導(dǎo)讀：在目前的工作中，激光沖擊噴丸技術(shù)應(yīng)用于通過(guò)鑄造和噴射成形制備的超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金中。系統(tǒng)地研究了微觀結(jié)構(gòu)演變、點(diǎn)蝕、晶間腐蝕和電化學(xué)過(guò)程。激光沖擊噴丸可以成功地減少由Al基體、Al7Cu2Fe和Al2晶間腐蝕的深度，晶間裂紋的寬度也減小了。循環(huán)極化和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試也表明改進(jìn)的激光沖擊強(qiáng)化引起的耐腐蝕性。

近年來(lái)，Al-Zn-Mg-Cu合金已廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸和石油勘探等行業(yè)，具有優(yōu)異的拉伸性能和抗疲勞性能。然而，在這種合金中很難同時(shí)獲得高強(qiáng)度和理想的耐腐蝕性。隨著強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，耐腐蝕性能減弱。對(duì)于超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金，尤其是強(qiáng)度在700 MPa以上的合金，提高耐腐蝕性能，避免腐蝕失效是一個(gè)挑戰(zhàn)。

近幾十年來(lái)，提高超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金耐蝕性的方法主要有以下幾種。首先，優(yōu)化合金元素和雜質(zhì)元素的含量可以控制不溶性第二相的形成，如Al 7 Cu 2 Fe 顆粒，有效防止合金中點(diǎn)蝕的發(fā)生。其次，調(diào)節(jié)固溶和時(shí)效處理可以優(yōu)化析出物在晶粒內(nèi)部和晶界的分布，以及無(wú)析出區(qū)（PFZ）的特征。例如，楊等人提出了回退和再時(shí)效（RRA）的最佳參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性。彭等人為 7050鋁合金開(kāi)發(fā)了一種非等溫時(shí)效處理，以提高耐腐蝕性。三、應(yīng)用噴射成形、粉末冶金等先進(jìn)制造技術(shù)可以調(diào)整顯微組織. 例如，與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，噴射成形技術(shù)可以改善對(duì)鋅元素的限制。在噴射成形過(guò)程中，液態(tài)金屬的細(xì)小液滴和高凝固速率有效地防止了宏觀偏析的形成，從而產(chǎn)生細(xì)晶微觀結(jié)構(gòu)，從而提高了此類(lèi)合金的耐腐蝕性。我們的研究小組還開(kāi)發(fā)了用于鑄錠冶金（IM）和噴射成形（SF）超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金的優(yōu)化強(qiáng)化固溶處理、RRA和非等溫時(shí)效工藝。然而，基于我們課題組和其他學(xué)者的研究，隨著合金設(shè)計(jì)和熱處理方法的改進(jìn)，這些方法對(duì)耐腐蝕性能的影響逐漸受到限制。

激光沖擊強(qiáng)化 (LSP) 是一種先進(jìn)的表面處理技術(shù)。近年來(lái)，由于其在抗疲勞性能、耐磨性能和抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能等方面的顯著提高，在鋼、鈦、鎂和鋁合金中得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的表面處理（如超聲波和機(jī)械噴丸處理）相比，LSP 引入的高度殘余壓應(yīng)力存在于近表面區(qū)域，厚度增加. 壓縮應(yīng)力防止裂紋的萌生和擴(kuò)展，最終提高抗疲勞和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的抵抗力。同時(shí)，LSP具有非接觸、無(wú)熱影響區(qū)、強(qiáng)化效果顯著等諸多無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。LSP對(duì)超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金腐蝕行為影響的研究有限。Trdan 等人發(fā)現(xiàn) LSP 抑制了 AA6082 鋁合金上大坑的萌生，具有更穩(wěn)定的開(kāi)路電位 (OCP) 和提高的再鈍化能力。阿比恩斯等人發(fā)現(xiàn)LSP產(chǎn)生的晶粒細(xì)化、殘余壓應(yīng)力、微應(yīng)變、位錯(cuò)密度和鈍化層形成增強(qiáng)了7075鋁合金的耐腐蝕性。王等人報(bào)道，7075鋁合金激光焊接接頭的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能也通過(guò)LSP得到改善。然而，激光沖擊噴丸處理的Al-Zn-Mg-Cu合金的腐蝕行為研究還存在以下問(wèn)題。首先，對(duì)于強(qiáng)度在 700 MPa 以上的 Al-Zn-Mg-Cu 合金，沒(méi)有相關(guān)的 LSP 研究。二、研究主要集中在性能的提高上，而忽略了微觀結(jié)構(gòu)演化之間的關(guān)系和腐蝕行為。第三，LSP處理的合金與去除表面氧化層后的合金比較有限，主要集中在潤(rùn)濕角和氧化層對(duì)合金腐蝕性能的影響。為了確保所研究合金具有相似的粗糙度和潤(rùn)濕角，通過(guò)研磨和機(jī)械拋光工藝去除了 LSP 產(chǎn)生的氧化層。

基于此，中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院討論了激光沖擊強(qiáng)化對(duì)噴射成形和鑄錠冶金制備的超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金腐蝕行為的影響，分析了合金在不同狀態(tài)下的腐蝕機(jī)理，提出了組織設(shè)計(jì)的思路。提出了用于耐腐蝕的 Al-Zn-Mg-Cu 合金。

(1)LSP顯著提高了所研究合金的綜合耐腐蝕性，通過(guò)CP測(cè)試的腐蝕電流密度降低和EIS測(cè)試的極化電阻增加等多個(gè)參數(shù)驗(yàn)證。

(2)LSP可以降低含氯溶液中腐蝕坑的深度和覆蓋率。E pit - E corr和E ptp的值越大，與對(duì)腐蝕坑形式的敏感性越低有關(guān)。E corr -E prot的值越低，證明腐蝕坑的產(chǎn)生和傳播越不敏感。

(3)點(diǎn)蝕主要發(fā)生在Al基體、Al 7 Cu 2 Fe和Al 2 CuMg顆粒中。最嚴(yán)重的點(diǎn)蝕是由Al 2 CuMg 顆粒引起的，這種顆粒的數(shù)量可以通過(guò)噴涂成型工藝減少。LSP 引入的位錯(cuò)、層錯(cuò)、滑移線和亞晶界可以為快速形成連續(xù)和保護(hù)性鈍化膜創(chuàng)造大量位點(diǎn)。

(4)由于 LSP 引入的晶界附近缺陷、晶格畸變和殘余壓應(yīng)力的存在，LSP 可以降低晶間腐蝕的深度和沿晶裂紋的寬度。

(5)建立了噴射成型、兩道次擠壓、回退再時(shí)效和激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的組合。晶間腐蝕深度為 16.2 ?m。在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后，腐蝕坑的覆蓋率為 2.23%，最大深度為 0.963 ?m。E pit - E corr、E sw - E corr、E corr -E prot、I corr和R p的值為64.1 mV、444 mV、102 mV、0.77 μA/cm 2和 17,540 Ω cm 2. 經(jīng)過(guò) 72 h 的浸泡和 CP 測(cè)試，腐蝕坑的最大深度為 2.27 ?m，表明 SF-RRA-LSP 樣品的耐腐蝕性能最好。

相關(guān)研究成果以題“Effect of laser shock peening on corrosion behaviors of ultra-high strength Al-Zn-Mg-Cu alloys prepared by spray forming and ingot metallurgy”發(fā)表在增材制造頂刊Corrosion Science上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010938X22003766

圖 1。unLSP（下標(biāo) 1）和 LSP（下標(biāo) 2）樣品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 和 72 h 的偏光顯微鏡圖像：（a 1）和（a 2）SF-SA-24 h；(b 1 ) 和 (b 2 ) SF-RRA-24 小時(shí)；(c 1 ) 和 (c 2 ) IM-SA-24 h；(d 1 ) 和 (d 2 ) IM-RRA-24 小時(shí)；(e 1 ) 和 (e 2 ) SF-SA-72 h；(f 1 ) 和 (f 2 ) SF-RRA-72 h；(g 1 ) 和 (g 2 ) IM-SA-72 h；(h 1 ) 和 (h 2 ) IM-RRA-72 h。

圖 2。研究合金浸入 3.5% NaCl 溶液的腐蝕坑面積統(tǒng)計(jì)：(a) 24 h；(b) 72 h。

圖3 . 在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后的腐蝕坑深度：(a) SF-SA-unLSP；(b) SF-SA-LSP；(c) SF-RRA-unLSP；(d) SF-RRA-LSP；(e) IM-SA-unLSP；(f) IM-SA-LSP；(g) IM-RRA-unLSP；(h) IM-RRA-LSP。

圖 4。未經(jīng) LSP 處理的樣品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后的點(diǎn)蝕形貌：（a）和（b）SF-RRA-unLSP；(c) 和 (d) IM-RRA-unLSP；(e) SF-RRA-unLSP 樣本的 EDS 結(jié)果。

圖 5。LSP 處理樣品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后的點(diǎn)蝕形貌：（a）和（b）SF-RRA-LSP；(c) 和 (d) IM-RRA-LSP；(e) SF-RRA-LSP 樣品的 EDS 分析。

圖 6。樣品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 72 h 后的點(diǎn)蝕形貌：(a) SF-RRA-unLSP；(b) IM-RRA-unLSP；(c) SF-RRA-LSP；(d) IM-RRA-LSP；(e) 和 (f) IM-RRA-LSP 樣品的 EDS 分析。

圖 7。IGC測(cè)試后研究合金的最大深度和形貌：（a）SF-SA-unLSP；(b) SF-RRA-unLSP；(c) IM-SA-unLSP；(d) IM-RRA-unLSP；(e) SF-SA-LSP；(f) SF-RRA-LSP；(g) IM-SA-LSP；(h) IM-RRA-LSP；(i) 和 (j) 分別對(duì) IM-SA-unLSP 和 IM-SA-LSP 樣本進(jìn)行 EDS 分析。

圖 8。EXCO測(cè)試后通過(guò) LSCM 獲得的合金的 3D表面形貌：（a）SF-SA-unLSP；(b) SF-SA-LSP；(c) SF-RRA-unLSP；(d) SF-RRA-LSP；(e) IM-SA-unLSP；(f) IM-SA-LSP；(g) IM-RRA-unLSP；(h) IM-RRA-LSP。

圖 9。有和沒(méi)有 LSP 處理的樣品的循環(huán)極化曲線和相應(yīng)的形態(tài)圖像：（a）SF-SA 樣品；(b) SF-RRA 樣本；(c) IM-SA 樣本；(d) IM-RRA 樣本。

圖 10。不同狀態(tài)下CP曲線得到的主要參數(shù)比較：(a) 噴射成形合金；(b) 鑄錠冶金合金。

圖 11。試驗(yàn)后研究合金的循環(huán)極化曲線和表面形貌：（a）-（c）SF-A樣品24、72小時(shí)和（b）中樣品的相應(yīng)表面形貌；(d)-(f) SF-RRA 樣品 24、72 小時(shí)和 (e) 中樣品的相應(yīng)表面形態(tài)；(g)-(i) SF-SA 樣品 24、72 小時(shí)和 (h) 中樣品的相應(yīng)表面形態(tài)；(j)-(l) SF-SA 樣品 24、72 小時(shí)和 (k) 中樣品的相應(yīng)表面形態(tài)。

圖 12。研究合金在 3.5 wt% NaCl 溶液中不同時(shí)間的EIS結(jié)果和擬合曲線：(a)-(c) SF 合金 0.5、24 和 72 h 的 Nyquist 圖；(d)-(f) SF 合金 0.5、24 和 72 小時(shí)的波特圖；(g)-(i) IM合金 0.5、24 和 72 小時(shí)的奈奎斯特圖；(d)-(f) IM 合金 0.5、24 和 72 小時(shí)的波特圖。

圖 13。用于擬合EIS的等效電路來(lái)自不同合金的幾次浸泡時(shí)間：（a）0 小時(shí)的 IM-SA 和 SF-SA 樣品；(b) 0 小時(shí)的 IM-RRA 和 SF-RRA 樣本，24 小時(shí)的所有 SF 樣本和 72 小時(shí)的所有樣本；(c) 所有IM樣本 24 小時(shí)。

圖 14。未經(jīng) LSP 處理的研究合金的顯微組織：(a)-(c) SF-SA 樣品的 TEM 和 HRTEM 圖像；(d)-(f) SF-RRA 樣品的 TEM 和 HRTEM 圖像；(e) 和 (g) 分別為 SF-RRA 和 IM-RRA 樣本的 IPF 圖像和反極圖；(f) (e) 和 (g) 的方向錯(cuò)誤角分布。

圖 15。不同合金中晶界的明場(chǎng)、HAADF-STEM圖像和EDS結(jié)果：（a）和（e）SF-SA-unLSP合金；(b) 和 (f) SF-SA-LSP 合金；(c) 和 (g) SF-RRA-unLSP 合金；(d) 和 (h) SF-RRA-LSP 合金。

圖 16。LSP處理后研究合金的EBSD分析：（a）和（d）SF-RRA-LSP和IM-RRA-LSP樣品的IPF圖像和反極圖；(b) 和 (e) (a) 和 (d) 的方向錯(cuò)誤角分布；(c) 和 (f) SF-RRA-LSP 和 IM-RRA-LSP 樣本從 0° 到 2° 的 KAM 圖像。

圖 17。LSP 處理后研究合金的明場(chǎng)、SAED 和 HRTEM 圖像：(a)-(c) SF-SA-LSP 樣品；(d)-(f) IM-SA-LSP 樣本；(g)-(i) SF-RRA-LSP 樣品；(j)-(l) IM-RRA-LSP 樣本。

圖 18。SF-RRA-LSP合金中第二相的HAADF-STEM圖像和EDS結(jié)果：（a）Al 2 CuMg相；(b) Al 7 Cu 2 Fe 相。

圖 19。示意圖顯示了所研究合金的點(diǎn)蝕機(jī)理：(a) Al 7 Cu 2 Fe 相附近的點(diǎn)蝕；(b) Al 2 CuMg 相附近的點(diǎn)蝕。

本工作的目的是研究激光沖擊噴丸超高強(qiáng)度鋁合金的顯微組織演變與耐腐蝕性之間的關(guān)系，并探索此類(lèi)合金中點(diǎn)蝕和晶間腐蝕(IGC) 的機(jī)制。首次全面分析了700 MPa以上LSP超高強(qiáng)度Al-Zn-Mg-Cu合金的腐蝕行為和機(jī)理。通過(guò)不同的表征方法分析了所研究合金在不同狀態(tài)下的腐蝕行為。本論文可為后續(xù)有關(guān)LSP鋁合金腐蝕行為和機(jī)理的研究奠定基礎(chǔ)，擴(kuò)大該合金的應(yīng)用。