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）在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

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