阳极氧化后某2A12铝合金零件表面缺陷的成因

阳极氧化后某2A12铝合金零件膜层异常发亮、存在表面缺陷。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析技术,研究了阳极氧化后零件膜层颜色异常,显现出线条状缺陷的原因。结果表明:该铝合金基体存在富铜偏析相和夹杂相,在阳极氧化过程中,基体中的偏析相优先溶解,杂质相不被氧化,导致阳极氧化膜不均匀,膜层局部区域出现孔洞和夹杂物。

2A12铝合金预置裂纹脉冲电流处理分析

2A12铝合金强度高,是应用较广泛的金属合金之一,用于高负荷金属构件制作,构件出现裂纹会影响性能,脉冲电流处理法可有效降低裂纹出现的可能性。本文结合2A12铝合金成分组成与特性,研究脉冲电流处理法应用策略,分析铝合金构件裂纹处理结果,探究该方法修复裂纹的可行性,保证2A12铝合金构件性能达标,为开展构件裂纹修复工作提供参考。

均匀化退火对热轧2A12铝合金板组织性能的影响

为了降低铸造2A12铝合金热轧工艺成本,研究了均匀化退火工艺对热轧2A12铝合金微观组织和机械性能的影响。结果表明,铸态2A12铝合金存在严重的偏析,均匀化退火能够有效改善微观偏析,降低晶界处的应力集中,减少晶界处出现裂纹的风险,提高铸锭强度;但均匀化退火过程容易使铸锭晶界处的强化元素大量回溶,晶界强化相减少,使热轧板力学性能略有下降,而耐腐蚀性提高。

稀土Ce对2A12铝合金耐蚀性的影响

通过室内周期浸润腐蚀实验方法,研究了稀土Ce对2A12铝合金在含Cl-海洋大气模拟环境中的腐蚀行为。采用蔡司显微镜观察了铸态金相组织,用能量色散谱仪(EDS)分析了腐蚀产物元素组成。采用失重法分析了2A12铝合金腐蚀动力学规律,采用电化学极化曲线分析了2A12铝合金腐蚀后的电化学行为。结果表明,稀土的加入使得2A12铝合金的均匀性得到改善,腐蚀速率明显减小,腐蚀电流密度降低,腐蚀电压增加。稀土Ce的加入使得2A12铝合金锈层更致密而导致铝合金基体表面的电化学反应缓慢。

搅拌摩擦焊修复2A12铝合金蒙皮裂纹的接头显微组织与力学性能研究

针对1.5 mm厚2A12-T4飞机铝合金蒙皮裂纹缺陷,采用搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行裂纹修复,对FSW接头的显微组织演变、力学性能特征及材料流动行为进行研究。结果表明:修复后接头表面成形较好,弧纹均匀清晰无明显缺陷产生,轴肩作用区边缘出现轻微飞边;接头宏观组织观察到明显的包铝层被搅拌进入基体的现象;接头横截面形貌呈梯形分布,分为母材区、热影响区、热力影响区及搅拌区;搅拌区晶粒发生动态再结晶,形成平均晶粒尺寸为2.68μm的均匀细小等轴晶,远小于平均尺寸为16.94μm的母材区晶粒;修复后接头抗拉强度为379.88 MPa,达到母材强度的91%;修复接头断裂位置发生在前进侧热力影响区附近,断面宏观较平整,但微观存在明显的撕裂棱及韧窝。

微弧氧化法制备2A12铝合金高发射率涂层的性能研究

铝合金作为航天电推进器用加速喷射电真空器件的常用材料得到广泛应用,然而其在应用过程中容易出现过热现象,进而影响工作性能和使用寿命。因此,严重限制了铝合金的进一步应用。为了有效地解决铝合金过热问题,需将其表面聚集的热量进行有效地散发。采用微弧氧化(MAO)技术,以磷酸盐为基础电解液的主要成分,以FeSO_(4)为添加剂,通过调控FeSO_(4)的浓度,在2A12铝合金表面制备出组分分布均匀的具有红外高发射率的热控辐射涂层。使用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、涡流测厚仪、粗糙度仪、万能材料试验机、傅里叶变换红外光谱仪,对不同FeSO_(4)浓度下制备的微弧氧化涂层的表面形貌、元素组成、相组成、厚度、粗糙度、结合强度及红外发射率进行了系统分析。结果表明,随着FeSO_(4)浓度从0 g·L^(-1)增加到8 g·L^(-1),涂层表面的孔洞数量逐渐减少,孔洞尺寸逐渐增加且出现裂纹,涂层的厚度和粗糙度逐渐增加。其中,厚度从17.2μm增加至39.1μm,粗糙度从1.94μm增加至2.96μm。另外,XRD及XPS分析结果表明,涂层主要由α-Al_(2)O_(3)、γ-Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3)相组成,且均为基体与电解液反应生成的产物。值得注意的是,当FeSO_(4)浓度为6 g·L^(-1)时,涂层的结合强度、红外发射率值达到最佳值,分别为39.8 MPa和0.909。本研究为2A12铝合金在航空航天领域中进一步应用提供了理论依据。

2017铝合金/2A12铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和性能

在不同焊接速度(80,100,120 mm·min^(-1))和主轴转速(750,1000,1250 r·min^(-1))下对5 mm厚的2A12铝合金板和2017铝合金板进行搅拌摩擦焊接,研究了不同工艺参数下接头的组织和力学性能。结果表明:不同焊接速度和主轴转速下2017铝合金/2A12铝合金搅拌摩擦焊接头均未见明显宏观缺陷,均由焊核区、热机影响区、热影响区和母材组成。焊核区中2017铝合金和2A12铝合金组织交替分布,晶粒均为细小等轴晶,2A12铝合金侧(后退侧)热机影响区存在大量粗大且不规则的变形晶粒和少量回复再结晶晶粒,热影响区的变形晶粒更加粗大且较为规则。焊核区2017铝合金的晶粒尺寸小于2A12铝合金,随着焊接速度或主轴转速的增加,2种铝合金的晶粒尺寸均增大。不同工艺参数下接头的截面硬度整体呈“W”形分布,接头的最低硬度区以及拉伸断裂位置均位于2017铝合金侧的热影响区。当主轴转速为750,1250 r·min^(-1)时,不同焊接速度下接头的抗拉强度分别约为390,350 MPa,而当主轴转速为1000 r·min^(-1)时,抗拉强度均大于390 MPa。当主轴转速为1000 r·min^(-1),焊接速度为100 mm·min^(-1)时,接头的抗拉强度最高,为2017铝合金母材的80%,断后伸长率最大,接头的断裂类型为韧性断裂。

2A12铝合金方形光斑激光冲击强化残余应力场研究

为了分析以2A12铝合金为代表的航天铝合金在激光冲击强化后表面和内部残余应力的分布,采用数值模拟的方法对2A12铝合金进行了方光斑激光冲击强化后的残余应力场计算,得到了不同激光参数下的残余应力场分布曲线。研究发现,在脉冲宽度为10 ns、光斑尺寸为4 mm的固定参数下,单光斑激光冲击强化在峰值压力为1800 MPa时残余应力分布最优,最大残余应力值为-242.1 MPa。冲击强化两次获得了最佳残余应力分布,其残余应力最大值为-403.8 MPa。此外,在多光斑激光冲击强化中,利用60%的光斑重叠率可以在表面和深度方向上产生最佳的残余应力分布。本模型模拟结果与已有实验数据吻合较好,可为实际方形光斑激光冲击强化铝合金实验提供理论指导。

GTAW堆焊工艺参数对2A12铝合金板堆焊焊缝组织和力学性能的影响

某型装备腹部铝合金盖板在使用一段时间后易出现裂纹、磨损现象,需采用钨极氩弧焊方法进行修复,研究焊接电流和氩气流量对2A12铝合金板堆焊焊缝组织和力学性能的影响。研究结果表明,1.2 mm厚的2A12铝合金板材,当氩气流量不变时,随着电流的增大,堆焊焊缝抗拉强度先增大后减小,在焊接电流为60 A时抗拉强度最大,拉伸断裂位置为母材。当焊接电流不变时,随着氩气流量的增大,堆焊焊缝抗拉强度先增大后减小,在氩气流量为8.5 L/min时抗拉强度最大。当焊接电流60 A,保护气体(氩气)流量8.5 L/min时堆焊焊缝平均抗拉强度达到最大,为127.09 MPa。不同参数下的堆焊焊缝硬度分布趋势大致相同,都呈现M形。

包铝层对2A12铝合金电导率与硬度的影响

随着国产包铝合金在航空领域的广泛使用,验证包铝合金质量的好坏尤为重要,而包铝合金包覆层的不均匀性导致电导率和硬度检测不合格的问题逐渐突出。为了识别包铝合金的包铝层覆盖程度,制备了带有包铝层、厚度为0.8~3.5.mm的2A12铝合金试件,采用电导率法和硬度法测量试件的导电性能和抗压性能。讨论了不同厚度2A12包铝合金与裸铝合金的电导率和硬度之间的关系,探索了包铝层厚度对铝合金电导率和硬度的影响。结果表明,包铝层厚度随包铝合金厚度的增加呈先增加后减少再增加的趋势,且对其导电性能和抗压性能具有显著影响;1.5.mm以上2A12包铝合金的电导率和硬度呈负相关变化;电导率和硬度的变化可评价包铝层的覆盖程度。

等径角挤压2A12铝合金超细晶组织结构研究

使用Φ=90°和ψ=30°的挤压模具在室温下对2A12铝合金进行了8次等径角挤压,成功制备了晶粒尺寸为200nm左右、具有大角度晶界的块体超细晶材料,并且采用HitachiS-800透射电镜,研究了挤压过程中2A12铝合金的组织结构及其变化。结果表明挤压一次后,晶粒内位错密度急剧增加,形成位错纠缠,晶粒细化效果最明显;挤压前分布在α-Al基体上的针状第二相Al2Cu和颗粒状Al2Cu Mg,在剪切力的作用下,针状Al2Cu变成颗粒状,弥散分布在α-Al基体上,Al2CuMg颗粒因晶粒细化进入了晶界位置,而且在以后的挤压中,这些化合物颗粒大小基本保持不变。继续挤压,位错逐渐由晶内移动到晶界上,在晶界上形成胞状组织,最后逐渐变成了清晰的小角度晶界或大角度晶界,从而实现组织的超细化。

喷丸强化对7A12铝合金微观组织和疲劳性能的影响

研究喷丸强化对高强铝合金7A12高周疲劳性能的影响。利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察喷丸和未喷丸状态的微观组织和断口形貌,利用X射线(XRD)分析强化层残余应力分布情况。结果表明:喷丸强化使7A12铝合金疲劳强度提高了26%。喷丸强化可在材料表面引入残余压应力,并显著细化表层晶粒(形成亚晶)和实现位错增殖,且沿层深呈梯度变化特征。喷丸强化引起7A12铝合金疲劳强度提高可归因于喷丸造成的晶粒细化和位错增殖对疲劳裂纹萌生的有效抑制,以及喷丸引入的表面残余压应力对疲劳裂纹早期扩展的有效阻止作用。疲劳试样断口形貌证实喷丸强化后试样的疲劳裂纹扩展速率明显低于原始状态。

2A12铝合金在含Cl^-环境中的腐蚀行为和规律研究

通过室内浸泡模拟实验方法,研究了2A12铝合金在含Cl-典型环境中的腐蚀行为与电化学规律.采用扫描电镜观察了试样的组织和腐蚀产物的微观形貌,并用能量色散谱(EDS)分析了腐蚀产物元素组成.采用失重法分析了2A12铝合金腐蚀动力学规律,并采用电化学阻抗技术分析了2A12铝合金腐蚀后的电化学行为规律.实验结果表明,浸泡480 h后,2A12铝合金发生了明显的点蚀和小片状剥蚀,Cl-和第二相是促进点蚀形成和发展的主要原因;浸泡480 h后的动力学规律遵从幂指数规律;电化学阻抗谱中的Nyquist曲线由压缩的双容抗弧组成,随浸泡时间的延长,点蚀不断生成并发展,与腐蚀产物的产生与剥落综合作用,使电化学阻抗模值呈先减小后增大再减小的动态变化.

2A12铝合金本构关系和失效模型

通过万能材料试验机、扭转试验机、霍普金森拉杆和Taylor撞击实验研究高强铝合金2A12在常温至250℃的准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值仿真得到了模型参数。实验结果表明,2A12铝合金的应变强化效应和温度软化效应显著,而应变率硬化效应不显著;失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的增加而增加。

电解液对2A12铝合金硬质阳极氧化膜层性能的影响

目的对硫酸、混合酸电解液体系中制备的2A12铝合金硬质阳极氧化膜层性能进行研究,找出混合酸电解液体系对2A12铝合金硬质阳极氧化过程的影响机理,为改善膜层的耐蚀性能提供一种思路。方法通过对膜层厚度、显微硬度、微观形貌、极化曲线、交流阻抗试验结果进行分析,研究不同电解液对2A12硬质阳极氧化膜层性能的影响。结果在有机酸的活性吸附作用下,混和酸电解液解决了硫酸电解液制备2A12铝合金硬质阳极氧化膜存在的厚度、硬度不均匀及烧蚀现象,制备的膜层厚度范围为35～38μm,硬度范围为386～407HV0.05,具有厚度和硬度分布均匀、离散性小的特点。极化曲线及电化学交流阻抗分析表明,混合酸电解液体系中制备的2A12铝合金硬质阳极氧化膜层未进行封孔处理时,膜层的自腐蚀电位为-619.93 m V,阻挡层电阻为1.4×105Ω·cm2;封孔处理后,膜层的自腐蚀电位为-74.69m V,阻挡层电阻为2.376×106Ω·cm2。这说明封孔处理能够改善阻挡层的质量,显著提高膜层的耐腐蚀性能。结论采用混合酸电解液体系能够稳定制备出2A12铝合金硬质阳极氧化膜层,制备的膜层应进行封孔处理。

2A12铝合金硬质阳极氧化及膜层性能研究

目的对混合酸电解液体系中2A12铝合金硬质阳极氧化膜层的制备及性能进行研究。方法采用以硫酸为主的混合酸电解液体系,对2A12铝合金进行硬质阳极氧化,研究混合酸电解液主要成分对2A12硬质阳极氧化膜层性能的作用和影响。结果在硫酸的溶解、有机酸吸附以及添加剂的耦合作用下,混和酸电解液避免了2A12铝合金硬质阳极氧化膜制备过程中存在的烧蚀现象,膜层平均硬度达到400HV0.05以上。WX添加剂能够明显改善2A12铝合金硬氧化膜层的耐蚀性能,经过168 h的中性盐雾试验,仅出现了5%的白霜,但与相同厚度的7A04铝合金硬质阳极氧化膜层相比,耐蚀性较差。结论建议制备有耐蚀性要求的硬质阳极氧化膜层时选用铜含量较低的铝合金材料。

2A12铝合金筋板件T型搅拌摩擦焊工艺及焊后热处理

为评价2A12铝合金筋板件搅拌摩擦焊工艺并探寻提高接头强度的途径,进行了2A12铝合金筋板件的T型搅拌摩擦焊焊接工艺试验,并对不同人工时效热处理下焊接接头的微观组织及性能进行了研究.研究表明:采用T型搅拌摩擦焊即可实现2A12铝合金筋板件的成形,当搅拌头旋转速度为750 r/min、焊接速度60 mm/min时,接头的抗拉强度达到了315 MPa,为母材强度的70.1%;断裂出现在前进侧热机影响区,硬度的最低处也在该区域,说明2A12铝合金搅拌摩擦焊接头的薄弱点在热机影响区.采用退火+固溶+分级时效热处理的方法能显著改善焊接接头的强度,接头的抗拉强度可达387 MPa,为母材的86.3%;焊接接头的薄弱点仍在前进侧的热机影响区.

热循环作用下2A12铝合金的微观结构与性能

为了考察低地球轨道卫星运行环境下金属材料的冷热疲劳损伤机制，采用模拟实验，并利用光学显微镜、XRD、TEM及显微硬度仪分析研究热循环作用下2A12铝合金的微观结构和性能的演化行为。结果表明：在200次以内的热循环过程中，样品硬度有所降低；200～300次循环样品则出现循环硬化现象；300次循环后，样品硬度迅速下降，出现循环软化现象。微结构分析结果表明：热循环过程中，2A12铝合金的性能变化与其微观结构的演化行为关系密切，300次热循环时，样品中形成了大量尺寸细小的针状S’相（A12CuMg）；而500次循环样品中，S’相消失，代之以粗大s相（A1，CuMg）的形成。此外，500次热循环后，析出相附近区域形成大量的空穴，这些空穴容易成为冷热疲劳裂纹萌生的有利位置。

不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能

采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行不同应力幅比下的多轴疲劳实验,观察试样断口形貌并结合加载过程中的疲劳循环曲线进行失效机理分析。结果表明:单级加载条件下,随应力幅比的增加合金的疲劳寿命提高,纯扭转条件下断面存在平整的光滑区域,随应力幅比的增加断面划痕减少,并能观察到疲劳条带以及鱼骨状、鳞片状和蜂窝状特殊形貌;不同应力幅比累积路径下,多轴疲劳寿命随一级加载周次变化的规律不同;高-低应力幅比累积路径下,拉压方向一级高应力幅比加载阶段出现明显的循环硬化现象,材料产生"锻炼效应"。

5A06和2A12铝合金在硫酸-己二酸中阳极氧化行为及膜层电化学性能

以5A06和2A12铝合金为研究对象,研究了Al-Mg和Al-Cu合金在硫酸-己二酸中阳极氧化行为及其氧化膜的电化学性能,分析合金相对铝合金阳极氧化膜层结构以及耐蚀性的影响.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表面形貌观察,采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)进行膜层的电化学性能评价.结果表明:2A12铝合金恒电压阳极氧化过程中出现两个电流峰值,这说明含铜相的溶解会影响阳极氧化过程;2A12铝合金膜层孔洞不规整,连通现象严重,含铜相的富集促进了氧气的产生,影响了氧化膜的微观结构;相同浸泡时间下,5A06铝合金氧化膜自腐蚀电位更高,自腐蚀电流更低,具有较高的耐蚀性,这是由于Al-Cu合金的孔隙率要比Al-Mg合金高.