王 操，張 東，張麗麗，苗承義，王麗萍

（遼寧忠旺集團有限公司，遼陽111003）

0 前言

近年來，隨著輕量化材料概念的提出與推廣，7×××系合金成為鋁合金中具有高強度、高韌性和高耐蝕性的典型合金之一[1]。而7020鋁合金作為7×××系鋁合金中最具有典型代表性的可熱處理強化中強鋁合金，因其具有質(zhì)量輕、強度高、金屬成形性強及可焊接等優(yōu)異性能而被廣泛用于航空航天、軌道交通等領域[2]。

隨著7×××系合金的廣泛應用，其不僅須滿足較高強度的需要，還需要具有較高的抗腐蝕能力[3-4]。賀春林等總結了晶間腐蝕的研究進展[5]。黃明初等研究了晶粒對7475鋁合金晶間腐蝕程度的影響，表明鋁合金抗腐蝕能力與晶粒電位差大小有關[6]。以上研究均是基于同一取向晶間腐蝕對材料組織的影響，而對于鋁合金擠壓型材不同取向晶間腐蝕能力的研究鮮有報道。

本文針對7020鋁合金擠壓板材試樣的不同取向，結合GB/T 7998-2005與HB 5257-83，系統(tǒng)研究了垂直擠壓方向與沿擠壓方向兩種取向試樣的晶間腐蝕行為，并結合晶間腐蝕形貌，給出不同取向試樣的晶間腐蝕規(guī)律。

1 試驗材料與方法

試驗材料為10mm 厚的7020鋁合金擠壓板材，其熱處理狀態(tài)為T6，化學成分如表1所示。

表1 7020鋁合金擠壓板材化學成分（質(zhì)量分數(shù)%）

晶間腐蝕試樣為25mm×25mm×10mm 的長方體薄板，按GB/T 7998-2005中的預處理工藝處理后，再進行6h的晶間腐蝕封樣處理。

晶間腐蝕試驗根據(jù)GB/T 7998-2005進行。試驗前對試樣腐蝕面進行預處理，步驟如下：先用乙醇擦凈無包鋁試樣表面油污，然后將其浸入氫氧化鈉溶液5min～15min。取出試樣，用水洗凈，再浸入硝酸溶液中，直至表面光潔。取出試樣，用水洗凈，放入烘干爐中烘干后用材料天平進行稱重并記錄。將樣品垂直立于腐蝕溶液（腐蝕介質(zhì)為：57g NaCl+10mLH2O2+1LH2O）中浸泡，溶液體積與試樣表面積之比不少于5mL/cm2，溫度控制在（35±1）℃。在腐蝕1h、2h、3h、4h、5h、6h后的每個時間點進行取樣稱重，分析其不同取向方向上的晶間腐蝕失重情況。將腐蝕6h、16h、24h時間點的樣品垂直檢測面方向一段切去5mm 后制備不同取向金相試樣，并在金相顯微鏡上觀測晶間腐蝕深度及晶間腐蝕形貌。根據(jù)HB 5257-83要求進行腐蝕實驗結果的重量損失測定及腐蝕產(chǎn)物清除。

2 試驗結果

2.1 晶間腐蝕深度形貌

經(jīng)過不同時間腐蝕后，試樣垂直于擠壓方向與沿擠壓方向的組織晶間腐蝕深度形貌如圖1所示。從圖中可知，隨著腐蝕時間的增加，試樣晶間腐蝕深度加深，同時腐蝕趨于橫向擴展；相同腐蝕時間下，試樣沿擠壓方向的晶間腐蝕深度較垂直擠壓方向的更深，晶間腐蝕寬度也更窄。

對晶間腐蝕24h后的試樣進行電化學腐蝕表面處理，觀察其晶粒晶間腐蝕情況，結果如圖2所示。沿擠壓方向的腐蝕沿著細長晶粒的晶界向材料內(nèi)部擴展；垂直擠壓方向的腐蝕沿著晶界向周圍擴展。分析可知，晶間腐蝕是沿著晶界擴展，垂直擠壓方向的晶粒為細小等軸狀晶粒，腐蝕在擴展到晶界交界處時會沿各向晶界分支擴展。

2.2 晶間腐蝕失重動力學

分別計算不同取向試樣經(jīng)不同時間晶間腐蝕后的失重情況，其結果見表2。根據(jù)失重繪制失重擬合曲線，如圖3所示。由圖3可知，沿擠壓方向晶間腐蝕試樣失重略高于垂直擠壓方向晶間腐蝕試樣。結合晶間腐蝕深度形貌可知，沿擠壓方向單位體積內(nèi)晶粒較多，更有利于晶間腐蝕發(fā)展；另一方面，沿擠壓方向的晶界短小雜亂，晶粒之間堆疊較小，所以晶粒的晶界被完全腐蝕的可能性較大，即隨著晶間腐蝕的進行，沿擠壓方向出現(xiàn)晶間腐蝕的組織中會有較多的腐蝕產(chǎn)物脫落。

表2 不同取向晶間腐蝕失重

腐蝕數(shù)據(jù)常采用冪函數(shù)進行擬合，圖3中的曲線擬合公式為W=a·tb，擬合參數(shù)如表3所示。式中W代表腐蝕失重，g；a、b為常數(shù)；t表示腐蝕時間，h。比較表中的相關系數(shù)R 值可知：曲線擬合程度很高，很好地表現(xiàn)了腐蝕失重隨腐蝕時間的變化規(guī)律，常數(shù)a、b變化不大。

表3 腐蝕失重曲線擬合參數(shù)值

對腐蝕失重進行計算，得到平均腐蝕速度曲線圖，見圖4。從圖中可知，不同取向晶間腐蝕走向非常接近，在0～1h 時間內(nèi)，晶間腐蝕速度非常大，主要是由于此期間腐蝕剛剛開始，鋁合金基體完全暴露于腐蝕溶液中，所以腐蝕發(fā)展非常迅速。腐蝕速度在1h 達到最高峰，之后開始下降。主要是因為在1h 后材料點蝕達到飽和狀態(tài)，腐蝕產(chǎn)物開始在表面堆積，鋁合金基體因為腐蝕產(chǎn)物的覆蓋和腐蝕溶液接觸面的減少，使得腐蝕速度開始下降。腐蝕時間達到3h 時，由于腐蝕產(chǎn)物剝落，不同取向試樣的腐蝕速度有所提高，但總體上不同取向試樣的腐蝕速度是下降的。

3 分析與討論

材料在擠壓過程中沿擠壓方向晶粒變形被拉長，整個晶粒呈現(xiàn)長條狀。垂直于擠壓方向晶粒呈等軸狀，晶粒也主要由細小的亞晶和粗大的再結晶晶粒組成。晶間腐蝕的產(chǎn)生主要是由于晶粒間的電位差使陽極晶粒被腐蝕而形成，且沿著晶界擴展。7020擠壓態(tài)鋁合金經(jīng)T6處理后，晶界處析出大量連續(xù)第二相，與晶粒內(nèi)部產(chǎn)生較大電位差，形成晶間腐蝕，沿擠壓方向晶粒細長，晶間腐蝕呈針狀向材料內(nèi)部進行，腐蝕速度較快；垂直于擠壓方向晶粒多為等軸晶粒，晶間腐蝕多呈層狀向材料內(nèi)部腐蝕，腐蝕面積較大。

4 結論

（1）不同取向的晶間腐蝕均始于晶界處，沿晶界擴展。

（2）由擠壓造成的形狀不均勻導致不同取向的試樣晶間腐蝕情況存在較大差異，沿擠壓方向試樣晶粒被拉長，晶間腐蝕深度較大。

（3）晶間腐蝕失重研究表明，沿擠壓方向腐蝕失重最大，有較多的腐蝕產(chǎn)物脫落。采用冪函數(shù)方法對不同取向晶間腐蝕試樣失重曲線進行了擬合，得到了不同取向腐蝕失重隨時間變化的擬合方程。