【引言】

    金屬材料晶粒尺寸納米化可分為兩大類：塊體納米化和表層納米化。塊體納米化后，構(gòu)件整體強(qiáng)度顯著增大，同時(shí)也伴隨著韌性的劇烈下降。這一世界性難題目前還暫時(shí)無解。表層納米化雖然對(duì)構(gòu)件整體強(qiáng)度的改善有限，但對(duì)表面相關(guān)性質(zhì)如腐蝕、疲勞和斷裂韌性等作用巨大。目前來看，表層納米化是更有應(yīng)用前景的一類技術(shù)。

    【成果簡(jiǎn)介】

    近日，普渡大學(xué)Qingyou Han教授（通訊作者）在Corrors. Sci上發(fā)表了題為“Localized corrosion behaviour of AA7150 after ultrasonic shot peening: corrosion depth vs. impact energy”的文章。該文研究了超聲噴丸表面劇烈塑性變形后AA7150鋁合金的局部腐蝕動(dòng)力學(xué)特征。超聲噴丸處理后，鋁合金表層晶粒尺寸納米化、梯度化，時(shí)效析出的納米強(qiáng)化相重新回溶表層鋁基體，組織均一化效果顯著。表層化學(xué)成分也出現(xiàn)變化，獲取了一種表層結(jié)構(gòu)梯度化的7150鋁合金。

    通過調(diào)控噴丸時(shí)間、超聲振幅、噴丸距離和噴丸粒徑，獲取了不同沖擊能量的AA7150樣品。在標(biāo)準(zhǔn)晶間腐蝕溶液中浸泡24h后，高能量噴丸處理樣（塑性變形厚度 > 20 ?m）的局部腐蝕完全被抑制。但低能量噴丸處理樣（塑性變形厚度 < 20 ?m）的點(diǎn)蝕坑呈“針狀”，腐蝕深度反而比空白樣更大。浸泡72h后，高能量噴丸處理樣也出現(xiàn)穿透力更強(qiáng)的“針狀”點(diǎn)蝕坑。這是由于表層結(jié)構(gòu)梯度化是一把雙刃劍，它能夠顯著抑制合金局部腐蝕的誘發(fā)但又會(huì)加速局部腐蝕的擴(kuò)展過程。本文構(gòu)建了表層組織、成分與局部腐蝕之間的關(guān)系。

    Graphic Abstract

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖一  7150板材的金相

    圖二  超聲噴丸裝置示意圖

    表一  四組超聲噴丸處理參數(shù)

    圖三  超聲振幅對(duì)7150鋁合金表層變形厚度和局部腐蝕深度的影響（噴丸時(shí)間、噴丸距離和噴丸粒徑的影響詳見原文）

    （a） 超聲振幅越大，能量越高，噴丸作用深度越大

    （b） 噴丸處理區(qū)域與空白區(qū)域的腐蝕深度對(duì)比

    （c） 局部腐蝕形貌與深度

    （d） 局部腐蝕深度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

    圖四  樣品的OCP

    （a） 噴丸時(shí)間的影響

    （b） 超聲振幅的影響

    （c） 噴丸距離的影響

    （d） 噴丸粒徑的影響

    圖五  元素表面偏析及其對(duì)OCP影響

    （a） 高能量處理樣品的元素表層偏析

    （b） 低能量處理樣品的OCP-組成關(guān)系

    （c） 高能量處理樣品的OCP-組成關(guān)系

    圖六  樣品的XRD表征

    （a） 空白樣、低能樣、高能樣以及Al的理論計(jì)算XRD

    （b） 時(shí)效析出相的回溶

    （c） （d） 晶粒尺寸和微觀應(yīng)變求解

    （e） （f） XRD衍射峰的偏移

    圖七  樣品的SEM和 TEM

    （a） 空白樣SEM

    （b） 高能量噴丸處理樣截面SEM

    （c） 高能量噴丸處理樣截面TEM （距表面~10 ?m）

    （d） 高能量噴丸處理樣截面TEM （距表面~5 ?m）

    圖八  樣品的極化曲線和點(diǎn)蝕電位

    （a） 樣品的極化曲線

    （b） 點(diǎn)蝕電位與噴丸時(shí)間的關(guān)系

    注：該組屬于低能量噴丸處理樣品

    圖九  三次浸泡后的腐蝕截面與深度

    （a） 空白樣

    （b） 高能量沖擊樣品

    （c） 腐蝕深度統(tǒng)計(jì)

    圖10   局部腐蝕動(dòng)力學(xué)的比較

    【小結(jié)】

    1、超聲噴丸處理能量越大，OCP越負(fù)，歸因于Zn的表層偏析隨著能量增大而變得顯著。高能量處理的合金表層是犧牲陽極層，保護(hù)了次表層或合金基體。

    2、噴丸處理后，AA7150的點(diǎn)蝕電位更正，合金鈍化區(qū)間增大，極大地提升了合金耐局部腐蝕誘發(fā)的能力。這歸因于表層組織的均一化、晶粒扭曲細(xì)化以及殘余壓應(yīng)力的引入。

    3、合金的局部腐蝕一旦誘發(fā)，梯度化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致形成開口較小的點(diǎn)蝕坑，點(diǎn)蝕坑內(nèi)外的物質(zhì)交換受阻，蝕坑再鈍化和消亡能力嚴(yán)重下降，因而形成了穿透能力更強(qiáng)的“針狀”點(diǎn)蝕坑。

    4、從局部腐蝕的角度看，表層結(jié)構(gòu)梯度化可能是一把雙刃劍，要根據(jù)材料的服役環(huán)境選擇合適的工藝參數(shù)，盡量揚(yáng)長(zhǎng)避短。

    文獻(xiàn)鏈接： Localized corrosion behaviour of AA7150 after ultrasonic shot peening: corrosion depth vs. impact energy（Corrors.Sci,2017,November 10,DOI:10.1016/j.corsci.2017.11.008 ）

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責(zé)任編輯：王元

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