Al-Mg-Si-Cu系铝合金晶间腐蚀

晶间腐蚀是--种由组织电化学不均匀性引起的局部腐蚀。晶间腐蚀破坏了晶粒间的结合力，使合金力学性能急剧下降，是铝合金最危险的腐蚀破坏形式之一。晶间腐蚀是由于沿晶界产生连续的析出相，而晶界区域与晶粒间又存在电位差所引起的。析出相相对于基体，可以是阳极，也可以是阴极"。--般来说，当Al-Mg--Si系铝合金中.Mg/Si> 1.73时，时效时晶界只析出Mg2Si粒子，铝合金基体与MgSi粒子电位接近，电偶腐蚀小，合金无晶间腐蚀倾向;当Mg/Si< 1.73时，时效时晶界可同时析出MgSi及Si粒子，其耐蚀性下降，合金存在晶间腐蚀倾向。加人Cu后的Al-Mg -Si系合金，合金中的析出相种类有所增加，当含铜量超过一定数值时，新的四元相Q相(ALCu,MgsSin)形成，Cu的加入会降低Al-Mg--Si合金的耐腐蚀性能”。

1、铝合金晶间腐蚀机理简述

目前，关于铝合金的晶间腐蚀形成机理主要有以下三种理论":

(1)阳极性的晶界组成物(溶质贫化区或沉.淀相)与基体的腐蚀电位差异形成电偶腐蚀，进而导致晶间腐蚀。

(2)溶质贫化区(SDZ) 晶格本体之间和破坏电位(breakdown potential)差异导致晶间腐蚀。

(3)晶界沉淀相的溶解形成侵蚀性更强的闭塞区环境(oceluded environment)，导致连续的晶间腐蚀。

发生晶间腐蚀需同时满足3个条件": (1) 有腐蚀介质;(2)晶界上析出相和固溶体间的电位差大于100mV左右; (3) 晶界析出相连续分布。对于沉淀硬化型铝合金，晶界析出相的尺寸和分布取决于淬火和人工时效条件。因此，为减少或抑制晶间腐蚀，应避免析出相在晶界上连续分布。

除上述三种主要理论外，还有一种晶间腐蚀理论考虑了晶界处的局部应力，它是通过二次相形核而产生。于是，在紧邻二次析出相处的扭曲晶格位置，优先发生了局部腐蚀。也可认为，应力和应变会引起晶界原子更加无序，结果导致阳极溶解的驱动力变大。但是，晶界处的微应力或微应变可能只对晶间腐蚀起次要作用，可能仅引起扩散通道增加。

2、Al-Mg-Si--Cu系合金晶间腐蚀特点

Al-Mg- -Si-Cu系合金具有低密度、中等强度、良好的成型性、焊接性和低应力腐蚀敏感性等优点，在航天航空领域有着重要应用，如6013、6056、1370及 6069等合金15-7。Al-Mg- -Si-Cu 系合金是热处理可强化合金。时效硬化型铝合金的强度主要取决于晶内析出相的性质、形貌及数量。要使合金获得较高强度，要求晶内析出数量多而与基体存在较大的共格畸变析出相，从而对位错滑移产生高的阻力”。大量研究结果表明，6x x x合金在单级峰时效状态下晶内析出大量细小弥散的针状相β"，使合金达到最大强度。

Svenningsen等人"就热处理工艺对含Cu的6xxx铝合金晶间腐蚀的影响做了详细的研究，发现晶界.上Q相和β相的形成可能导致晶间腐蚀。另外还发现在晶界附近有富Cu薄膜的存在，这使得铜膜与周围的贫Cu区构成腐蚀微电池，随时效时间的延长，晶界Cu薄膜粗化而变的不连续，使抗晶间腐蚀能力提高。但这使得晶界上析出相粗化，最终导致过时效时出现尺寸较大的点蚀。但是如果把合金中Cu的质量百分比将到0.1%以下，铝合金晶间腐蚀可能得到避免。

3、合金元素对晶间腐蚀性能的影响

Al-Mg- Si-Cu系铝合金的主要合金元素为Mg和Si，并添加有少量的Cu，此外还有微量及杂质元素如Cr、Mn、Ti、Fe和Sn等。不同的合金元素对铝合金的腐蚀电位影响不同，对AI-Mg -Si-Cu合金来说，Mg元素会降低合金的腐蚀电位，而Si和Cu元素会使合金的腐蚀电位升高。而且，如果热处理过程造成合金元素不均匀分布，Al-Mg -Si-Cu合金会产生局部腐蚀倾向，T6态的Al-Mg- -Si- -Cu合金有严重的晶间腐蚀敏感性。

4、结束语

Al-Mg- .Si- -Cu系铝合金具有比Al-Mg -Si系铝合金更优异的力学性能，在航天航空、交通运输、3C电子铝材等领域获得广泛的应用。由于少量Cu的添加，合金的晶间腐蚀敏感性显著增大，降低合金晶间腐蚀倾向，充分挖掘Al-Mg- -Si- -Cu系铝合金的潜能，是目前研究的热点之一。优化合金元素含量，分析各个合金元素在热处理过程中的相互作用及其对合金强化作用的影响，研究Mg、Si原子比和Cu含量的最佳组合，合理控制合金中Mn、Cr等过渡族元素的含量，采用微合金化方法，添加微量的Zr及稀土元素，消除或抑制合金晶间腐蚀;同时，结合三维原子探针、球差校正透射电镜等先进显微表征技术，研究AI-Mg- -Si-Cu 系铝合金时效过程中的析出相结构特点及其动态演化规律，揭示析出相与合金力学性能、晶间腐蚀性能的本征关系,进一步完善晶间腐蚀机理，为研究和开发新的均匀化热处理、固溶时效及焊接工艺,提供理论依据和实际应用，是今后重要的研究方向。