[發明專利]利用脈沖電流處理提高5xxx鋁合金抗晶間腐蝕性能的方法

有效

• 申請號: 201811330504.4
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109207885B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 張新房;張迪;張震
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C21D1/40
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種利用脈沖電流處理提高5xxx鋁合金抗晶間腐蝕性能的方法。可用于直接處理工程應用中即將發生腐蝕失效或已經發生腐蝕失效的構件，構件不用拆卸，實地原位處理。本方法通過改變頻率、脈寬、電流密度和作用時間等不同的工藝參數，利用電脈沖的方法處理已經腐蝕失效的合金，實驗過程中實時測量合金表面的焦耳熱溫升；在相同溫度下，設置傳統熱處理為對照組；隨后將電脈沖處理后的合金和傳統熱處理后的合金進行腐蝕失重測試及顯微硬度測試；同樣腐蝕失重下，脈沖處理焦耳熱效應產生的溫度比傳統熱處理溫度低30?40℃，脈沖處理后合金硬度比傳統熱處理合金硬度高4％。電脈沖處理能夠在保證合金硬度的同時，更加高效的提高合金的抗晶間腐蝕性能。

技術領域

本發明屬于鋁合金熱處理領域，尤其涉及到一種利用脈沖電流處理提高5xxx鋁合金抗晶間腐蝕性能的方法。

背景技術

5xxx鋁合金是指以Mg為主要合金元素的Al-Mg系合金，其擁有優異的耐蝕性能，在現代社會節能、環保、輕量化發展的大背景下，被廣泛應用于國家的各個方面，尤其在船舶中更為普遍。隨著社會的發展，對鋁合金的綜合性能要求也越來越高，在保證合金抗腐蝕性能的前提下，合金的強度需要大幅度提高。而傳統的5xxx系鋁合金屬于熱處理不可強化的合金，只能通過加工硬化和固溶強化獲得必要的強度。在傳統5xxx系合金中，隨著合金中Mg含量的增加，合金的固溶強化效果越強。但對于傳統5xxx系鋁合金來講，當Mg含量高于3.5％的時候，合金在50℃下服役過程中，β-Al₃Mg₂相會優先在晶界處析出，當β-Al₃Mg₂相在晶界處呈連續析出時，合金的抗晶間腐蝕性能會大大下降，甚至會出現腐蝕失效的現象。β-Al₃Mg₂相的腐蝕電位低于鋁基體，因此β-Al₃Mg₂相會呈陽極發生腐蝕溶解。析出相在晶界呈連續析出，由熱作用引起的合金腐蝕敏感性增加的行為被稱作“敏化”。傳統5xxx系鋁合金板材在實際服役中，室溫條件下β-Al₃Mg₂相的析出速度是非常緩慢的，實驗過程中通常采用敏化處理加速β-Al₃Mg₂相的析出，縮短實驗周期。本文中的敏化處理是對傳統5xxx系鋁合金板材在100℃下保溫7天以加速β-Al₃Mg₂相的析出，模擬合金的實際服役老化過程。

傳統熱處理和改變合金的成分是目前提高傳統合金耐蝕性能最普遍的方法，主要目的都是使β-Al₃Mg₂相在晶界上呈現不連續析出，來改善合金的抗晶間腐蝕性能。傳統熱處理一般需要較長的時間，并且熱處理溫度要在Al₃Mg₂相相變轉化溫度以上，溫度較高、時間過長會引起合金的力學性能的顯著降低。添加新的合金元素即新合金的設計，發明專利CN104152759A中公開了一種“高強度耐腐蝕Al-Mg合金及其制備工藝”，該產品中添加了Zn元素，與傳統的AA5083、AA5059等船舶用鋁合金相比，在保證一定力學性能及剝落腐蝕性能不變的前提下，顯著提高了合金的抗晶間腐蝕性能；但是，新合金的開發及應用過程是非常復雜的，完善新合金的理論體系就是一個巨大的工程，新合金應用時各種配套設施也需要進一步完善，這些都極大地增加了實驗的周期和成本。

電脈沖處理方法的出現為上述問題的解決提供了另一種途徑。高能脈沖電流的處理方法已經被廣泛應用在金屬材料中，其特有的短時、高效、節能的處理特點是傳統熱處理無法比擬的。在電脈沖的作用下，電子和原子的交互作用增強，金屬材料中原子的擴散速度加快，從而影響合金中析出相的尺寸、形貌和分布，改善合金的性能。但是，高能脈沖電流的處理裝置是非常復雜和笨重的，不可攜帶，不能應用到結構件的直接處理中。所以本發明中采用了低電流密度的電脈沖發生裝置，裝置簡便攜帶，在進行處理時，電子和原子的交互作用依舊強烈，很好的結合了以上方法的優點。

發明內容