基于晶界析出相粗化行为转变的6000系铝合金晶间腐蚀再形成机制研究

As a typical localized electrochemical corrosion, intergranular corrosion (IGC) is very harmful to the mechanical properties of metallic materials, such as Al alloys and austenitic stainless steels. Usually, underaged or peakaged Al alloys such as 6000 Al alloys are susceptible to intergranular corrosion (IGC), which can be eliminated by overaging treatments. However, it is found for the first time that the IGC susceptibility can be formed again when the 6000 Al alloys are heavily overaged further. Considering the unknown behavior and re-formation mechanism of the IGC susceptibility in overaged Al alloys, the present application will use hardness test, immersion corrosion test, qualitative and quantitative microstructure analyses, macro- and micro-electrochemical characteriszation, process modeling and etc., to investigate effects of the copper content, ageing condition and corrosion medium on the IGC susceptibility of the overaged 6000 Al alloys, microstructural development and corrosion electrochemical behavior of the grain boundary regions, and the initiation, propagation and kinetics of the IGC in the overaged 6000 Al alloys, aiming to reveal the re-formation mechanism of the IGC susceptibility in the overaged 6000 Al alloys. Therefore, it is of great theoretical value and original creativity. Morever, the research findings will help to develop resonable procedures to completely avoid IGC and enhance the service lifetimes of structures. Therefore, the present application is of important pratical significance.

以往人们总是认为，6000系铝合金欠、峰时效状态具有严重晶间腐蚀（IGC）敏感性，过时效能降低和消除IGC倾向，随后再不发生IGC。然而，申请人前期研究却发现，过时效6000系铝合金能够再次发生IGC。鉴于过时效IGC的腐蚀行为和形成机制还未被揭示，本申请采用硬化行为测试、加速腐蚀试验、微观组织分析、宏观/微区电化学表征等方法，研究Cu含量、时效制度、腐蚀介质对6000系铝合金过时效IGC敏感性的影响、过时效合金晶界区组织特征及演变规律、过时效合金晶界区腐蚀电化学行为及变化规律、过时效IGC萌生与扩展行为及过程建模，最终揭示6000系铝合金过时效IGC的再形成机制。通过本项目研究，有助于纠正人们以往错误认识并进一步丰富铝合金IGC基础知识。此外，掌握过时效IGC的影响因素、发生条件、萌生与扩展规律，将有助于采取合理措施防止其发生。因此，本项目具有较强的理论和应用价值。

6000系Al-Mg-Si-Cu时效硬化铝合具有密度低、强度中等，以及良好的成形性、耐蚀性、焊接性等，广泛应用于飞机、汽车制造和轨道交通等领域。虽然该系合金耐蚀性总体较好，但在一定合金化或热处理条件下，仍然具有较强的晶间腐蚀(IGC)感性。时效过程中，IGC敏感性逐渐消除，转而发生PC；继续时效，合金再次发生IGC，即过时效阶段合金腐蚀行为发生IGC→ PC→ IGC转变。.为了弄清6000系铝合金IGC再敏化现象的形成机理，采用硬度测试、加速腐蚀试验、拉伸性能测试、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等方法，研究时效处理、Cu合金化、冷轧工艺参数等因素对IGC敏感性的影响规律，提出过时效阶段IGC→ PC→IGC转变的成因与机理，探索消除IGC敏感性的方法。结论如下：.(1) 6000系铝合金过时效阶段发生IGC → PC → PC转变，即所谓的IGC再敏化现象，与合金Cu含量及时效温度密切相关。.(2) 6000系铝合金过时效阶段的IGC → PC → PC转变，与晶界Q相的连续 →断续→连续分布状态变化密切相关，采用同步发生、先后主导的晶界析出相球化与长大过程模型，能够合理解释过时效阶段晶界Q相的分布状态变化。.(3) 延长双级时效的预时效、再时效时间或提高再时效温度，均会造成6000系铝合金强度下降；其中，再时效温度和时间的影响较大，预时效时间影响相对较小；此外，随着时效程度增加，实验合金腐蚀类型按晶间腐蚀→均匀腐蚀→点蚀顺序逐渐变化。.(4) 实验合金经180 ℃ / 2-8 h + 200 ℃ / 6 h或210 ℃ / 2 h双级时效，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别在380-395 MPa、360-380 MPa和12-15%，腐蚀类型为均匀腐蚀，实现了高强度与耐蚀性的良好配合；合金强度降低与基体Beta″相减少、Q'相增加有关；晶间腐蚀倾向的降低与晶界析出相粗化、间距增大有关。.(5) 随着冷轧压下量的增加，欠时效6061铝合金IGC敏感性逐渐降低，直至消除。这与冷轧造成晶粒拉长和形成纳米级小晶粒，二者均有利于造成晶界析出相断续分布，从而难以形成连续腐蚀微电池有关。延长再时效时间或提高再时效温度，均有利于降低冷轧变形6061铝合金IGC 敏感性。