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含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的均匀化和腐蚀行为研究

作　者: 肖艳苹
导　师: 潘清林
学　校: 中南大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 含Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化处理电化学阻抗谱腐蚀行为
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 36次
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内容摘要

采用活性熔剂保护熔炼,水冷铜模激冷铸造技术制备Al-8.1Zn-2.3Cu-2.05Mg-0.21Sc-0.12Zr合金铸锭。通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)、差热分析(DSC)和X射线衍射(XRD)等分析手段,研究合金均匀化处理前后合金相组成和化学成分的变化。合金经均匀化、热轧、中间退火、冷轧成2.2 mm厚的板材。研究合金板材在不同时效制度下的晶间腐蚀、剥落腐蚀和应力腐蚀行为,以及不同时效制度下合金板材电化学阻抗谱的变化规律。得出了以下主要结论：(1)铸态Al-8.1Zn-2.3Cu-2.05Mg-0.21Sc-0.12Zr合金的晶界偏析比较严重,经均匀化处理后,合金晶界变得细小稀疏,合金元素分布趋于均匀,T相(Al2Mg3Zn3)完全回溶到基体中。合金适宜的均匀化处理制度为470℃×24 h,与均匀化动力学分析结果相符。(2)含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金单级时效后的晶间腐蚀和剥落腐蚀敏感性顺序为：自然时效>欠时效>峰时效>过时效。对合金腐蚀发展过程的电化学阻抗谱进行等效电路拟合,拟合数据与实验结果一致。随着在EXCO溶液中浸泡时间的延长,极化电阻值增大,合金的抗电化学腐蚀性能增强。自然时效态合金的极化电阻(Rpo)值较人工时效态低,表明人工时效处理能提高合金抗应力腐蚀的能力,其中过时效态合金的抗腐蚀性能最好。(3)与T6峰时效处理相比,双级时效或回归再时效后合金的晶间腐蚀深度都较浅,剥落腐蚀等级较低。电化学阻抗谱分析表明,双级时效和回归再时效处理后,合金的孔隙电容值减小,极化电阻值增大,抗剥落腐蚀性能提高。(4)在3.5%NaCl溶液中,T6峰时效态合金对应变速率为1×10-6s-1的应力腐蚀最为敏感。T6峰时效态合金应力腐蚀断口呈沿晶腐蚀断裂形貌,应力腐蚀区为准解理形貌,晶界处韧窝小且浅,断口中也存在大量的沿晶裂纹和二次裂纹,而双级时效和回归再时效态合金二次裂纹较少,具有较强的抗应力腐蚀能力。(5)含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金抗应力腐蚀性能提高的主要原因是晶界析出相聚集粗化并呈断续分布。这种晶界结构一方面阻断了晶界的阳极溶解；另一方面粗大的晶界析出相成为氢原子的不可逆陷阱,降低了晶界的氢脆倾向。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章文献综述  9-31
  1.1 超高强铝合金的研究概况  9-12
    1.1.1 国外超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的研究与发展  9-11
    1.1.2 国内超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的研究与发展  11-12
  1.2 高强铝合金的合金化机理  12-16
    1.2.1 主合金元素  12-14
    1.2.2 微量元素  14-16
    1.2.3 杂质元素  16
  13 高强铝合金的热处理工艺  16-19
    1.3.1 均匀化  16-17
    1.3.2 固溶  17
    1.3.3 时效  17-19
  1.4 高强铝合金的腐蚀性能和电化学测试技术  19-25
    1.4.1 晶间腐蚀  19-21
    1.4.2 剥落腐蚀  21-22
    1.4.3 应力腐蚀  22-24
    1.4.4 电化学测试技术  24-25
  1.5 含Sc铝合金的研究与发展  25-29
    1.5.1 含Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金  25-26
    1.5.2 含Sc的Al-Mg合金  26-27
    1.5.3 含Sc的Al-Li合金  27-29
  1.6 本文的研究目的与主要内容  29-31
第二章实验材料和研究方法  31-37
  2.1 实验材料  31-33
    2.1.1 合金的成分设计和配料  31-32
    2.1.2 合金的熔炼与铸造  32
    2.1.3 铸锭均匀化  32
    2.1.4 轧制  32
    2.1.5 固溶处理  32
    2.1.6 时效处理  32-33
  2.2 腐蚀性能测试  33-34
    2.2.1 晶间腐蚀  33
    2.2.2 剥落腐蚀  33-34
    2.2.3 应力腐蚀  34
  2.3 电化学行为测试  34-35
    2.3.1 极化曲线测试  34-35
    2.3.2 交流阻抗谱(EIS)测试  35
  2.4 显微组织观察  35-37
    2.4.1 金相显微组织观察  35
    2.4.2 扫描电镜观察和能谱分析  35
    2.4.3 透射电镜样品制备和观察  35-37
第三章含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化处理  37-46
  3.1 合金铸态显微组织分析  37-39
  3.2 均匀化处理对合金显微组织的影响  39-43
    3.2.1 均匀化温度对合金显微组织的影响  39-40
    3.2.2 均匀化时间对合金显微组织的影响  40-42
    3.2.3 均匀化处理后合金的组织特征  42-43
  3.3 均匀化动力学分析  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀行为  46-62
  4.1 单级时效态合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀  46-54
    4.1.1 晶间腐蚀  46-47
    4.1.2 剥落腐蚀  47-48
    4.1.3 极化曲线  48-49
    4.1.4 电化学阻抗(EIS)分析  49-54
  4.2 双级时效和回归再时效(RRA)态合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀  54-58
    4.2.1 晶间腐蚀  54
    4.2.2 剥落腐蚀  54-55
    4.2.3 电化学阻抗(EIS)分析  55-58
  4.3 分析与讨论  58-60
    4.3.1 单级时效对合金腐蚀性能的影响  59-60
    4.3.2 双级时效和回归再时效对合金腐蚀性能的影响  60
  4.4 本章小结  60-62
第五章含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的应力腐蚀行为  62-75
  5.1 时效状态对合金应力腐蚀敏感性的影响  62-64
    5.1.1 时效状态对合金SCC敏感性指标的影响  62-63
    5.1.2 合金断口形貌特征  63-64
  5.2 应变速率对应力腐蚀敏感性的影响  64-70
    5.2.1 相对断裂能  64-65
    5.2.2 不同应变速率下的SSRT实验  65-70
  5.3 超高强铝合金在3.5%NaCl溶液中的SCC机理分析  70-74
    5.3.1 热处理对超高强铝合金SCC行为的影响  70-71
    5.3.2 应变速率对超高强铝合金SCC行为的影响  71-72
    5.3.3 SCC作用机理  72-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章结论  75-77
参考文献  77-85
致谢  85-86
附录  86

含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的均匀化和腐蚀行为研究

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