基于晶格儲存能的航空鋁合金腐蝕行為研究

張童，呂由，張欣欣*

（華中科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，武漢 430074）

0 引言

由于AA2024鋁合金具有較高的比強(qiáng)度和損傷容限，一直作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空業(yè)。然而，AA2024鋁合金在服役條件下極易發(fā)生局部腐蝕，尤其是晶間腐蝕[1]。晶間腐蝕可能引起應(yīng)力腐蝕開裂，給合金的服役帶來巨大的安全隱患。為了提高航空安全，高強(qiáng)度鋁合金的晶間腐蝕機(jī)理引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[2-8]。

傳統(tǒng)研究將高強(qiáng)度鋁合金的晶間腐蝕歸因于晶界處的成分非均勻性[5, 8]，主要包括：貧溶質(zhì)機(jī)制形成的無析出區(qū)；在晶界處析出的陽極第二相；在晶界偏聚的陽極合金元素。前期研究表明，在AA2024 鋁合金中，富 Cu 的 θ′（Al2Cu）相在晶界的析出導(dǎo)致其周邊貧Cu區(qū)域的形成。該區(qū)域相對于富Cu晶界和鋁基體表現(xiàn)為陽極，其構(gòu)成的電偶對可導(dǎo)致AA2024鋁合金發(fā)生晶間腐蝕[3]。此外，當(dāng)S相（Al2CuMg）優(yōu)先在晶界處析出時(shí)，由于其相對于鄰近鋁基體為陽極，S相將優(yōu)先溶解，從而導(dǎo)致晶間腐蝕的萌生[9-10]。

近期研究表明，當(dāng)晶界區(qū)成分不存在顯著差異時(shí)，在腐蝕環(huán)境中仍易發(fā)生選擇性溶解，導(dǎo)致晶間腐蝕[3,11-12]。在AA2024鋁合金中，僅15%的晶界上存在第二相析出物，且在這些晶界及其周邊沒有出現(xiàn)明顯的元素偏聚或無析出區(qū)。然而，腐蝕結(jié)果顯示有一半以上的晶界會發(fā)生選擇性溶解[11]。這說明，相對于晶界沉淀而言，結(jié)構(gòu)因素（晶界取向差、晶格儲存能等）在晶間腐蝕的發(fā)展中同樣起著重要作用。高強(qiáng)度鋁合金中晶界取向差對晶間腐蝕的影響已有研究[4,12-15]。……