航空鋁合金激光沖擊微觀組織及其抗蝕性研究.pdf

1、鋁及鋁合金具有比強度高，塑性好，導電、導熱性能優(yōu)異，以及優(yōu)良的加工性能和耐蝕性能，已經成為重要的航空材料。隨著鋁合金服役時間的增加，機體腐蝕成為嚴重制約飛機安全的因素之一。本文選取7075航空鋁合金作為研究材料。經過長時間服役后發(fā)生嚴重腐蝕的構件的失效分析發(fā)現(xiàn)，在有氯離子存在的環(huán)境下，鋁合金飛機構件的腐蝕具有點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等多種腐蝕形式。
　　 激光沖擊技術是近年來快速發(fā)展的一種材料表面改性技術。利用高峰值功率密度(大

2、于10W/cm)激光束沖擊工件表面，借助于高壓力峰值的應力波（最大可達10GPa左右）使金屬表面產生形變強化，提高構件表面強度和產生有利的殘余壓應力。本文采用輸出波長1064nm、脈沖寬度15ns、最大輸出能量12J、光斑直徑3mm的GAIA的高能固體激光器對7075航空鋁合金表面進行了一次及多次沖擊，探索了航空鋁合金在激光沖擊強化下的微結構演變，通過力學性能測試，分析了其微結構演變特征和強化機理，研究了強化后材料表面在氯離子環(huán)境下的腐

3、蝕行為。
　　 試驗結果表明:7075鋁合金在激光沖擊作用下，隨著沖擊次數(shù)增多，位錯數(shù)量急劇增加，由于析出相的釘扎作用，阻礙位錯運動，在晶粒內觀察到密集的位錯網絡。這些微結構的演變是激光沖擊強化的主要強化機制。借助TEM透射電鏡及HRTEM像發(fā)現(xiàn)，在本實驗所用激光沖擊能量條件下，在7075航空鋁合金表層得到一種非晶/納米晶復合表層，其深度可達100μm左右。復合表層的組織特征為多元非晶合金與彌散分布的直徑為2～3nm納米晶的混合

4、組織，具有高熵合金層的特點。利用HVS-1000型數(shù)字顯微硬度計測量激光沖擊后試樣的硬度，激光沖擊后材料的表層硬度略微下降或與基體持平，在激光沖擊區(qū)域的次表層，激光沖擊波體現(xiàn)為加工硬化作用，顯微硬度大約提升30HV。
　　 根據GB/T7988-2005T標準研究了激光沖擊強化對航空鋁合金抗晶間腐蝕的影響。采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了材料的腐蝕情況，并結合激光沖擊對材料表層微觀結構的影響，研究了激光沖擊改善航空鋁合金抗晶間

5、腐蝕性能的機制。實驗結果表明:隨著激光沖擊次數(shù)增多，材料表面腐蝕產物和腐蝕坑數(shù)量都有所減少，相應的其抗晶間腐蝕性能也較好。
　　 由于激光沖擊后材料的表層得到一種非晶/納米晶復合材料層，因此原本基體與η相等析出相構成原電池而導致的電化學腐蝕得到抑制;由于激光沖擊強化材料表面析出相的細化，材料的抗點蝕性能有所改善;激光沖擊后材料表層產生有利的殘余壓應力，增強了材料的抗應力腐蝕性能。由于電化學腐蝕和點蝕都會導致航空鋁合金表層基體產生