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，時效時晶界只析出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，時效時晶界可同時析出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，新的四元相Q相(ALCu,MgsSin)形成，Cu的加入會降低Al-Mg--Si合金的耐腐蝕性能”。

1、鋁合金晶間腐蝕機理簡述

目前，關(guān)于鋁合金的晶間腐蝕形成機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)生晶間腐蝕需同時滿足3個條件": (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)變會引起晶界原子更加無序，結(jié)果導(dǎo)致陽極溶解的驅(qū)動力變大。但是，晶界處的微應(yīng)力或微應(yīng)變可能只對晶間腐蝕起次要作用，可能僅引起擴散通道增加。

2、Al-Mg-Si--Cu系合金晶間腐蝕特點

Al-Mg- -Si-Cu系合金具有低密度、中等強度、良好的成型性、焊接性和低應(yīng)力腐蝕敏感性等優(yōu)點，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化合金。時效硬化型鋁合金的強度主要取決于晶內(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，從而對位錯滑移產(chǎn)生高的阻力”。大量研究結(jié)果表明，6x x x合金在單級峰時效狀態(tài)下晶內(nèi)析出大量細(xì)小彌散的針狀相β"，使合金達(dá)到最大強度。

Svenningsen等人"就熱處理工藝對含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，隨時效時間的延長，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)致過時效時出現(xiàn)尺寸較大的點蝕。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。不同的合金元素對鋁合金的腐蝕電位影響不同，對AI-Mg -Si-Cu合金來說，Mg元素會降低合金的腐蝕電位，而Si和Cu元素會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，是目前研究的熱點之一。優(yōu)化合金元素含量，分析各個合金元素在熱處理過程中的相互作用及其對合金強化作用的影響，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，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 系鋁合金時效過程中的析出相結(jié)構(gòu)特點及其動態(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理，為研究和開發(fā)新的均勻化熱處理、固溶時效及焊接工藝,提供理論依據(jù)和實際應(yīng)用，是今后重要的研究方向。