。時(shí)效過(guò)后的相組成大致由Cu/Mg含量比值決定（Cu與Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值表示為Cu/Mg）：當(dāng)Cu/Mg＞8時(shí)，合金的主要強(qiáng)化相為θ′相；當(dāng)4＜Cu/Mg＜8時(shí)，合金的主要強(qiáng)化相為θ′相和S相；當(dāng)1.5＜Cu/Mg＜4時(shí)，合金的主要強(qiáng)化相為S相。2024鋁合金的主要添加元素為Cu、Mg。合金中Cu是形成主要強(qiáng)化相θ′相(AlCuMg)的主要元素之一，可以增加鋁合金的強(qiáng)度、硬度和耐熱性能。而Mg的存在不僅會(huì)對(duì)晶粒尺寸大小有影響，還會(huì)影響鋁合金的屈服強(qiáng)度和拉伸性能。資料顯示Cu和Mg對(duì)于鋁合金的性能的貢獻(xiàn)表現(xiàn)出一定的協(xié)同作用。九游官方入口目前，關(guān)于Cu/Mg的研究主要集中在力學(xué)性能方面。但關(guān)于Cu/Mg對(duì)合金耐蝕性影響的報(bào)道相對(duì)較少。晶間腐蝕作為一種典型的局部腐蝕，主要發(fā)生在晶界處。崔繼紅等發(fā)現(xiàn)鋁合金的晶間腐蝕是由局部點(diǎn)蝕引起的，特別是合金中S相的溶解在整個(gè)過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。九游官方入口化學(xué)銑切（簡(jiǎn)稱化銑）是利用試劑對(duì)合金表面進(jìn)行溶解，提高表面平整度的重要方法。這種表面處理方法不需要刀具，不會(huì)存在機(jī)加工產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，這種加工方式常用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件。特別是針對(duì)超大、超薄、易變形的蒙皮加工具有很大的優(yōu)勢(shì)

　　本文在保證合金強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，研究Cu/Mg對(duì)合金晶間腐蝕，以及化銑表面粗糙度的影響。

　　試驗(yàn)材料由實(shí)驗(yàn)室熔鑄制備。使用的原材料為純Al、純Mg、純Zn和Al-50Cu、Al-10Mn、Al-4Ti等中間合金。熔煉在井式電阻爐中進(jìn)行，在760 ℃熔化后降溫至720～730 ℃進(jìn)行澆鑄，合金成分見(jiàn)表1。鑄錠尺寸為35 mm×80 mm×270 mm，鑄錠經(jīng)過(guò)498 ℃×18 h均勻化處理后，軋制成2 mm厚的板材，板材經(jīng)498 ℃×1 h固溶處理后進(jìn)行人工時(shí)效。

　　沿軋向取化銑試樣，尺寸為30 mm×25 mm×2 mm。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40% 的NaOH水溶液對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理，然后水洗晾干。采用HH968-2可剝涂料作為保護(hù)涂層，待固化后用刻刀剝出待化銑表面。將化銑試樣放入80 ℃的化銑液[2]中，化銑后取出干燥。采用JB-4C表面粗糙度儀對(duì)試樣的表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量。

　　在NaCl水溶液中，2024鋁合金的氧化膜成分相對(duì)比較復(fù)雜，其氧化膜的形成與溶解是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程[7]，反應(yīng)式為：

　　從上述反應(yīng)式中可以看出，2024鋁合金的表層以Al的水合氧化物作為保護(hù)合金基體的主要物質(zhì)。在整個(gè)腐蝕滲透過(guò)程中，Cl?會(huì)在電場(chǎng)作用下吸附在水合氧化物的表面，置換界面中的OH?，然后與其中的陽(yáng)離子(Al3+)結(jié)合形成可溶于水的氯化物(AlCl3)，破壞合金氧化層，加快局部腐蝕的發(fā)生[8]。圖1為在3.5% NaCl水溶液中浸泡3 h后的合金表面。對(duì)比合金的EDS結(jié)果可以看出，隨著表面氧化層的破壞，合金首先發(fā)生溶解的位置為S相，隨后沿周邊晶界擴(kuò)展造成晶間腐蝕，對(duì)合金造成更加嚴(yán)重的破壞[9]。

　　晶間腐蝕作為一種局部腐蝕，主要發(fā)生在晶界及其周邊區(qū)域。對(duì)于鋁合金而言，作為第二相的金屬間化合物在熱處理過(guò)程中會(huì)在晶界處發(fā)生選擇性沉淀。這些中間相與鋁基體之間存在電勢(shì)差，從而引起腐蝕反應(yīng)發(fā)生[10]。這種晶界處的腐蝕行為雖然不會(huì)引起金屬整體的大量損失，但這種局部腐蝕發(fā)生的區(qū)域更容易形成裂紋，導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降[11]。圖2顯示了在光學(xué)顯微鏡下三種合金在腐蝕液中腐蝕后的截面情況，表2為最大晶間腐蝕深度結(jié)果。當(dāng)Cu/Mg=2.19時(shí)，合金3的最大晶間腐蝕深度為182 μm，抗晶間腐蝕性能最差。當(dāng)Cu/Mg=3.39時(shí)，合金1最大晶間腐蝕深度為152 μm，晶間腐蝕的敏感性相對(duì)較低。當(dāng)Cu/Mg=2.38時(shí)，合金2最大晶間腐蝕深度為134 μm，此時(shí)合金的耐蝕性最好。

　　圖3顯示了不同Cu/Mg的極化曲線，由極化曲線得到的電化學(xué)腐蝕參數(shù)見(jiàn)表3。一般來(lái)說(shuō)，自腐蝕電勢(shì)取決于材料的屬性，是材料本身各種氧化還原反應(yīng)綜合表現(xiàn)后的穩(wěn)定值[12]。而腐蝕電流密度反映出材料在發(fā)生腐蝕反應(yīng)后腐蝕過(guò)程的快慢。特別是2024鋁合金這樣無(wú)明顯鈍化狀態(tài)的材料首要考慮的就是腐蝕電流密度。從表3中可以看出Cu/Mg不同對(duì)其中的電化學(xué)腐蝕參數(shù)有著很大的影響。根據(jù)Tafel外推法測(cè)量了腐蝕電勢(shì)，陰極和陽(yáng)極的Tafel斜率以及腐蝕電流密度。并根據(jù)公式計(jì)算出腐蝕速率[13]。

　　ni為第i種元素在腐蝕反應(yīng)過(guò)程中的價(jià)態(tài)(有效價(jià)態(tài))；fi為第i種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Wi為第i種元素的相對(duì)分子質(zhì)量。通常腐蝕電流密度越低，腐蝕電勢(shì)越高的材料耐蝕性越好。合金1具有更負(fù)的腐蝕電勢(shì)。這表明合金1在電化學(xué)反應(yīng)中具有較低的腐蝕反應(yīng)臨界值，易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。對(duì)比表4發(fā)現(xiàn)，合金1具有更小的腐蝕電流密度，說(shuō)明合金1在腐蝕過(guò)程中具有較低的腐蝕速率。較低的電流密度使得合金1具有較好的耐蝕性。當(dāng)Cu/Mg=2.19時(shí)，合金具有更正的腐蝕電勢(shì)。盡管合金1的電化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)趨勢(shì)高于合金3，但合金3具有更高的腐蝕電流密度，在達(dá)到臨界值后能快速反應(yīng)，腐蝕敏感性較高。表 4(Table 4)

　　EIS fitting parameters of the three alloys

　　EIS fitting parameters of the three alloys

　　EIS廣泛用于腐蝕領(lǐng)域。EIS作為一種研究腐蝕性環(huán)境中金屬表面狀況的有效方法，在電化學(xué)測(cè)量方面可用于表征發(fā)生在電極/電解質(zhì)界面處的反應(yīng)過(guò)程。

　　中可以看出，三種Cu/Mg合金在3.5%NaCl水溶液中具有不同的表面特性。對(duì)鋁合金而言，其基體表面有一層致密的氧化膜，所以在Bode圖的高頻區(qū)存在一個(gè)時(shí)間常數(shù)。而低頻區(qū)的時(shí)間常數(shù)通常受局部點(diǎn)蝕的影響

　　?2?s?n。此外，合金3擁有更小的電荷轉(zhuǎn)移電阻13 496 Ω/cm2。與合金3相比，合金2具有較小的Yo-2和較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻。較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻表明金屬表面存在更加穩(wěn)定的氧化膜阻礙了Cl?以及腐蝕產(chǎn)物對(duì)合金基體的滲透。在Nyquist圖中表現(xiàn)為，在低頻區(qū)電荷轉(zhuǎn)移部分與實(shí)軸夾角更加接近45°。而Yo-1值與合金氧化膜的水化作用相關(guān)。與理想電容相比，合金表面的狀態(tài)比較復(fù)雜(不均勻的電流分布，表面粗糙度的變化，漏電電容的存在)。利用公式計(jì)算出材料的線]：$\qquad C={Y}_{o}({\omega }^{*}{)}^{n} $(2)式中：C

　　*為特征頻率。對(duì)每個(gè)試樣的線）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。當(dāng)Cu/Mg=3.49時(shí)，合金的線。當(dāng)Cu/Mg=2.19時(shí)線鋁合金而言，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)說(shuō)明在3.5%NaCl水溶液中，當(dāng)Cu/Mg=2.19時(shí)，合金表面可能更易發(fā)生脫合金現(xiàn)象[16]，使得合金表面結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，使真實(shí)電容升高。對(duì)于鋁合金而言，氧化膜的穩(wěn)定性和厚度通常直接關(guān)系到合金的耐蝕性。利用下式對(duì)氧化膜的厚度h進(jìn)行估算

　　Capacitance and oxide film thickness of the three alloys

　　$\qquad h = \frac{{{\varepsilon _0}\varepsilon }}{C} $

　　中可以看出，當(dāng)Cu/Mg=3.49時(shí)，合金氧化膜厚度最大為7.25 nm，當(dāng)Cu/Mg=2.38時(shí)，合金氧化膜厚度為5.56 nm；當(dāng)Cu/Mg=2.19時(shí)，合金氧化膜厚度最低為4.42 nm。由于缺乏足夠厚的氧化膜對(duì)合金基體進(jìn)行保護(hù)，腐蝕性介質(zhì)更容易穿過(guò)氧化膜對(duì)合金基體造成破壞，使合金的耐蝕性大大降低。

　　化學(xué)銑切作為一種特殊的表面腐蝕加工手段，常用作蒙皮材料的加工。2024鋁合金作為蒙皮材料，其表面不允許出現(xiàn)較大的加工痕跡。這種條件通常選擇表面粗糙度與輪廓最大高度對(duì)表面粗糙度進(jìn)行綜合評(píng)判，其結(jié)果見(jiàn)

　　表5中可以看出，合金2的表面粗糙度最低，為0.75 μm，而合金3和合金1的表面粗糙度分別為1.22 μm和1.33 μm。對(duì)比三種合金輪廓的峰值和谷值，合金1具有更大的表面輪廓差值，合金2和合金3相對(duì)差值較小。要想獲得更加平整的表面，需要合金在化銑溶液中能夠均勻腐蝕。從圖6中可以看出，在化銑后的樣品表面出現(xiàn)了大量的腐蝕坑，而且發(fā)生了腐蝕坑的聚集。對(duì)其進(jìn)行EDS分析，發(fā)現(xiàn)在腐蝕坑當(dāng)中的粒子主要是殘余的S相。據(jù)研究表明，在化銑過(guò)程中雖然主要參加反應(yīng)的是鋁基體，但合金中析出相會(huì)與鋁基體產(chǎn)生局部的電化學(xué)反應(yīng)，使得化銑結(jié)果更加不可控[18]。化銑過(guò)程中，S相優(yōu)先發(fā)生選擇性溶解，使合金中的Cu富集。Cu的加入會(huì)使周邊鋁基體優(yōu)先溶解，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，這些第二相粒子發(fā)生脫落導(dǎo)致表面產(chǎn)生深淺不一的腐蝕坑，對(duì)合金表面粗糙度造成嚴(yán)重的影響。