Acta Mater:表面磨损处理加速Al-Zn-Mg-Cu合金沉淀和相的增长


引言

高强度时效硬化铝合金通常用于飞机上结构部件。许多Al合金部件经历了冷轧、机加工、研磨和抛光等工艺使得合金表面引起严重的塑性变形。 这种变形的表面层含有超细晶粒/子粒和其他缺陷,影响部件的使用性能,特别是耐腐蚀性。Al合金中的这种ASL(表面改性层)与下面的基质相比已显示出不同的耐腐蚀性,或者更加敏感或者更耐腐蚀。本片文章将对这一现象进行研究。

成果简介

最近,来自哈尔滨工业大学的甄良教授、王珊珊博士(共同通讯)Acta Materialia上发表一篇名为“Accelerated precipitation and growth of phases in an Al-Zn-Mg-Cu alloy processed by surface abrasion”的文章。研究者发现合金在磨损后表面会产生厚度为0.4-0.8μm的改性表面层(ASL)。在ASL中观察到高密度的位错和宽度约50-120 nm的超细亚晶粒,会提高铝合金的耐腐性。但自然时效很长时间后,经空位,位错和亚晶粒/晶界加速的增强扩散被认为是加速沉淀和非典型相增长的主要原因。

图文信息

图1 由FIB(聚焦离子束)垂直分切成最终磨损方向的AA7055-T73试样,其截面亮场的TEM(透射电子显微镜)和HAADF(高角环形暗场像)的图像,看出子晶粒几乎是等轴大小

(a)低放大倍数TEM图片;

(b)(a)中矩形区域高放大倍数TEM图片;

(c)低放大倍数高角环形暗场像图片;

(d)(c)中矩形区域高放大倍数高角环形暗场像图片;

(a,c)中的虚线表示ASL(表面改性层)到底层基底的近似程度。在(a)图中,底层的两个晶界被标记为双向箭头。在(d)图中,子晶界上相对大些的沉淀物被标记为三角符号。图2中的EDS(能谱)是基于图(c,d)的1-5线条。图(a-d)分别是几个TEM或HAADF图像的拼贴。

图2 基于图1(c)和(d)中线条1-4的EDS(能谱图)图像

交叉通过(a)中标记为I线的沉淀物含有高含量的Mg和Zn,这就是η像。(c)中标记为III的线表示存在AL的氧化物。交叉通过(b,d-f)中标记为II, IV-VI线的沉淀物含有高含量的Cu。

图3 电子衍射花样


图1(c)中标记为IV的Al2Cu晶界析出物分别在(a)[111]和(b)[132]晶向上的电子衍射花样。

图4 1200粒磨损AA7055-T73试样其截面亮场的TEM(透射电子显微镜)图像

(a)沿着最终磨损方向切割,1200粒磨损AA7055-T73试样其截面亮场的TEM(透射电子显微镜)图像,显示出了ASL中的层状亚晶结构和位错。

(b)图(a)I线区域[011]晶向的电子衍射花样;

(c)图(a)红色方框标记区域的高分辨率投射电子衍射图像;

(d)图(c)中白色方框处的FFT(快速傅氏变换);

(e)(d)中标有红色圆圈区域的傅里叶滤波图像(逆FFT);

图(e)中的圆圈表示位错。图(a)中的虚线表示ASL进入底层基质的相似程度;

图5 1200粒磨损AA7055-T73试样其截面HAADF(高角环形暗场像)的图像

1200粒磨损AA7055-T73试样其截面HAADF(高角环形暗场像)的图像,表示出经表面磨损后不同阶段自然时效的显微组织变化。

(a,d)2个月;(b,e)12个月;(c,f)42个月;

(d-f)分别是(a-c)标记方框处的高放大倍数图像。图(b)是两个HAADF图像的拼贴。虚线表明了ASL和ASL影响区的分割处。

图6 1200粒磨损AA7055-T73试样的HAADF图像和EDS图像

经42小时自然时效后,1200粒磨损AA7055-T73试样的HAADF图像和EDS图像。使用了背景去除K的X-射线。

图7 沉淀物电子衍射花样

图5中沿着不同晶向标记为III′′ (a,b) 和IV′ (c,d)的沉淀物电子衍射花样。标记为III′′ 和 IV′的沉淀物分别与AlCu和 Zn的晶相一致。

图8 320粒磨损AA7055-T73试样其截面HAADF(高角环形暗场像)的图像

由FIB(聚焦离子束)垂直分切成最终磨损方向的320粒磨损AA7055-T73试样其截面HAADF(高角环形暗场像)的图像,展现出经表面磨损后不同阶段自然时效的显微组织变化:

(a)2个月; (b)12个月; (c)42个月;

虚线表明了ASL和ASL影响区的大致分割处。图9的EDS图像是本图(c)中长方形标记的区域。

图9 320粒磨损AA7055-T73试样的HAADF图像和EDS图像

经42小时自然时效后,320粒磨损AA7055-T73试样的HAADF图像和EDS图像。使用了背景去除K的X-射线。

图10 较大的沉淀相的电子衍射花样

在图8b中标记V′ (a,b), VIII′(c,d)和X′(e,f)处相对较大的沉淀相的电子衍射花样。标记为V′, VIII′ 和 V′的沉淀相分别与AlCu,Al2Cu和Al2Cu相是一致的。

图11 ASL表面磨损后,Zn和Al2Cu相加速析出过程示意图

结论

通过S / TEM分析了Al-Zn-Mg-Cu合金经表面磨损产生的表面改性层中的微观结构的演变,在ASL中观察到超细亚晶和高密度位错,会提高铝合金的耐腐性。但自然时效很长时间后,经空位,位错和亚晶粒/晶界加速的增强扩散被认为是加速沉淀和非典型相增长的主要原因。可以合理地预期磨损样品的腐蚀行为
会由于长期自然时效期间表面微观结构的剧烈变化而发生变化。

文献链接Accelerated precipitation and growth of phases in an Al-Zn-Mg-Cu alloy processed by surface abrasion(Acta Materialia,2017,DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.074)

整理人:段鹏超

欧洲足球赛事 网专注于跟踪材料领域滚球体育 及行业进展,这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者,如果您对于跟踪材料领域滚球体育 进展,解读高水平文章或是评述行业有兴趣,点我加入材料人编辑部。欢迎大家到材料人宣传滚球体育 成果并对文献进行深入解读,投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

材料测试,数据分析,上测试谷

分享到