Al-Mg-Si-Cu系鋁合金晶間腐蝕

晶間腐蝕是--種由組織電化學(xué)不均勻性引起的局部腐蝕。晶間腐蝕破壞了晶粒間的結(jié)合力，使合金力學(xué)性能急劇下降，是鋁合金最危險(xiǎn)的腐蝕破壞形式之一。晶間腐蝕是由于沿晶界產(chǎn)生連續(xù)的析出相，而晶界區(qū)域與晶粒間又存在電位差所引起的。析出相相對(duì)于基體，可以是陽極，也可以是陰極"。--般來說，當(dāng)Al-Mg--Si系鋁合金中.Mg/Si> 1.73時(shí)，時(shí)效時(shí)晶界只析出Mg2Si粒子，鋁合金基體與MgSi粒子電位接近，電偶腐蝕小，合金無晶間腐蝕傾向;當(dāng)Mg/Si< 1.73時(shí)，時(shí)效時(shí)晶界可同時(shí)析出MgSi及Si粒子，其耐蝕性下降，合金存在晶間腐蝕傾向。加人Cu后的Al-Mg -Si系合金，合金中的析出相種類有所增加，當(dāng)含銅量超過一定數(shù)值時(shí)，新的四元相Q相(ALCu,MgsSin)形成，Cu的加入會(huì)降低Al-Mg--Si合金的耐腐蝕性能”。

1、鋁合金晶間腐蝕機(jī)理簡述

目前，關(guān)于鋁合金的晶間腐蝕形成機(jī)理主要有以下三種理論":

(1)陽極性的晶界組成物(溶質(zhì)貧化區(qū)或沉.淀相)與基體的腐蝕電位差異形成電偶腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致晶間腐蝕。

(2)溶質(zhì)貧化區(qū)(SDZ) 晶格本體之間和破壞電位(breakdown potential)差異導(dǎo)致晶間腐蝕。

(3)晶界沉淀相的溶解形成侵蝕性更強(qiáng)的閉塞區(qū)環(huán)境(oceluded environment)，導(dǎo)致連續(xù)的晶間腐蝕。

發(fā)生晶間腐蝕需同時(shí)滿足3個(gè)條件": (1) 有腐蝕介質(zhì);(2)晶界上析出相和固溶體間的電位差大于100mV左右; (3) 晶界析出相連續(xù)分布。對(duì)于沉淀硬化型鋁合金，晶界析出相的尺寸和分布取決于淬火和人工時(shí)效條件。因此，為減少或抑制晶間腐蝕，應(yīng)避免析出相在晶界上連續(xù)分布。

除上述三種主要理論外，還有一種晶間腐蝕理論考慮了晶界處的局部應(yīng)力，它是通過二次相形核而產(chǎn)生。于是，在緊鄰二次析出相處的扭曲晶格位置，優(yōu)先發(fā)生了局部腐蝕。也可認(rèn)為，應(yīng)力和應(yīng)變會(huì)引起晶界原子更加無序，結(jié)果導(dǎo)致陽極溶解的驅(qū)動(dòng)力變大。但是，晶界處的微應(yīng)力或微應(yīng)變可能只對(duì)晶間腐蝕起次要作用，可能僅引起擴(kuò)散通道增加。

2、Al-Mg-Si--Cu系合金晶間腐蝕特點(diǎn)

Al-Mg- -Si-Cu系合金具有低密度、中等強(qiáng)度、良好的成型性、焊接性和低應(yīng)力腐蝕敏感性等優(yōu)點(diǎn)，在航天航空領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，如6013、6056、1370及 6069等合金15-7。Al-Mg- -Si-Cu 系合金是熱處理可強(qiáng)化合金。時(shí)效硬化型鋁合金的強(qiáng)度主要取決于晶內(nèi)析出相的性質(zhì)、形貌及數(shù)量。要使合金獲得較高強(qiáng)度，要求晶內(nèi)析出數(shù)量多而與基體存在較大的共格畸變析出相，從而對(duì)位錯(cuò)滑移產(chǎn)生高的阻力”。大量研究結(jié)果表明，6x x x合金在單級(jí)峰時(shí)效狀態(tài)下晶內(nèi)析出大量細(xì)小彌散的針狀相β"，使合金達(dá)到最大強(qiáng)度。

Svenningsen等人"就熱處理工藝對(duì)含Cu的6xxx鋁合金晶間腐蝕的影響做了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)晶界.上Q相和β相的形成可能導(dǎo)致晶間腐蝕。另外還發(fā)現(xiàn)在晶界附近有富Cu薄膜的存在，這使得銅膜與周圍的貧Cu區(qū)構(gòu)成腐蝕微電池，隨時(shí)效時(shí)間的延長，晶界Cu薄膜粗化而變的不連續(xù)，使抗晶間腐蝕能力提高。但這使得晶界上析出相粗化，最終導(dǎo)致過時(shí)效時(shí)出現(xiàn)尺寸較大的點(diǎn)蝕。但是如果把合金中Cu的質(zhì)量百分比將到0.1%以下，鋁合金晶間腐蝕可能得到避免。

3、合金元素對(duì)晶間腐蝕性能的影響

Al-Mg- Si-Cu系鋁合金的主要合金元素為Mg和Si，并添加有少量的Cu，此外還有微量及雜質(zhì)元素如Cr、Mn、Ti、Fe和Sn等。不同的合金元素對(duì)鋁合金的腐蝕電位影響不同，對(duì)AI-Mg -Si-Cu合金來說，Mg元素會(huì)降低合金的腐蝕電位，而Si和Cu元素會(huì)使合金的腐蝕電位升高。而且，如果熱處理過程造成合金元素不均勻分布，Al-Mg -Si-Cu合金會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕傾向，T6態(tài)的Al-Mg- -Si- -Cu合金有嚴(yán)重的晶間腐蝕敏感性。

4、結(jié)束語

Al-Mg- .Si- -Cu系鋁合金具有比Al-Mg -Si系鋁合金更優(yōu)異的力學(xué)性能，在航天航空、交通運(yùn)輸、3C電子鋁材等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。由于少量Cu的添加，合金的晶間腐蝕敏感性顯著增大，降低合金晶間腐蝕傾向，充分挖掘Al-Mg- -Si- -Cu系鋁合金的潛能，是目前研究的熱點(diǎn)之一。優(yōu)化合金元素含量，分析各個(gè)合金元素在熱處理過程中的相互作用及其對(duì)合金強(qiáng)化作用的影響，研究Mg、Si原子比和Cu含量的最佳組合，合理控制合金中Mn、Cr等過渡族元素的含量，采用微合金化方法，添加微量的Zr及稀土元素，消除或抑制合金晶間腐蝕;同時(shí)，結(jié)合三維原子探針、球差校正透射電鏡等先進(jìn)顯微表征技術(shù)，研究AI-Mg- -Si-Cu 系鋁合金時(shí)效過程中的析出相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，揭示析出相與合金力學(xué)性能、晶間腐蝕性能的本征關(guān)系,進(jìn)一步完善晶間腐蝕機(jī)理，為研究和開發(fā)新的均勻化熱處理、固溶時(shí)效及焊接工藝,提供理論依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用，是今后重要的研究方向。