【摘 要】
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铸造Al-Li-Cu合金具有低密度、高比强度、高比刚度的特点,能够通过液态成型制备复杂结构铸件,在航空航天飞行器、水中兵器等武器装备用高承载轻量化壳体部件上有着广阔的应用前景。但是,目前关于铸造Al-Li-Cu合金的研究大多集中在成分设计和组织、力学性能分析,很少有关于铸造Al-Li-Cu合金腐蚀性能的研究报道。腐蚀性能是构件实际服役过程中的关键指标,因此,开展铸造Al-Li-Cu合金腐蚀行为研究
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铸造Al-Li-Cu合金具有低密度、高比强度、高比刚度的特点,能够通过液态成型制备复杂结构铸件,在航空航天飞行器、水中兵器等武器装备用高承载轻量化壳体部件上有着广阔的应用前景。但是,目前关于铸造Al-Li-Cu合金的研究大多集中在成分设计和组织、力学性能分析,很少有关于铸造Al-Li-Cu合金腐蚀性能的研究报道。腐蚀性能是构件实际服役过程中的关键指标,因此,开展铸造Al-Li-Cu合金腐蚀行为研究对其应用具有重要的价值。本文以Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合金为研究对象,采用浸泡实验、晶间腐蚀实验、XPS分析、电化学分析等实验方法,系统研究了微量Sc和热处理工艺对铸造Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合金微观组织、点蚀行为、晶间腐蚀行为的影响,揭示了Sc含量对合金腐蚀性能的作用机制,探明了热处理和铸造工艺对铝锂合金腐蚀性能的影响规律,为高性能铸造Al-Li-Cu合金的应用奠定了基础。微观组织表征结果发现,Sc元素的添加能够有效细化铸造Al-Li-Cu合金的显微组织,使铸态合金晶粒从粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶,仅在三岔晶界处能观察到粗大的含Cu化合物,含Sc合金中还会出现规则的块状Al-Sc-Zr初生相。Sc元素能够细化时效过程中T1和S’析出相,促进棒状核-壳复合相的形成,并减小晶界无析出带的宽度。因此,适量Sc添加可以减轻时效态合金的点蚀和晶界腐蚀。砂型铸造合金显微组织比金属型铸造合金要粗大,并且有较多的气孔、夹杂等缺陷,严重影响了铸造Al-Li-Cu合金的腐蚀性能。腐蚀形貌和腐蚀产物分析结果发现,铸造Al-Li-Cu合金的腐蚀主要发生在晶界的含Cu第二相处和Al-Sc-Zr初生相周围基体处。Sc元素微合金化能够显著改善铸造Al-Li-Cu合金的抗点蚀性能,使样品表面的腐蚀产物大大减少,但过量的Sc能导致Al-Sc-Zr初生相的生成,与周围基体构成微电偶,加快了周围合金基体的腐蚀。铸造Al-Li-Cu合金表面腐蚀产物主要为Cu Cl2、Al（OH）3、Mg（OH）2、Li OH等,含Sc合金表面还生成了Sc2O3。铸造Al-Li-Cu合金经热处理后腐蚀产物种类没有发生变化,砂型铸造合金腐蚀产物与金属型铸造合金相同。晶间腐蚀实验结果发现,Sc添加能够有效降低铸造Al-Li-Cu合金的晶间腐蚀倾向,添加0.1wt.%Sc的合金晶间腐蚀深度最小。铸造Al-Li-Cu合金经热处理后晶间腐蚀类型逐渐由网格状转变为凹坑状,时效处理后合金的晶间腐蚀深度显著减小。砂型铸造合金耐晶间腐蚀能力比金属型铸造合差,固溶态合金晶间腐蚀深度最大,过时效态抗晶间腐蚀性能最佳。电化学分析结果表明,Sc微合金化能够提升铸造Al-Li-Cu合金的电化学阻抗,0.1wt.%Sc含量能降低时效态合金的腐蚀电流密度。固溶处理后的铸造Al-Li-Cu合金具有最佳的耐腐蚀性能,随时效时间的延长,腐蚀电流密度逐渐上升,耐腐蚀性能逐渐下降。综合各项实验结果可以得出,添加0.1wt.%Sc的铸造Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合金具有最佳的耐腐蚀性能;固溶态铸造Al-Li-Cu合金耐腐蚀性能较铸态和时效态合金要好;砂型铸造与金属型铸造相比晶粒尺寸较大,气孔和夹杂缺陷较多,耐腐蚀性较差。
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