铝铜合金再结晶近奇异晶界的形成及其析出与腐蚀行为研究

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铝铜合金具有高强度、轻质、良好的延展性和可焊性等优良性能,被大量运用于航空航天、和汽车制造等行业。但是,因其晶界腐蚀抗力不足,铝铜合金的运用受到一定限制。传统的晶界工程研究指出,引入大量共格孪晶界(即奇异晶界)可以有效提高中低层错能面心立方金属的晶界腐蚀抗力。然而,铝铜合金是高层错能面心立方金属,生成奇异晶界的能力很弱。相关前期的研究结果表明,在同为高层错能面心立方结构的高纯铝中,具有{1 1 1}/{1 1 1}界面匹配特征的晶界是一类腐蚀抗力高且生成能力强的近奇异晶界。此类近奇异晶界在铝铜合金中的生成规律及其腐蚀抗力是一个值得研究的问题。因此,本文利用基于电子背散射衍射技术和体视学原理的五参数晶界面分布表征、晶界界面匹配定量表征、透射电子显微镜观察和O-点阵理论分析等方法研究了轧制变形铝铜合金再结晶{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的形成规律及其析出和腐蚀行为,为基于近奇异晶界的铝合金晶界工程研究提供了理论和实验依据。本文主要研究成果如下:(1)轧制变形量和轧制温度对铝铜合金再结晶{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的形成有明显影响。合金样品经350℃热轧变形20%-80%(厚度减缩量)后再经400℃再结晶退火30 min,其{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的比例随退火前轧制变形量的增加呈现先略有下降,然后急剧升高的趋势,其中经80%轧制后再退火的样品,其{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的比例较高,达到5.9%。比较350℃热轧变形,室温冷轧变形后再经相同条件退火(400℃/30 min),其{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的比例明显偏低。(2)铝铜合金{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的析出和腐蚀行为不同于奇异晶界和一般晶界。近奇异晶界的析出相呈不连续分布,奇异晶界未观察到析出相,而一般晶界的析出相呈连续析出;近奇异晶界的腐蚀抗力虽不及奇异晶界,但显著优于一般晶界。(3)铝铜合金{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的结构不同于奇异晶界和一般晶界。奇异晶界为共格孪晶界,其结构为晶界两侧原子以{1 1 1}共用原子面呈镜面对称分布,界面处不存在位错和自由体积,晶界能很低;一般晶界的结构往往是原子的无序排列,存在大量非周期性位错,晶界能量较高。本文观察到的近奇异晶界为周期性原子匹配好区被周期性位错分隔开来的特殊结构,这种结构可能对晶界偏聚能和析出的热力学/动力学产生了特定影响,导致近奇异晶界的析出和腐蚀行为不同于奇异晶界和一般晶界。(4)进一步研究{1 1 1}/{1 1 1}近奇异晶界的形成机理,实现对此类晶界的能动调控,可显著提升铝铜合金的晶界腐蚀抗力,并拓展其应用范围。这一点对所有高层错能面心立方结构的铝合金具有普遍意义。
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