鋁鋰合金(jin)因其密度低、力(li)學性(xing)能優良等(deng)優勢(shi)在(zai)航空(kong)航天領域得到廣泛應用，被認為是21世紀航空(kong)航天最(zui)具競爭力(li)的(de)(de)材料之一[1,2]。鋁合金(jin)中每添加(jia)1% （質量分(fen)數） 的(de)(de)Li，可使其密度降低3%，而(er)彈性(xing)模(mo)量提(ti)高(gao)6%，并保證合金(jin)在(zai)淬火和人(ren)工(gong)時效(xiao)(xiao)后(hou)有良好(hao)的(de)(de)強化效(xiao)(xiao)果。此外，Li的(de)(de)添加(jia)還可以提(ti)高(gao)鋁合金(jin)的(de)(de)抗疲勞裂紋擴(kuo)展能力(li)[3]。

然而，Li是一種非常活潑(po)的(de)(de)(de)元素，鋁鋰(li)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在潮濕和(he)鹽(yan)霧(wu)等環境中容易發(fa)生(sheng)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，點蝕(shi)(shi)(shi)、晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、剝蝕(shi)(shi)(shi)等局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性(xing)增加，因此，其(qi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)行為(wei)的(de)(de)(de)研究(jiu)顯(xian)得(de)尤為(wei)重(zhong)要[4,5,6]。Liu等[7]研究(jiu)認為(wei)，表(biao)面打磨可(ke)以(yi)改變2297鋁鋰(li)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化合(he)(he)(he)物(wu)顆(ke)粒的(de)(de)(de)分布，隨著(zhu)表(biao)面粗糙度(du)的(de)(de)(de)減小，金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化合(he)(he)(he)物(wu)顆(ke)粒的(de)(de)(de)數量和(he)大(da)小呈下降趨勢，點蝕(shi)(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性(xing)降低。游文等[8]研究(jiu)了經(jing)不(bu)同時效工藝(yi)后2297鋁鋰(li)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和(he)剝落腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)行為(wei)，結(jie)果表(biao)明，時效時間(jian)越長，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)晶(jing)界(jie)無沉淀區 （PFZ） 寬度(du)降低，晶(jing)界(jie)的(de)(de)(de)析出相發(fa)生(sheng)粗化，并由斷續排(pai)列變為(wei)連續排(pai)列，腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)敏感(gan)(gan)性(xing)越大(da)。

此(ci)外(wai)，鋁合(he)(he)金(jin)作為(wei)(wei)結構件(jian)在服役過程中通常處于(yu)持(chi)續應(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)作用下(xia)(xia)，應(ying)(ying)(ying)力(li)載荷與腐(fu)蝕介(jie)質的(de)(de)(de)力(li)學-化學交互作用使(shi)得構件(jian)整(zheng)體承載能力(li)下(xia)(xia)降，甚(shen)至(zhi)導致失效(xiao)斷裂(lie)[9,10,11]。目前(qian)，研(yan)(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)已經對應(ying)(ying)(ying)力(li)載荷下(xia)(xia)的(de)(de)(de)鋁合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕行(xing)為(wei)(wei)有(you)(you)了一定的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)。Su等[12]研(yan)(yan)究(jiu)了拉伸應(ying)(ying)(ying)力(li)對7075-T6鋁合(he)(he)金(jin)剝(bo)蝕行(xing)為(wei)(wei)的(de)(de)(de)影響(xiang)，認為(wei)(wei)點(dian)缺陷等活性(xing)位(wei)點(dian)的(de)(de)(de)數(shu)量隨應(ying)(ying)(ying)力(li)水平的(de)(de)(de)提高而(er)增(zeng)加(jia)，阻抗降低(di)，剝(bo)蝕敏感性(xing)增(zeng)大。饒思賢等[13]研(yan)(yan)究(jiu)了外(wai)加(jia)應(ying)(ying)(ying)力(li)對LY12CZ合(he)(he)金(jin)腐(fu)蝕行(xing)為(wei)(wei)的(de)(de)(de)影響(xiang)，認為(wei)(wei)在加(jia)載應(ying)(ying)(ying)力(li)時(shi)，LY12CZ合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)自腐(fu)蝕電位(wei)、保護(hu)電位(wei)和破裂(lie)電位(wei)都有(you)(you)不同程度的(de)(de)(de)負移，負移的(de)(de)(de)量取決(jue)于(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)大小。但是，應(ying)(ying)(ying)力(li)加(jia)載對2297鋁鋰合(he)(he)金(jin)腐(fu)蝕行(xing)為(wei)(wei)影響(xiang)方面的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)還很有(you)(you)限。

本文選取2297鋁鋰合金(jin)作為(wei)實(shi)驗材料，研究了(le)(le)該合金(jin)在0%σ0.2，30%σ0.2，60%σ0.2，90%σ0.2和103%σ0.2的(de)應力載(zai)荷作用(yong)下于3.5% （質量分數） NaCl溶液(ye)中的(de)腐(fu)蝕行(xing)為(wei)，并(bing)結合微(wei)觀組織結構分析，探討了(le)(le)應力載(zai)荷作用(yong)對2297鋁鋰合金(jin)腐(fu)蝕行(xing)為(wei)影響機理。

1 實驗方法

實驗使(shi)用(yong)(yong)的材料為95 mm厚(hou)的2297-T87鋁鋰合金板(ban)材，化學成(cheng)(cheng)分 （質(zhi)量(liang)分數，%） 為：Al 95.01，Cu 2.97，Li 1.53，Mn 0.29，Zr 0.11，Mg 0.03，Fe 0.028，Si 0.024，Ti 0.012。采用(yong)(yong)線(xian)切割的方法(fa)在(zai)距板(ban)材表面1/8的厚(hou)度(du)位置處按L-T取(qu)向(xiang)切取(qu)平板(ban)拉(la)伸試(shi)(shi)樣(yang)，T向(xiang)為受力方向(xiang)，如圖1。試(shi)(shi)樣(yang)的屈服強度(du)σ0.2和抗拉(la)強度(du)σb分別(bie)為414和467.7 MPa。所(suo)有試(shi)(shi)樣(yang)均先后用(yong)(yong)320#、800#、1200#、1500#SiC砂紙打(da)磨(mo)(mo)，最后一道打(da)磨(mo)(mo)沿受力方向(xiang)。此外，為了防止(zhi)去離(li)子水(shui)(shui)對表面造成(cheng)(cheng)腐蝕損失，打(da)磨(mo)(mo)過程(cheng)采用(yong)(yong)無水(shui)(shui)乙(yi)醇作為冷(leng)卻液。試(shi)(shi)樣(yang)打(da)磨(mo)(mo)完成(cheng)(cheng)之后，用(yong)(yong)無水(shui)(shui)乙(yi)醇進行超聲(sheng)清(qing)洗10 min，清(qing)洗后在(zai)去離(li)子水(shui)(shui)中迅速漂洗并(bing)用(yong)(yong)吹風機冷(leng)風干燥備(bei)用(yong)(yong)。

圖1   實驗所用L-T取向平板拉伸試樣

使(shi)用(yong)(yong)(yong)WOML-5應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕試驗機(ji)對試樣(yang)施(shi)加不同應(ying)(ying)(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，分(fen)別為(wei)(wei)0%σ0.2，30%σ0.2，60%σ0.2，90%σ0.2和103%σ0.2，對應(ying)(ying)(ying)無應(ying)(ying)(ying)力(li)、彈性應(ying)(ying)(ying)力(li)、塑性應(ying)(ying)(ying)力(li)3種應(ying)(ying)(ying)力(li)條(tiao)件。在EOL-2100F型(xing)透射(she)電(dian)鏡 （TEM） 上觀(guan)察(cha)不同應(ying)(ying)(ying)力(li)載荷作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)后合(he)金的微(wei)觀(guan)組織，加速電(dian)壓為(wei)(wei)200 kV，并用(yong)(yong)(yong)配套的GENESIS型(xing)X射(she)線(xian)能譜儀(yi) （EDS） 進行(xing)(xing)EDS分(fen)析。用(yong)(yong)(yong)于TEM觀(guan)察(cha)的試樣(yang)先經機(ji)械減(jian)薄至60 μm，再用(yong)(yong)(yong)沖片(pian)機(ji)裁剪成直(zhi)徑為(wei)(wei)3 mm的圓(yuan)片(pian)。最后將3 mm圓(yuan)片(pian)使(shi)用(yong)(yong)(yong)DJ2000型(xing)電(dian)解雙噴(pen)減(jian)薄儀(yi)進行(xing)(xing)減(jian)薄。雙噴(pen)電(dian)解溶液成分(fen)為(wei)(wei)30% （體積(ji)分(fen)數） 硝酸與70% （體積(ji)分(fen)數） 甲(jia)醇的混(hun)合(he)液，混(hun)合(he)液使(shi)用(yong)(yong)(yong)液氮冷卻至-30 ℃的工(gong)作(zuo)(zuo)溫度，電(dian)解工(gong)作(zuo)(zuo)電(dian)壓為(wei)(wei)20 V，工(gong)作(zuo)(zuo)電(dian)流(liu)為(wei)(wei)80~120 mA。

浸(jin)泡(pao)(pao)(pao)實驗在室(shi)溫下進(jin)(jin)(jin)行(xing)，將(jiang)拉(la)伸試(shi)樣浸(jin)泡(pao)(pao)(pao)在3.5% （質量分數(shu)） NaCl溶(rong)液(ye)中，并同時分別(bie)施加30%σ0.2，60%σ0.2，90%σ0.2和103%σ0.2的應力，浸(jin)泡(pao)(pao)(pao)時間(jian)為(wei)2 h，同時取不受力試(shi)樣進(jin)(jin)(jin)行(xing)浸(jin)泡(pao)(pao)(pao)做對照。浸(jin)泡(pao)(pao)(pao)結束后，將(jiang)試(shi)樣取出用(yong)去離子水沖洗并吹干，拉(la)伸試(shi)樣切(qie)取標距段用(yong)于腐(fu)蝕形貌觀(guan)(guan)察(cha)。采(cai)用(yong)RH-2200型(xing)三維視(shi)頻顯(xian)微鏡進(jin)(jin)(jin)行(xing)觀(guan)(guan)察(cha)，通過JSM-7500F型(xing)掃描(miao)電鏡 （SEM） 進(jin)(jin)(jin)行(xing)高倍觀(guan)(guan)察(cha)，并結合EDS對腐(fu)蝕產物組成以及(ji)腐(fu)蝕形核位置(zhi)進(jin)(jin)(jin)行(xing)定性分析。

應力作(zuo)用下原位電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)測(ce)量裝置如圖2所(suo)示。試(shi)(shi)樣(yang)工(gong)作(zuo)面積在試(shi)(shi)樣(yang)中間標距段，采用內(nei)徑4 mm圓(yuan)形橡(xiang)膠密封(feng)墊(dian)圈密封(feng)出0.1256 cm2的(de)(de)工(gong)作(zuo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)面積。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)測(ce)試(shi)(shi)使用CS350電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)工(gong)作(zuo)站，采用三電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)體系，對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)為(wei)10 mm×15 mm鉑片，參(can)比電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)為(wei)飽和甘汞電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji) （SCE）。試(shi)(shi)樣(yang)在3.5%NaCl溶(rong)液(ye)中浸泡1 h以達到穩(wen)定狀態，并同時(shi)監測(ce)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位。動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位極(ji)(ji)(ji)化(hua)(hua)(hua)曲線測(ce)試(shi)(shi)采用1 mV/s的(de)(de)掃(sao)描速率，從(cong)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位以下200 mV正向掃(sao)描至陽極(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)密度達到0.1 mA·cm-2。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)阻抗譜測(ce)試(shi)(shi)采用相對(dui)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位10 mV的(de)(de)正弦交流(liu)擾動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位，掃(sao)描頻率范(fan)圍為(wei)105~10-2 Hz。實驗數據采用ZsimpWin軟件進(jin)行分析處理。所(suo)有的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)測(ce)試(shi)(shi)重復至少3次以保(bao)證重復性。

圖2   外加應(ying)力作用下原位電(dian)化學(xue)測量(liang)裝(zhuang)置示意圖

2 結果與討論

2.1 微(wei)觀組織(zhi)結構

彈性(xing)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)對(dui)(dui)金屬的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)是一(yi)個(ge)(ge)可逆過程，不(bu)會改變合金的(de)微觀結(jie)(jie)構，因而選取0%σ0.2和(he)(he)103%σ0.2兩種應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)載荷狀態試(shi)(shi)樣(yang)進(jin)行分(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)以(yi)表征(zheng)2297鋁(lv)鋰合金的(de)微觀組織結(jie)(jie)構。圖(tu)(tu)3為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)[110]取向(xiang)2297-T87鋁(lv)鋰合金的(de)TEM形貌(mao)，圖(tu)(tu)3a和(he)(he)b給出了對(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)[110]取向(xiang)2297-T87鋁(lv)鋰合金原(yuan)始試(shi)(shi)樣(yang)以(yi)及施加(jia)103%σ0.2塑(su)性(xing)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)后(hou)試(shi)(shi)樣(yang)的(de)衍射斑。在(zai){022?}Al的(de)1/3和(he)(he)2/3處(chu)(chu)的(de)衍射斑對(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)是T1相(xiang)，1/2處(chu)(chu)的(de)衍射斑對(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)是θ‘相(xiang)[14]。圖(tu)(tu)3a和(he)(he)b為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)2500倍下形貌(mao)，可以(yi)看到(dao)(dao)晶(jing)粒內(nei)部彌散分(fen)(fen)布(bu)著大量的(de)針狀析(xi)(xi)(xi)出相(xiang)，并存在(zai)少量的(de)棒(bang)狀黑色顆(ke)(ke)粒；而在(zai)晶(jing)界處(chu)(chu)，粗(cu)大黑色顆(ke)(ke)粒較為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)密集。根據圖(tu)(tu)3g中(zhong)EDS結(jie)(jie)果可確認，黑色顆(ke)(ke)粒為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)AlCuMnFe金屬間(jian)化(hua)合物(wu)(wu)顆(ke)(ke)粒。相(xiang)較于無應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)試(shi)(shi)樣(yang)，103%σ0.2塑(su)性(xing)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)后(hou)試(shi)(shi)樣(yang)的(de)AlCuMnFe顆(ke)(ke)粒更(geng)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)細小、分(fen)(fen)散。圖(tu)(tu)3c和(he)(he)d為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)金屬間(jian)化(hua)合物(wu)(wu)放大圖(tu)(tu)，可以(yi)看到(dao)(dao)AlCuMnFe金屬間(jian)化(hua)合物(wu)(wu)顆(ke)(ke)粒均(jun)呈黑色棒(bang)狀。彌散分(fen)(fen)布(bu)的(de)針狀析(xi)(xi)(xi)出相(xiang)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)T1相(xiang)和(he)(he)θ’相(xiang)，長(chang)度在(zai)100~300 nm；可以(yi)看到(dao)(dao)針狀析(xi)(xi)(xi)出相(xiang)沿3個(ge)(ge)取向(xiang)分(fen)(fen)布(bu)，具(ju)體對(dui)(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)關系(xi)如圖(tu)(tu)3e中(zhong)所標注。而在(zai)外加(jia)103%σ0.2塑(su)性(xing)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)后(hou)，試(shi)(shi)樣(yang)產生了如圖(tu)(tu)3f中(zhong)的(de)位錯墻缺(que)陷，這主(zhu)要是由(you)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)產生的(de)位錯堆積，這種位錯缺(que)陷對(dui)(dui)材料力(li)(li)學性(xing)能及耐(nai)蝕性(xing)能有重要影響。

圖(tu)3   2297-T87鋁鋰合(he)金[110]Al取向TEM像(xiang)及(ji)EDS結(jie)果

2.2 浸(jin)泡(pao)實驗

不同應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)下2297鋁鋰合(he)金(jin)浸泡(pao)在3.5%NaCl溶液中2 h后的(de)(de)金(jin)相(xiang)顯微形貌如圖4。點蝕(shi)坑(keng)沿著金(jin)屬間化合(he)物顆(ke)粒向四周(zhou)擴展，周(zhou)圍(wei)有腐(fu)蝕(shi)產物的(de)(de)堆積(ji)覆(fu)蓋。隨(sui)著應(ying)(ying)力(li)水平的(de)(de)增加(jia)，腐(fu)蝕(shi)坑(keng)的(de)(de)深(shen)度和大小都(dou)有不同程度的(de)(de)增加(jia)，這表明應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)促進了腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)進行(xing)，腐(fu)蝕(shi)速率加(jia)快。然(ran)而，相(xiang)較于不受應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)試樣，應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)下試樣的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)產物覆(fu)蓋明顯要少，這主要是由于應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)存在對腐(fu)蝕(shi)產物層有破(po)壞作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，而難(nan)以形成(cheng)致密的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)產物層。

圖4   不同應力作用(yong)下浸泡2 h后2297-T87鋁鋰合(he)金(jin)金(jin)相顯微形貌

當應(ying)力增加到(dao)103%σ0.2的塑性應(ying)力水(shui)平時，腐蝕形貌出現了(le)明顯(xian)的差異(yi)，蝕孔數量(liang)更多，但是(shi)較小，說明金屬(shu)間(jian)化合(he)物顆粒更為細小分散。此外，在試樣表(biao)面還觀察到(dao)了(le)絲線狀的溝壑(he)，如圖4e中箭頭(tou)標識處，這(zhe)主要是(shi)由于高應(ying)力水(shui)平導致晶體缺(que)陷(xian)(xian)(xian)在表(biao)面露頭(tou)而產(chan)生表(biao)面缺(que)陷(xian)(xian)(xian)，缺(que)陷(xian)(xian)(xian)處產(chan)生了(le)腐蝕，并有少量(liang)的腐蝕產(chan)物堆積(ji)。

不同水平(ping)應力作(zuo)用下，2297鋁(lv)鋰合(he)金(jin)(jin)浸泡2 h后的(de)(de)BSE模式(shi)2000倍(bei)SEM形(xing)貌如(ru)圖5。圖中(zhong)亮白色顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)為AlCuMnFe金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)。可以(yi)看出(chu)，腐蝕(shi)(shi)(shi)反應主(zhu)要(yao)(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)AlCuMnFe金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)鄰近處，這(zhe)是(shi)由于 AlCuMnFe金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)活性相對于鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)基體要(yao)(yao)低(di)得多(duo)(duo)，為陰極相，導致合(he)金(jin)(jin)在(zai)AlCuMnFe金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)處發生局部的(de)(de)電(dian)偶腐蝕(shi)(shi)(shi)[15]。隨著應力水平(ping)的(de)(de)增加(jia)，金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)尺寸(cun)較(jiao)小、分(fen)布(bu)(bu)分(fen)散，進一步說(shuo)明應力的(de)(de)作(zuo)用在(zai)一定(ding)程度上改變(bian)了金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)的(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)，這(zhe)與圖3觀察結果一致。圖6給出(chu)了圖5a的(de)(de)EDS面掃(sao)描結果，可見，除了金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)中(zhong)主(zhu)要(yao)(yao)含(han)有(you)的(de)(de)Al，Cu，Mn和Fe之外，還含(han)有(you)較(jiao)多(duo)(duo)的(de)(de)O分(fen)布(bu)(bu)在(zai)蝕(shi)(shi)(shi)孔邊緣，這(zhe)是(shi)由于AlCuMnFe金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)物顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)周(zhou)圍(wei)鋁(lv)基體發生腐蝕(shi)(shi)(shi)，有(you)腐蝕(shi)(shi)(shi)產(chan)物的(de)(de)產(chan)生，會(hui)在(zai)蝕(shi)(shi)(shi)孔邊緣發生堆積。

圖5   不(bu)同應力作(zuo)用下2297-T87鋁鋰合金浸泡(pao)2 h后背散射模式SEM形貌

圖(tu)6   圖(tu)5a的EDS面掃(sao)結(jie)果(guo)

2.3 原位電化學測試

2.3.1 動(dong)電位極化曲(qu)線

在(zai)(zai)0%σ0.2，30%σ0.2，60%σ0.2，90%σ0.2和103%σ0.2的應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作用(yong)下，2297鋁鋰合(he)金在(zai)(zai)3.5%NaCl溶液中開路(lu)電位(wei)下穩(wen)定1 h之后的動電位(wei)極(ji)化曲(qu)線(xian)(xian)如(ru)圖7所(suo)示(shi)(shi)，擬合(he)結(jie)果(guo)如(ru)表1所(suo)示(shi)(shi)。極(ji)化曲(qu)線(xian)(xian)出現較窄的鈍化區(qu)，隨著應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，腐(fu)(fu)蝕電位(wei)Ecorr減小，腐(fu)(fu)蝕電流密(mi)度Icorr增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，說(shuo)明(ming)腐(fu)(fu)蝕傾向以及腐(fu)(fu)蝕速率(lv)的增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。此外，當(dang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)到(dao)塑(su)性(xing)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)范圍(wei)時(shi)，Icorr增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)較為明(ming)顯，說(shuo)明(ming)腐(fu)(fu)蝕反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)在(zai)(zai)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平達到(dao)塑(su)性(xing)范圍(wei)時(shi)的變(bian)化較大，這與浸泡(pao)實驗結(jie)果(guo)一致。曲(qu)線(xian)(xian)陰(yin)(yin)極(ji)分(fen)支形(xing)狀比(bi)較相似(si)，說(shuo)明(ming)陰(yin)(yin)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)在(zai)(zai)不同應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平下比(bi)較相似(si)，陰(yin)(yin)極(ji)Tafel斜率(lv)隨著應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平的增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，這說(shuo)明(ming)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)水平的增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)加(jia)(jia)快(kuai)了陰(yin)(yin)極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)的進(jin)行。而陽極(ji)Tafel斜率(lv)更大，說(shuo)明(ming)腐(fu)(fu)蝕反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)由(you)陽極(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)控制[16]。

圖7   不同應力作用下2297-T87鋁鋰合(he)金在(zai)3.5%NaCl溶液中的動電位極化曲(qu)線

2.3.2 電化學阻抗(kang)譜

在0%σ0.2，30%σ0.2，60%σ0.2，90%σ0.2和103%σ0.2的(de)(de)(de)應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)下，2297鋁(lv)鋰合(he)金在3.5%NaCl溶(rong)液中開路電位下穩定1 h之(zhi)后的(de)(de)(de)電化學(xue)阻抗(kang)譜如(ru)圖8所示。不(bu)同水(shui)平應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)下，Nyquist圖都(dou)表現出相似的(de)(de)(de)形(xing)狀，存(cun)(cun)在一個高頻(pin)的(de)(de)(de)容(rong)(rong)抗(kang)弧(hu)以及(ji)一個低(di)頻(pin)的(de)(de)(de)容(rong)(rong)抗(kang)弧(hu)，對應(ying)兩個時間常數，這就說明不(bu)同水(shui)平應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)并沒有改(gai)變2297鋁(lv)鋰合(he)金的(de)(de)(de)腐(fu)蝕機理。高頻(pin)容(rong)(rong)抗(kang)弧(hu)的(de)(de)(de)存(cun)(cun)在說明了(le)在金屬基(ji)體表面存(cun)(cun)在一層氧(yang)化膜(mo)，而(er)低(di)頻(pin)容(rong)(rong)抗(kang)弧(hu)的(de)(de)(de)存(cun)(cun)在則可(ke)能與局部腐(fu)蝕反(fan)應(ying)過程有關[17]。隨(sui)著(zhu)應(ying)力(li)水(shui)平的(de)(de)(de)逐(zhu)漸增加(jia)，Nyquist圖中容(rong)(rong)抗(kang)弧(hu)的(de)(de)(de)半(ban)徑逐(zhu)漸減小，說明腐(fu)蝕傾向(xiang)隨(sui)著(zhu)應(ying)力(li)水(shui)平增加(jia)而(er)逐(zhu)漸增大。

圖8   不(bu)同應力作用下(xia)2297-T87鋁鋰合金在3.5%NaCl溶液中浸泡1 h后的(de)電(dian)化學(xue)阻抗譜

用(yong)圖9中的(de)(de)(de)(de)等效電(dian)(dian)路(lu)擬合(he)EIS譜，結果(guo)(guo)見表2。其中，Rs為溶(rong)液電(dian)(dian)阻(zu)；Qh表示(shi)原始界(jie)面電(dian)(dian)容；Rh表示(shi)鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)和(he)(he)(he)腐(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物(wu)電(dian)(dian)阻(zu)，盡(jin)管Rh有(you)(you)來自(zi)腐(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物(wu)電(dian)(dian)阻(zu)的(de)(de)(de)(de)貢獻，但短(duan)時間浸(jin)泡實驗產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)產(chan)(chan)物(wu)層(ceng)較(jiao)(jiao)(jiao)少，貢獻較(jiao)(jiao)(jiao)小。可看出，Rs基本保持(chi)恒定(ding)；Qh主要與(yu)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)表面鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)有(you)(you)關，隨著應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)沒有(you)(you)發(fa)生(sheng)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，這和(he)(he)(he)鋁合(he)金(jin)在Cl-介(jie)質中鈍(dun)化(hua)(hua)能(neng)力(li)比較(jiao)(jiao)(jiao)弱有(you)(you)關；Rh隨著應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)也(ye)(ye)(ye)沒有(you)(you)發(fa)生(sheng)明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)，這也(ye)(ye)(ye)就說明(ming)應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)并沒有(you)(you)對表面鈍(dun)化(hua)(hua)層(ceng)產(chan)(chan)生(sheng)明(ming)顯(xian)影響。對于(yu)低頻(pin)區的(de)(de)(de)(de)雙電(dian)(dian)層(ceng)電(dian)(dian)容Qdl和(he)(he)(he)電(dian)(dian)荷轉移電(dian)(dian)阻(zu)Rct，可以(yi)(yi)看到，隨著應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，Qdl逐(zhu)漸(jian)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，而(er)Rct逐(zhu)漸(jian)減小；并且當(dang)應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)由90%σ0.2增(zeng)(zeng)大(da)到103%σ0.2時，Qdl和(he)(he)(he)Rct值的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)更加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)明(ming)顯(xian)，從Nyquist圖中也(ye)(ye)(ye)可以(yi)(yi)明(ming)顯(xian)看到103%σ0.2塑性(xing)應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)作用(yong)下(xia)容抗弧半徑(jing)要明(ming)顯(xian)小于(yu)彈性(xing)應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)作用(yong)下(xia)的(de)(de)(de)(de)。由此可見，隨著應(ying)力(li)水(shui)(shui)(shui)平(ping)(ping)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，2297鋁鋰合(he)金(jin)耐蝕(shi)性(xing)逐(zhu)漸(jian)降(jiang)低，并且在塑性(xing)應(ying)力(li)作用(yong)下(xia)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)更為明(ming)顯(xian)，這與(yu)浸(jin)泡實驗結果(guo)(guo)一致。

圖9   EIS擬(ni)合等效電(dian)路圖

2.4 腐蝕機制(zhi)

2297鋁鋰合(he)金(jin)在(zai)3.5%NaCl溶(rong)液中的腐(fu)(fu)蝕機制如(ru)圖(tu)10所示。圖(tu)10a為(wei)無應力(li)作(zuo)用下腐(fu)(fu)蝕機制，由于AlCuMnFe金(jin)屬間(jian)化合(he)物(wu)顆(ke)粒陰(yin)極(ji)相(xiang)的存在(zai)，局(ju)部的電(dian)偶腐(fu)(fu)蝕導致鋁基體(ti)的溶(rong)解。彈(dan)性(xing)(xing)應力(li)的作(zuo)用使(shi)得金(jin)屬材(cai)料(liao)發生變形(xing)，提高(gao)了(le)(le)反應活性(xing)(xing)，促進(jin)了(le)(le)腐(fu)(fu)蝕過(guo)程的進(jin)行；且隨著彈(dan)性(xing)(xing)應力(li)的增加，腐(fu)(fu)蝕加劇，如(ru)圖(tu)10b。

圖10   2297-T87鋁(lv)鋰合金(jin)在3.5%NaCl溶(rong)液中不同(tong)應力作用條(tiao)件(jian)下的(de)腐(fu)蝕機(ji)制

而當應(ying)力(li)(li)增(zeng)大(da)到(dao)塑(su)性(xing)應(ying)力(li)(li)范圍，塑(su)性(xing)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)作用(yong)改變了(le)(le)金屬(shu)間(jian)化合物(wu)顆粒的(de)(de)(de)分布，導致大(da)的(de)(de)(de)金屬(shu)間(jian)化合物(wu)顆粒更(geng)加細小(xiao)分散(san)，增(zeng)加了(le)(le)與鋁基體間(jian)接觸區域，進(jin)而增(zeng)大(da)了(le)(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)面(mian)積，進(jin)一步(bu)促進(jin)了(le)(le)腐(fu)(fu)蝕(shi)過程。此外(wai)，塑(su)性(xing)變形促進(jin)了(le)(le)位錯(cuo)的(de)(de)(de)移動和擴散(san)，由此導致的(de)(de)(de)晶面(mian)滑(hua)移、位錯(cuo)纏結等晶體缺陷在表面(mian)的(de)(de)(de)露(lu)頭也(ye)會成為(wei)腐(fu)(fu)蝕(shi)形核位置(zhi)，進(jin)一步(bu)加速腐(fu)(fu)蝕(shi)過程的(de)(de)(de)進(jin)行，如(ru)圖10c。

3 結論

（1） 2297鋁鋰合金(jin)中存在(zai)的(de)(de)析出(chu)相主要為(wei)T1相、θ‘以及(ji)粗(cu)大的(de)(de)AlCuMnFe金(jin)屬間化(hua)合物(wu)顆(ke)粒。施(shi)加塑性應力作(zuo)用后，粗(cu)大AlCuMnFe金(jin)屬間化(hua)合物(wu)顆(ke)粒沿(yan)受力方向分布(bu)更加細小(xiao)分散，同時有位(wei)錯墻的(de)(de)產(chan)生。

（2） 2297鋁鋰合(he)金腐蝕(shi)主(zhu)要發(fa)生(sheng)在(zai)AlCuMnFe金屬間化(hua)合(he)物(wu)顆粒處。在(zai)彈性應(ying)(ying)力(li)范圍(wei) （30%σ0.2，60%σ0.2和(he)90%σ0.2） 內，應(ying)(ying)力(li)對腐蝕(shi)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)起(qi)促進作用；塑(su)性應(ying)(ying)力(li) （103%σ0.2） 作用導致金屬間化(hua)合(he)物(wu)顆粒沿受力(li)方向更加細小分散(san)，晶(jing)面滑(hua)移、位錯纏結(jie)等晶(jing)體缺陷在(zai)表面的露頭也(ye)會(hui)成為腐蝕(shi)形核位置，增大了腐蝕(shi)面積，進一步促進了腐蝕(shi)反應(ying)(ying)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)的進行。

（3） 隨著應力(li)(li)水(shui)平增加(jia)，2297鋁鋰(li)合金腐(fu)蝕(shi)電(dian)位負(fu)移，腐(fu)蝕(shi)電(dian)流密度增加(jia)，電(dian)荷轉移電(dian)阻減小，腐(fu)蝕(shi)加(jia)劇；應力(li)(li)水(shui)平達到塑性應力(li)(li)范(fan)圍(wei) （103%σ0.2） 時變化更(geng)大(da)。不同應力(li)(li)水(shui)平作用并沒有改變2297鋁鋰(li)合金的腐(fu)蝕(shi)機理。