀相。极化测试之后，用光学显微镜观察裸露的试样表面，确定损伤的类型。TEM是通过电解抛光机抛光装置中采用高氯酸进行制备箔。硬度测试用维氏硬度法以300g20s测量，每种试样均取三次测量平均值，且所有测试均在室温下进行。 3. 结果与讨论 3.1. 显微结构 T6状态下退火7075铝合金光学显微组织如图1所示：粗糙，密集的金属间粒子在样品表面清晰可见（图1.a）。相反，大晶粒试样表面观察的金属间粒子更纤细，且随晶粒尺寸增大而减小（图1b-