【摘 要】
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随着铝锂合金研究的不断深入,此类材料在航空航天领域的应用范围在不断扩大,然而由于Li的加入,材料的力学性能与耐蚀性能被改变,实际生产中通常使用铝合金的表面氧化处理来对合金的表面进行防护并改善合金的表面性能,然而对于铝锂合金并未有研究系统地对Li在合金氧化过程起到的作用进行分析,本文旨在增强完善铝锂合金氧化防护性能来深入探究Li在Al-Li合金氧化过程中起到的作用以及对氧化组织与性能的影响。研究表明
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随着铝锂合金研究的不断深入,此类材料在航空航天领域的应用范围在不断扩大,然而由于Li的加入,材料的力学性能与耐蚀性能被改变,实际生产中通常使用铝合金的表面氧化处理来对合金的表面进行防护并改善合金的表面性能,然而对于铝锂合金并未有研究系统地对Li在合金氧化过程起到的作用进行分析,本文旨在增强完善铝锂合金氧化防护性能来深入探究Li在Al-Li合金氧化过程中起到的作用以及对氧化组织与性能的影响。研究表明:由于Li的加入,氧化膜表面会出现分布均匀的细密麻点,阳极氧化硫酸电解液浓度与合金中Li含量均对氧化膜的形成有促进作用,在18%硫酸浓度下的Li含量为1.53%的Al-Li合金阳极氧化膜层平均厚度最大,达到了 64.7μm;在0.05mol/L硅酸钠浓度下的Li含量为1.53%的Al-Li合金微弧氧化膜层平均厚度最大,达到了121μm。阳极氧化膜外侧为疏松层,内侧为致密层,膜层表面分布着细密的微孔,随着Li含量以及电解液浓度的增大,膜层表面微孔尺寸扩大并出现微裂纹,在反应剧烈条件下出现波纹态组织,阳极氧化膜的主要相组成为α-Al2O3、γ-Al2O3和Al2（SO4）3,可能含有LiH、Al。LiH的氧化物为LiOH,Al2（SO4）3相在氧化膜致密层中被发现,说明其在氧化初期便已形成,Li沿着氧化膜层微孔处分布且在靠近电解液的一侧Li含量较低。力学及耐蚀性能测试结果表明,Al-Li合金氧化膜层的宏观维氏硬度随着Li含量的增加而增大,最高可达32.124HV,比纯铝的宏观维氏硬度低,而Al-Li合金氧化膜层1000nm处的显微硬度受电解液浓度影响最大,低电解液浓度下的氧化膜层硬度最高可达1.25GPa,弹性模量最高为55.3GPa。随着Li含量的增多,阳极氧化及微弧氧化膜层耐蚀性均呈下降态势,且微弧氧化的耐蚀性能整体较阳极氧化低。Al-Li合金阳极氧化的生长动力学曲线符合抛物线规律,对应SEM与正向电流结果可知氧化膜在初期5-10min以致密层生长为主,在致密层表面可以观察到快速生长的纤维状γ-Al2O3相。在中期15-20min开始生成疏松层,而在20-40min步入稳态期,此时氧化膜疏松层变得均匀稳定,符合多孔阳极氧化膜形貌。随着氧化时间的降低,氧化膜耐蚀性能降低,而在开始形成疏松层时腐蚀电流会加大,说明疏松层的形成破坏了氧化膜层的整体致密性,导致进入腐蚀阶段时的腐蚀速度增加。
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