【摘 要】
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7000系高强铝合金由于具有密度低、比强度高及可加工性好等优点被广泛应用于航空航天、交通运输及机械制造等领域。然而,7000系铝合金在氯化物环境中易发生腐蚀破坏,这在很大程度上限制了材料的应用与发展。大量研究表明,铝合金腐蚀在大多数情况下源于材料的表面,其中,点蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀等局部腐蚀行为对材料表面的结构和性能非常敏感。据此,通过表面改性方法来优化材料表层的结构可以提高材料的耐腐蚀性能,延
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7000系高强铝合金由于具有密度低、比强度高及可加工性好等优点被广泛应用于航空航天、交通运输及机械制造等领域。然而,7000系铝合金在氯化物环境中易发生腐蚀破坏,这在很大程度上限制了材料的应用与发展。大量研究表明,铝合金腐蚀在大多数情况下源于材料的表面,其中,点蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀等局部腐蚀行为对材料表面的结构和性能非常敏感。据此,通过表面改性方法来优化材料表层的结构可以提高材料的耐腐蚀性能,延长构件服役寿命。本文以7075高强度铝合金为研究对象,分析了不同超声滚压道次对铝合金表面状态（表面粗糙度、表面残余应力）、表面微观组织演化和耐腐蚀性能的影响,详细讨论了7075铝合金的表面状态和表面微观组织与腐蚀行为之间的关系。主要的研究内容和结论如下:（1）本文采用激光共聚焦显微镜、X射线残余应力仪、透射电镜（TEM）等分析了不同道次USRP处理对铝合金表面状态和表面微观组织演化的影响。研究结果表明:通过改变超声滚压道次可以调控7075铝合金构件的表面状态和表面微观结构。经3道次USRP处理后,铝合金的表面粗糙度显著降低且引入了残余压应力。随着超声滚压道次增加至7道次,表面粗糙度升高,残余压应力增大,最表层的晶粒可细化至纳米级别,形成了纳米梯度结构,此时的大塑性变形导致了析出相的溶解和PFZ的消失。（2）本文通过浸泡实验和电化学测试对比研究了未经USRP处理和经不同道次USRP处理对7075铝合金耐腐蚀性能的影响,详细讨论了7075铝合金的表面状态和表面微观组织与腐蚀行为之间的关系。研究结果表明:经3道次和7道次USRP处理后,试样的平均腐蚀深度分别比未处理试样降低了75.39%和83.11%,其腐蚀速率分别比未处理试样降低了79.79%和92.88%。通过应力松弛、表面粗糙度分析等方法研究了表面粗糙度、残余应力、表面纳米晶和析出相特征对7075铝合金耐腐蚀性能的影响。结果表明,经3道次USRP处理后,材料表面粗糙度的降低和表面残余压应力的增加大幅提升了7075铝合金的耐腐蚀性能。当增加超声滚压道次至7道次使得铝合金表面晶粒尺寸细化到纳米尺度后,晶粒纳米化导致的晶界面积大幅增大使钝化元素快速富集,从而形成了致密的钝化膜;而析出相的溶解和无析出带（PFZ）的消失则减少了因阳极溶解产生的腐蚀。两者共同作用,使得材料的耐腐蚀性能得到进一步提升。（3）本章研究了不同超声滚压道次处理引起的显微组织变化对7075铝合金抗应力腐蚀性能的影响。研究结果表明:与未经处理的试样相比,表面粗糙度随着滚压道次的增加先减小后增加,残余压应力随着滚压道次的增加而增加。经9道次USRP处理后,表面晶粒尺寸细化至纳米级,形成梯度纳米结构。通过慢应变速率拉伸实验发现,7075铝合金在3.5%Na Cl溶液中表现出较高的应力腐蚀敏感性。在经过3道次和9道次USRP处理后,试样的应力腐蚀敏感指数分别比未处理试样降低了10.0%和13.3%。结果表明,经3道次和9道次USRP处理后试样的抗应力腐蚀性能明显改善。其中,具有纳米晶表层的UR9试样的耐腐蚀性能改善更为显著。
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