(a)晶间溶解引发的损害(IDD),当腐蚀产物的析出相出现时,局部晶间腐蚀通过连续的晶粒析出导致了剥落腐蚀。
(b)晶间断裂引发的损坏(IFD),它起始于晶间腐蚀,由于腐蚀反应后氢渗透到材料中,便演化为晶间断裂[11]。
不管由于晶间析出相使得晶界存在较大的覆盖率,还是铝合金基体与晶界无析出带间存在强烈的腐蚀势能的反差,IDD机制都是起控制作用的[12]。以第一个为例,当淬火率很低的时候,这种情况就会发生,对于第二种情况,当材料达到高峰时效时就会发生。不管在过时效阶段,或回归再时效热处理的回复阶段,还是从某种程度上,将高峰时效与回归再时效状态相比较时,当这种反差降低,IDD机制的剥落腐蚀敏感度就会降低[13]。
当IDD机制处于活跃状态(因而使得局部腐蚀裂纹尖端形成),另外当腐蚀势能足够低能使氢渗透到材料中,IFD机制就起控制作用。它使得深而细的机械裂纹蔓延到材料下表层[14]。剥落腐蚀的两种不同机制解释了使用的两个腐蚀测试之间的相同与不同之处,以及合金成分和热处理对这种腐蚀机制的敏感度的影响。
4 影响剥落腐蚀的主要因素
对剥落腐蚀机理理解大家众说纷纭,一些人将剥蚀看做晶间腐蚀的特殊形式,而另一部分人将剥蚀归结于材料的内应力和外应力。剥蚀的敏感性由合金固溶体分解程度决定[15]。影响剥落腐蚀的主要因素有以下几个:
(1)基体晶粒与析出相及PFZ之间不同的电位差由固溶体的贫化,溶质的偏聚引起,此时容易形成选择性阳极通道。
(2)过渡相的形貌和分布。晶界析出相粗化,PFZ宽化促进晶界溶解的发生,而降低合金抗晶间腐蚀性能。
(3)平衡相的粗化。一般而言,粗大的再结晶晶粒组织不利于合金的抗晶间腐蚀能力,且这种影响随着过饱和固溶体的分解而增强。小角度晶界或亚晶界具有更强的抗腐蚀能力[16]。
(4)PFZ的形成和宽度。合金热处理后不同区域的过饱和空位浓度不同。因为合金冷却过程中空位向晶界扩散而造成晶界附近空位浓度降低;远离晶界的地方空位无扩散所以浓度高,这样就形成一定浓度差。时效时,低于临界空位浓度的区域不能析出G.P区而形成PFZ带,并且其宽度取决于空位浓度[17]。PFZ带越宽合金的抗晶间腐蚀性能越差。反之,PFZ带越窄合金的抗晶间腐蚀性能越好。
(5)合金元素。原始组分浓度的变化可以改变材料的主要微观组织,从而影响合金的腐蚀性能。
(6)热处理制度对剥蚀的影响。高强铝合金在热处理过程中导致再结晶晶粒、大小分布不均,使得合金剥蚀性能不同。高强铝合金一般是可热处理强化的变形铝合金,
在时效过程中析出相为θ相(Al:Cu)和S相(A1:CuMg)。当析出相优先在晶界脱溶时,会在晶界形成一贫Cu区。而Al-Cu相通常以阴极相的形式在合金的电化学腐蚀过程中存在,并导致晶界贫Cu区的优先阳极溶解。因此,不同的热处理过程将有可能通过改变析出相的分布而影响其腐蚀的电化学动力。经分析,认为双级过时效处理可降低其剥蚀敏感性[18]。峰值时效LYl2铝合金的剥蚀敏感度比自然时效合金高[19]。T6态峰时效LYl2铝合金剥蚀性能敏感性高于T3态(自然时效)[20]。李劲松等人[21]通过研究LC4铝合金双级过时效处理板材在EXCO剥蚀溶液中的剥蚀行为及测量其相应的电化学阻抗谱发现,导致剥落腐蚀的原因主要是:当晶界孔蚀发展为沿平行于表面的晶界腐蚀时,会在晶界堆积大体积的楔形腐蚀产物,从而挤压表层金属,导致剥落腐蚀。这就可以解释为什么由双级过时效处理降低了合金的剥落腐蚀程度,因为双极过时效使得强化相η均匀析出,因此降低了合金的晶间腐蚀程度。双极过时效剥落腐蚀程度降低的主要表现为局部小面积的金属表层鼓泡剥蚀。剥蚀后,电化学阻抗谱由两个容抗弧组成,一般可以根据两个容抗的成分进行分析从而定量的判断铝和金剥落腐蚀的程度和时效前冷轧预变形量对2519A铝合金PFZ及析出相大小、分布和抗剥蚀性能的影响。其中高频容抗弧源于合金原表面,。结果表明:当预变形量由0%增至25%时,晶内析出相尺寸相应减小分布更为弥散,晶界无沉淀带宽度减小。同时合金抗剥落腐蚀性能呈先下降后上升的趋势。