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时效工艺对7A52铝合金晶间腐蚀和剥蚀行为的影响


第38卷第4期 2007年8月

中南大学学报(自然科学版)
J.Cent.South

Vol 38 Aug

No.4 2007

Univ,(Science

and

Technology)

时效工艺对7A52铝合金晶间腐

蚀和剥蚀行为的影响
尹志民1,方家芳‘,黄继武1,聂波1,2,单长智2,郭加林1,王琳

(1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;

2.东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨,150060)
摘要:采用恒温浸泡方法、极化曲线测量、金相和透射电镜技术研究不同时效温度和不同时效时间处理7A52

铝合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀行为。研究结果表明:7A52铝合金的晶问腐蚀和剥落腐蚀敏感性随着时效温度的
升高和时效时间的增加而减小;腐蚀敏感性随着时效温度的变化由大到小的顺序为:自然时效,100*C/24h(欠时 效),120"C/24h(峰时效),150℃,24 h(过时效);在120℃时效条件下,腐蚀敏感性随时效时间的变化由大到小 的顺序为:120*C/16 h(欠时效),120*C/24 t《峰时效),120"C/60 h(过时效);合金的腐蚀敏感性与晶界析Ⅲ相

(MgZn2)和无沉淀析出带(PFz)的特征有关;晶界析出相呈链状分布时台金腐蚀敏感性大,晶界析出相尺寸越大,
分布越不连续,PFZ越宽,台金腐蚀敏感性越小。 关键词:7A52铝合金;时效;晶间腐蚀;剥落腐蚀;极化曲线 中图分类号:TGl74.3 文献标识码:A 文章编号:1672.7207(2007)04_0617—06

Effects of aging treatment on intercrystalHne corrosion and exfoliation corrosion behavior of 7A52 aluminum alloy
YIN Zhi-mtnl,FANG Jiaffang!,HUANa

Ji-wuI,N砸Bo!'2,SHAN

Chang-zhi2,GUO

Jia-linl,WANG

Lin

(1 SehunlofMatcrialsScianeeandEngineering,CentralSouthUulversity,Changsha410083,China;
2 Northeast

LightAlloy Co.Ltd,Harbin 150060,China)

Abstract:The intercrystalline corrosion and cxfoliation corrosion properties of7A52 aluminum alloy were investigated
at

different aging temperatures and time using

constant

temperature immersion corrosion method,polarization

CUrVe

measure,optical

microscopy and lransmission electron microscopy.The results show that interclystalline corrosion and aluminum alloy decrease gradually with the increase of aging temperature and
to

exfolialion corrosion sensibility of 7A52

time.Corrosion sensibility order from high

low

at

different aging

tempemture is
at

as

follows:nalllre aging,100"(2/24

h(under aging).120'C/24 h(peak aging),150 0C124 h(ovcr aging)Aging
to

120℃,corrosion sensibility order from high

low is

as

follows:120*C/16 h(under aging),120*C124 h(peak aging),120'C/60 h(over agill酚Corrosion sensibility
related to the characteristics of

of alloy is

equilibrium phaSCS(MgZn2)and precipitated free zone(PFZ)at grain
have reticulate
or

boundaries"Mnerl grain-boundary equilibrium phases
aUoy is alloy

chain distribution,the corrosion sensibility of

high.On the connary,with the equilibrium phases discontinuous and PFZ widening,the corrosion sensibility of

decreases

Key

words:7A52

aluminum

alloy;aging;intercrysmllme corrosion;exfuliation corrosion;polarization

curve

收稿日期 基金项目 作者简介 通讯作者

2006-12

28 16ZD)

国家民口配套科研项目(MKPT-2004

尹志民(1946 k男,湖南湘乡人,教授,从事铝台金组织性能研究 黄继武,男,副教授:电话:0731—8836426;E.maih huangjw@mail csu.edu.cn

万   方数据

618

中南大学学报(自然科学版)

第38卷

AI-Zn.Mg系合金具有高的比强度、优良的可焊 性、较好的断裂韧性,是理想的地面装甲车辆、军工 设备、航空航天器用轻质焊接结构材料,但其应力腐 蚀敏感性和剥蚀倾向较大【l。】。该系合金中的中高强可 焊7A52铝合金主要作为炮架和装甲结构件,己广泛 用于兵器工业领域f2“。人们对7×××系列Al合金 应力腐蚀敏感性的研究较多o“】,刘继华等”卅研究了 该系列A1台金的应力腐蚀开裂机理和影响应力腐蚀 开裂行为的因素;李红英等“研究了该系列合金不同 热处理工艺对抗应力腐蚀性能的影响,指出时效温度 是其主要影响因素。黄兰萍等【11认为从合金化角度和 热处理工艺2方面出发,调整主元素zn和Mg含量及 添加对合金抗应力腐蚀性能有益的微量元素,控制晶 界析出相尺寸和分布的连续性,可提高铝合金的抗应 力腐蚀性能。目前,人们对晶间腐蚀敏感性和剥落腐 蚀倾向的研究报道很少,在此,本文作者研究7A52 铝合金的晶间腐蚀和剥蚀行为。
Table 2

表2

7A52合金板材的时效时效处理工艺

Differentagingtrealanentconditions of7A52 alloy

样品 0号 1号 2号 3号 4号 5号

时效制度 自然时效(NA)
100"C/24 120"C116

h时效

b欠时效(UA)

120'C/24 h峰时效(PA)

120。C/60h过时效(oA) 150"(2/24h时效

大小、形貌、分布等。 晶间腐蚀参照GB7998--2005,溶液为0.5
mol/L

NaCI和0 1 moUL HCl,余量为蒸馏水f或去离子水),

腐蚀介质体积与腐蚀面面积之比为10

mL:l

cm2,实
h,

验温度恒定为(35±21℃。将试样在溶液中浸渍24 取出后,于垂直材料主变形方向的一端切去约5

mrll,

其断面按金相试样制备方法磨制和抛光,不经浸

I实验
I.I材料 实验用7A52合金热轧板由东北轻合金有限责任 公司提供,合金名义成分如表1所示。 7A52合金的化学成分
w1%

蚀,于POLYVER-MET金相显微镜上放大200倍观 察腐蚀深度。 剥落腐蚀实验参照美国ASTM—G34—1979标准进 行,标准EXCO剥蚀溶液配比为NaCl4:0mol/L,KN03
0.5

mol/L和HN030.1 mol/L,余量为蒸馏水(或去离子

水),实验温度恒定为(25±2)℃,腐蚀介质体积与腐 蚀面面积之比为20
mL:1

cm2。将试样在溶液中浸渍

表1
Table 1

24h,在o ̄12h内不问断观察评定等级,并用金相品 微镜进行照相记录。24 h后将样品取出在潮湿状态时 直接检验试样并评定等级,然后用水冲洗试样,在30% 硝酸溶液中浸泡2-3 rain去除腐蚀产物,再经水洗、 吹干。 采用Solartron 1287电化学测试装置对极化睦线 进行测定,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为铂

Chemical composition of7A52 alloy

对SLN后的板材试样经过470℃/1 h固溶一淬火 处理,然后,在同一时间进行不同温度时效处理,以 及在同一温度下进行欠时效、峰时效、过时效处理, 时效处理工岂见表2。腐蚀试样选取轧制面为腐蚀面, 在腐蚀前进行如下预处理:用砂纸打磨一抛光一丙酮 除油污一去离了水冲洗一吹干。 1.2实验方法 透射电镜薄片样厚度减至O.1 mm,在MTP一1双 喷电解减簿仪r双喷减薄、穿孔,电饵液为Ⅵ硝 酸):啊甲醇)=3:7,温度控制在_25℃以下,电压为
12~15

电极,溶液体系为EXCO溶液。

2结果与分析
2.1不同时效处理合金的显微组织结构 不同时效处理合金的显微组织结构如图l所示。 可见,100℃时效时,合金样品中有较多的GP区,其 尺度为3—5 nm,晶内没有”7相,而沿着晶界析出了一 些细小连续的相(图1(a));120℃时效时,合金内析出 大量的t/'相,而且沿着晶界也析出口相,晶界上分布

v,电流为60~80 mA。在Tecnai G2透射电镜上

进行分析,主要观察时效过程中晶内和晶界析出相的

由连续变为不连续,问时出现10~20 nm宽的PFZ

万   方数据

旃4期

尹志民.等:时效工艺对7A52铝台岳晶问腐蚀和剥蚀行为的影响

619

(a)100。C/24h时效,(b)120℃/24h峰时效;(c)120'C/60h过时效;(d)150。C/24h时效

图1不同时效处理7A52合金的TEM组织
F吨.1
Mierostmemres

of7A52枷oy

under

different aging treatments

(图Rb)和1(c));1 50℃时效,析出r/相在数量上要比 120℃时效的多,粒予尺U也较大,晶界上的”相显 著粗化,呈不连续的颗粒状,此时,PFZ明显变宽f图 l(d))。经过120℃/60 h过时效处理,合金没有产生新 的析出市u,但是,品内及品界处的析m丰u较120℃/24 h峰时效时进一步长大,合金晶界上析出的”相呈不 连续分布(图I(c))。 2.2晶间腐蚀 经过不同时效温度和不同时效时间处理的7A52

表3
Table 3

7A52舍金在不同时效工艺下的晶问腐蚀深度
Intercrystallme corrosion depth of7A52 alloy under

!!!!:!!:!璺矍!!!竺竺!
样品甲均深度/mm 最大深度/mm

铝合金在晶间腐蚀液中浸蚀24 h后的纵截面晶间腐蚀
形貌如图2所示,腐蚀深度见表3。由图2和表3可 知,随时效温度升高和时间延长,合盎晶间腐蚀深度 逐渐减小,合金晶问腐蚀深度随时问的变化没有随温 度变化那么显著,说明刚效温度对晶间腐蚀的影响更 强烈。比较图20),2(b),2(d)和2(f)可知,在自然时 效状态下,台金的晶间腐蚀情况最严重,腐蚀深度最 深;在100。C/24 h状态下,合金的腐蚀深度比自然状 态下的浅,但仍很明显;在150。C/24 b时效状态下只 出现点蚀,晶问腐蚀深度很浅甚至不明显。这说明随 着时效温度的增加,晶间腐蚀深度逐渐减小。比较图 20),2(c),2(d)和2(e)以及表3所示腐蚀深度可知, 随着时效时问的增加,晶问腐蚀深度逐渐降低。由此 可见,在不同刚效温度、不同时效时问下合金的晶问 腐蚀敏感性变化规律f由大至小)为:自然时效,100℃
/24
Table 4

构成微腐蚀电池,发生沿晶腐蚀[11



3】。7A52铝合盒

晶粒内会析弥散细小的GP区和∥(MgZn2)、JE稳相,晶 界则会出现比较粗大的r/(MgZnz)相及无沉淀析出带 (PFZ)组成。当合金浸入腐蚀液中,电极电位较负的棚 成为阳极,也成为腐蚀最易开始的地方。 7A52合金经长时涮自然时效,基体中的Zn和 Mg原子产生富集,形成大量GP区,其电极电位较低 (-1

05—1.07 v1,基体Al电极电位为一0.85

v(表钔。

表4铝固溶体及其析出相的电极电位嘲
Electricpotential of solid solution

andprecipitation

£!竺!!!!!竺!!!翌!!垫Z
相名称
Mg
Zn

电极电位,v
—1 73 -1 10

hf欠时效),120℃/24 hf峰时效),150℃/24 h(过

时效),120℃/16 h(欠时效),120℃/24 h(峰时效),
120℃/60

hf过时效)。

9995%A1

-0 85 —1 05 一1.05 -0 87 -1.07

铝合金晶间腐蚀主要是电化学腐蚀,是晶界析出 相或晶界无沉淀析出带的阳极溶解所致,析出物与基 体或晶界附近贫化区电位不完全相同,往往以晶粒为 阴极,品界是缺陷、杂质、合金元素富集的地方,导 致它比晶内更活泼,具有更负的电极电位,成为阳极,

q(MgZll2)
Al+4Zn

AI+3Mg AI+4M92Zn2

万   方数据

中南大学学报(自然科学版l

第38卷

(a)自然时效;(b)100*C/24 h时效;(c)120"C/16 h欠时效;(d)120"C/24 h峰时效;(e)120。C/60 h过时效;(D 图2
Fig.2 Intercrystalline

150。C/24

h时效

7A52夸金在不同时效条件下的晶间腐蚀形貌

corrosion morphologies of7A52 alloy under different aging treatments

当台金浸入腐蚀液中,GP区与基体A1形成微腐蚀电 池,电位低的GP区作为阳极优先被溶解,所以,自 然时效态合金表现出很高的腐蚀敏感性。 合金经100。C/24 h欠时效后,晶内由细小的GP 区和少量的rt'相组成,晶界上出现连续网状的”相。 晶界沉淀相H’(MgZn:)是阳极相,其点蚀电位较低
(一1.05 v),这相当于在晶界上形成了一条阳极腐蚀通

了晶界腐蚀电流密度,所以,相对100℃时效,合金 腐蚀敏感性明显降低。时效温度升高到150℃,晶内 和晶界上的目’相粒子明显粗化(图l(d)),大量非平衡 的∥向平衡的H转变,晶界PFZ宽化,r/相更加不连 续,这样,降低了晶界上的腐蚀通道作用,减小腐蚀 电流密度,降低合金腐蚀速率,合金的腐蚀敏感性也 随之降低。时效时间对腐蚀敏感性的影响与时效温度 的影响是一致的,只是对时效温度的影响更加显著。 2.3剥落腐蚀 在EXCO溶液中浸蚀24 h,7A52合金表面形貌 的腐蚀发展过程如表5所示。 实验结果表明,在剥蚀溶液中浸泡10min后,所

道,台金容易产牛晶间腐蚀。120℃/24h时效后,合 金达到峰时效状态,无论在晶粒内部还是晶界上,都 析出了大量的矿和目相,晶界上1相由连续析出向不 连续析出转变,并在品界上形成条明显的无沉淀析 出带(图1(b))。PFz的出现和”相的不连续析出降低

万   方数据

第4期

尹志民,等,时效工艺对7A52铝台金晶间腐蚀和剥蚀行为的影响

表5不同时效条件下的7A52合金表面形貌的剥落腐蚀
Table 5 Grade ofexfoliation corrosion of7A52 alloysunder different aging treatments

剥蚀等级评定:N表示无明显腐蚀,合格;P表示点腐蚀 合格;E(EA~ED)表示剥落腐蚀,不合格。

有样品表面开始冒泡。20mha后,气泡量增多,但表 面颜色还没有明显改变;经过2 h腐蚀,0号f自然时 效状态)合金样品已经出现点蚀,而其他样品表面有些 褪色;4 h腐蚀后,所宵样品上的气泡量明显减少,反 应速度减慢,1号(100℃/24 h时效)和2号(欠时效) 样品出现鼓泡点蚀,0号样品表面还出现微小的疱疤, 裂纹还显示出轻微的分离,说明己进入剥蚀阶段;腐 蚀6 h,除5号050 0(2/24、h过时效)样品仍无明显腐蚀 外,其他样品都有不同程度的腐蚀,t号和2号样品
Ig[J/(A?cm-2)】 (a)随时效温度变化的极化曲线;

已经出现剥蚀f腐蚀8 h,3号(蜂时效)样品才出现剥
蚀,4号(过时效)样品于10 h时才发生剥蚀;连续腐 蚀12 h,5号样品开始出现点蚀。由此可以看出,在 不同时效温度下,7A52合金剥蚀敏感性由大至小的顺 序为:自然时效,100℃/24 h,120℃/24 h(峰时效1,
150℃/24

图3

(b)随时效时间变化的极化曲线 7A52铝台金不同时效处理状态的极化曲线图
Polarization
curveg

Fig.3

of7A52 alloy under

different aging treatments

h;不同时效时间下7A52合金剥蚀敏感性
表6
Table 6

由火至小的顺序为:自然时效,欠时效,峰时效,过 时效。 剥蚀是晶间腐蚀的一种特殊形式,产生剥蚀的原 因与产生品间腐蚀的原因丰u同,都是晶界形成的阳极 网络造成的m“。时效处理在铝合金晶界形成阳极通 道,当晶问腐蚀沿着该通道进行时会留下不溶性腐蚀 产物(Alcl3或AI(OH)3),这些不溶性腐蚀产物的比热 容大于基体金属的比热容,出现所谓“楔入效应”,撑 起上面没有腐蚀的金属,引起分层剥落。所以,对于 剥落腐蚀,晶界起着非常重要的作用”“1”。晶问腐 蚀愈严重,剥落腐蚀也愈严重,故剥落腐蚀的实验结 果与晶间腐蚀的结果是致的。 2.4极化曲线分析 7A52铝合金不向时效处理状态的电化学腐蚀极 化曲线如图3所示,通过分析极化曲线所测得的腐蚀 参数见表6。

7A52铝舍金极化曲线腐蚀参数
parameters ofpolarization
cllrves

Corrosion

of

!竺!型!型

竺竺f篡£)
NA 0.441 51


—0 959 17 —0 873 15 0.87510 —0 869 25 -0.857

(塑釜堕塾


822 2

58.889 77 29l 95 690 105.54 儿5 86 246,】9

100℃0.336 39
UA 0 27l 7l 0 246 36 0.22440

3.674 1 2 2

967 6 690 8

PA
0A

58

2.450 9 1153 5

150℃0,】05 6】

一0 863 87

巾图3可以看出,随着时效温度的升高或时效时

问的增加,合金的腐蚀电位正移,说明台金腐蚀敏感
性降低。由表6可知,腐蚀电流密度JNA>,11。。。>

氐>^50。,^A>^『A7>JPA>无A;腐蚀电位ENA<
E100℃<EPA<E150℃,EN^<EuA<EpA<EoA;腐蚀速率

万   方数据

中南大学学报(自然科学版 vNA>v100℃>reAdYl50 r,VNA>vuA

第38卷 Qiang.CHEN Kang-hua,HUANG Lan-ping,et
high
on

S>VPA=>VoA;极化电

ZHENG Effect

al

阻RNA<Rl∞。<月PA<尺150℃,RNA<RuA"<RpM<RoA,

of

temperature

pre-pmeipitation

and

solution

这说明随时效温度的升高或时效时间的增加,合金耐 蚀性能有所提高。这种现象可用法拉第欧姆定律解释, 腐蚀电流密度与电化学腐蚀速率成lI比,与极化电阻 成反比,囚此,腐蚀电流密度越大,合金的腐蚀速率越 快,合金的耐蚀性就越差,极化电阻越大,台金的抗蚀 性就越好,这些都与品问腐蚀和剥落腐蚀结果相吻合。

『61

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3结论
a.随着时效温度的增加,7A52合金的抗蚀性能 增加,其腐蚀敏感性由大车小的顺序为:自然时效,
100℃/24h,120℃/24 h,150℃/24 h。 【8]

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b.随着时效时问的增加,7A52合金的抗蚀性能 增加,其腐蚀敏感性由大至小的顺序为:门然时效, 120“C/16h欠时效,120℃/24h峰列效,120℃/60h 过时效。 c.7A52铝合金的抗蚀性能与晶界析出;柞](MgZn2) 和无沉淀析出带O,rz)的特征有关,晶界析出相尺寸越
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万   方数据

时效工艺对7A52铝合金晶间腐蚀和剥蚀行为的影响
作者: 作者单位: 尹志民, 方家芳, 黄继武, 聂波, 单长智, 郭加林, 王琳, YIN Zhi-min, FANG Jia-fang, HUANG Ji-wu, NIE Bo, SHAN Chang-zhi, GUO Jia-lin, WANG Lin 尹志民,方家芳,黄继武,郭加林,王琳,YIN Zhi-min,FANG Jia-fang,HUANG Ji-wu,GUO Jialin,WANG Lin(中南大学,材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083), 聂波,NIE Bo(中南大 学,材料科学与工程学院,湖南,长沙,410083;东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨 ,150060), 单长智,SHAN Chang-zhi(东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150060) 中南大学学报(自然科学版) JOURNAL OF CENTRAL SOUTH UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY) 2007,38(4) 1次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

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引证文献(1条) 1.李芳芳 高强铝合金剥落腐蚀的研究综述[期刊论文]-湖南冶金职业技术学院学报 2009(2)

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