显微组织在铝锂合金局部腐蚀中的作用及其对阳极氧化膜的影响

3rd generation aluminium-lithium alloy has huge potential for wide engineering application due to its excellent mechanical properties. However, the alloy is susceptible to localized corrosion since lithium is highly reactive. Aimed to provide theoretical instruction for new environmental-friendly surface protection technique, the proposed project is to advance the understanding of heterogeneities in 3rd generation aluminium-lithium alloy 2A97 by using SEM, EPMA and analytical TEM. The activities of intermetallic particles in NaCl solution are studied with Focused Ion Beam technique in order to understand their influence on corrosion initiation. Further, in-situ observation of the propagation of medium- / long-term localized corrosion in 2A97 aluminium-lithium alloy and anodized 2A97 is achieved by video optical microscopy. Ultramicrotomy and Low Voltage SEM are combined to investigate the function of microstructures during corrosion propagation.

第3代铝锂合金具有比强度高、刚度高、韧性好等特点，应用前景广泛，然而，由于锂元素化学性质活泼，合金表面易发生局部腐蚀。本项目建议以第3代铝锂合金2A97为研究对象，使用扫描电镜、电子探针显微分析仪、分析型透射电镜等先进材料表征技术充分理解合金显微组织的不均匀性，并以此为基础，借助聚焦离子束技术研究金属间化合物粒子在NaCl溶液中的反应活性，阐明各种显微组织对局部腐蚀萌生的影响。然后，利用视频显微镜对铝锂合金中长期腐蚀的发展过程进行原位观察，利用超显微切割和3D可视技术对深入基体的局部腐蚀进行全面的研究，讨论金属间化合物粒子在铝锂合金和阳极氧化铝锂合金局部腐蚀中的作用。最终，为铝锂合金环保型新表面防护技术的发展提供理论基础。

第3代铝锂合金具有比强度高、刚度高、韧性好等特点，同时还在材料各向异性方面较第2代铝锂合金有大幅度降低，因此应用前景广泛。然而，由于含较高百分比的锂元素，铝锂合金化学性质活泼，易于与外界环境发生反应，在表面形成局部腐蚀。局部腐蚀在零部件的工程应用中往往引起应力集中，诱发失效事故。通常情况下，阳极氧化提供了简单而经济的铝合金表面保护性薄膜生成手段。但是，利用目前的阳极氧化技术对铝锂合金进行表面处理时会出现黑点等缺陷，而且过程中涉及铬元素，对环境危害性很大。项目开展了针对铝锂合金腐蚀机理的研究，深入理解了显微组织和局部电解液在合金-溶液界面的相互作用，在一定程度上为发展环保型的新表面防护技术提供了理论基础，为航空铝锂合金结构件的选材、维护及寿命评估提供理论基础。.采用光镜、扫描电镜、能谱仪、电化学阻抗谱测试结合超薄切片，开展氯化钠溶液中2A97铝锂合金和阳极氧化2A97铝锂合金在浸泡前后的微观形貌、化学成分及电化学性能分析。研究发现，浸泡过程中局部腐蚀主要萌生于呈现出铝元素优先溶解的θ相粒子，同时沟槽状腐蚀也先后在θ相和Al-Cu-Fe-Mn-(Si)粒子周边形成。萌生后，有限数量的局部腐蚀事件进入稳定扩展阶段。点蚀从θ相粒子周边的沟槽扩展进入铝基体，通过小开口连接合金表面。多个去合金化的θ相粒子诱发粒子周边铝基体的溶解，在深度方向上共同作用为点蚀扩展提供驱动力。.在不同温度利用含有硼酸-硫酸或酒石酸-硫酸组合的电解液生长膜层时，硼酸添加和较高温度允许较高的电流密度，使膜生长加速。对于不同电解液，孔的几何构形和结构相似。硼酸-硫酸阳极氧化试样在氯化钠溶液中浸泡1周后出现主要由O、Al、Cl、Cu组成的分散性黑色锈斑，表面产生白色沉淀。随着浸泡的延长，合金发生严重的点蚀并深入合金内部，腐蚀的扩展与θ相粒子有关。