7020擠壓鋁合金T4及T6狀態(tài)金相腐蝕效果研究

王 操，曲鳳嬌，王麗萍，苗承義，屈玉石

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司， 遼寧 遼陽(yáng) 111003)

近年來(lái)，隨著輕量化材料概念的提出與推廣，鋁合金作為公認(rèn)的輕質(zhì)合金，且因其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、金屬成型性強(qiáng)及可焊接性等優(yōu)異性能而被廣泛用于航空航天、軌道交通等領(lǐng)域[1]。同時(shí)，隨著各領(lǐng)域?qū)τ诓煌典X合金性能要求越來(lái)越高，越來(lái)越嚴(yán)格，需要借助大量微觀組織觀察的手段來(lái)分析材料性能在不同生產(chǎn)環(huán)境下的變化規(guī)律。楊路等人[2]采用不同均勻化處理制度，分析不同均勻化制度處理后的7449鋁合金鑄錠力學(xué)性能和微觀組織，同時(shí)對(duì)鑄錠不同位置進(jìn)行能譜分析；王宇等人[3]使用光學(xué)顯微鏡、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、鋁型材壓力試驗(yàn)機(jī)、光譜分析儀，對(duì)有氧化膜缺陷的試樣和無(wú)氧化膜缺陷的試樣進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比分析，研究了制品力學(xué)性能、宏觀、微觀組織及斷口形貌，為擠壓地鐵鋁型材產(chǎn)品檢驗(yàn)和工藝試驗(yàn)提供技術(shù)支持與指導(dǎo)。

目前，Al-Zn-Mg-Cu合金主要熱處理工藝有固溶處理、時(shí)效處理、深冷處理等熱處理制度。通過(guò)不同的腐蝕劑可以觀測(cè)到不同的微觀組織形貌并以此分析出合金相應(yīng)的綜合力學(xué)性能的變化規(guī)律。本文通過(guò)不同型號(hào)腐蝕劑對(duì)7020鋁合金T4、T6狀態(tài)的微觀組織進(jìn)行腐蝕，分析不同種類(lèi)腐蝕劑對(duì)擠壓態(tài)7020鋁合金組織形貌的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

本次試驗(yàn)所用材料為擠壓態(tài)7020鋁合金，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Zn 4.80，Mg 1.26，Cu 0.04，F(xiàn)e 0.16，Mn 0.16，Si 0.11，Cr 0.22，Zr 0.13，Al余量。試驗(yàn)用7020鋁合金試樣分別經(jīng)過(guò)T4(470 ℃×1 h)及T6(470 ℃×1 h+145 ℃×16 h)處理后，選用不同型號(hào)腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，試驗(yàn)用腐蝕劑如表1所示，試驗(yàn)溫度為室溫。將擠壓態(tài)7020鋁合金取樣后，分別進(jìn)行T4及T6處理，將熱處理后的試樣經(jīng)400#、800#、1500#砂紙粗磨后進(jìn)行拋光，粗拋及細(xì)拋所用拋光膏粒度分別為1.5W及1.0W。拋光后分別用不同種類(lèi)的腐蝕劑進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，然后通過(guò)正置顯微鏡對(duì)其組織形貌進(jìn)行觀察。

表1 腐蝕劑名稱及成分

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同種類(lèi)腐蝕劑對(duì)T4態(tài)7020鋁合金組織形貌的影響

圖1為不同種類(lèi)腐蝕劑對(duì)T4態(tài)7020鋁合金腐蝕后的金相組織形貌，通過(guò)與未經(jīng)腐蝕的原始組織圖1(a)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：1#對(duì)于合金的腐蝕效果不大，組織形貌變化不大，不能看到清晰的晶界；2#腐蝕15s后，可以清晰的看到擠壓態(tài)鋁合金的再結(jié)晶晶粒，組織晶界明顯，晶粒內(nèi)部可以看到明顯的點(diǎn)狀第二相顆粒；3#、4#、5#相較于其他種類(lèi)腐蝕劑腐蝕的金相組織，可以清晰觀察到組織的第二相分布；6#及7#可以看出組織晶粒，但效果不如2#清晰。

2.2 不同種類(lèi)腐蝕劑對(duì)T6態(tài)7020鋁合金組織形貌的影響

圖2為不同種類(lèi)腐蝕劑對(duì)T6態(tài)7020鋁合金腐蝕后的金相組織形貌，通過(guò)與未經(jīng)腐蝕的原始組織圖2(a)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：1#對(duì)于合金的腐蝕效果不大，組織形貌變化不大，不能看到清晰的晶界；2#經(jīng)腐蝕15s后，可以清晰看到擠壓態(tài)鋁合金的再結(jié)晶晶粒，組織晶界明顯，晶粒內(nèi)部可以看到明顯的點(diǎn)狀第二相顆粒；3#、4#、5#相較于其他種類(lèi)腐蝕劑腐蝕的金相組織可以清晰觀察到組織的第二相分布；6#及7#可以看出組織晶粒，但效果不如2#清晰。

3 分析與討論

合金組織腐蝕的過(guò)程實(shí)質(zhì)是組織與腐蝕液發(fā)生的一個(gè)電化學(xué)腐蝕的過(guò)程。7020鋁合金中，不同相之間具有不同的電極電位，在腐蝕劑中，形成極多微小的局部電池。具有高負(fù)電位的一相成為陽(yáng)極，被溶入腐蝕液中而逐漸凹下去；具有較高正電位的一相為陰極，保持原來(lái)的平面高度[4]。7種腐蝕劑中含有的F-、PO43-、SO42-、NO3-、OH-在腐蝕過(guò)程中與合金中的正價(jià)離子發(fā)生反應(yīng)，擠壓態(tài)鋁合金中晶界處儲(chǔ)能最高，因此在晶界處優(yōu)先反應(yīng)，使晶界最開(kāi)始下凹[5]。在負(fù)價(jià)電子中，F(xiàn)-電子化學(xué)性質(zhì)最為活潑，2#試劑中F-電子濃度較高晶界效果腐蝕最為明顯，可以清晰觀察到合金晶粒及再結(jié)晶組織尺寸，3#試劑中PO43-化學(xué)性質(zhì)不活潑，只在第二相周?chē)l(fā)生電化學(xué)腐蝕，因此第二相分布觀察較為清晰。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)擠壓7020鋁合金T4及T6態(tài)進(jìn)行不同的腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

(1)氫氟酸溶液∶水=1∶1可清晰觀察到擠壓態(tài)7020鋁合金T4及T6態(tài)的晶界、組織形貌及晶粒大??；

(2)磷酸溶液∶水=1∶9，硫酸溶液∶水=1∶9～2∶8，硝酸溶液∶水=1∶3可清晰觀察到擠壓7020鋁合金T4及T6態(tài)的第二相大小及相的分布情況。