熱處理工藝對電弧增材制造ＺＬ１１４Ａ鋁合金耐蝕性能的影響

張艷 沈志胤 張熠琨

摘 要：為了研究熱處理工藝對電弧增材制造ＺＬ１１４Ａ鋁合金耐蝕行為的影響，采用光學顯微鏡和附帶能譜儀的掃描電子顯微鏡分析了第二相的形貌及成分，并采用電化學工作站測試了鋁合金的腐蝕行為．結果表明：經過固溶和時效處理后，ＺＬ１１４Ａ鋁合金的組織主要由α（Ａｌ）基體、共晶Ｓｉ和Ｍｇ２Ｓｉ相組成．當在５４０℃固溶處理時，隨著固溶時間從２ｈ增加到１４ｈ，合金中共晶硅相逐漸轉變為球狀．經過１４ｈ的固溶處理后，合金表現出很強的鈍化能力．合金經過時效處理后，隨著時效時間從４ｈ增加到１２ｈ，晶內析出的共晶硅和Ｍｇ２Ｓｉ相數量逐漸增多，合金耐蝕性能降低．

關 鍵 詞：電弧增材制造；ＺＬ１１４Ａ鋁合金；熱處理；第二相；耐蝕性能；固溶時間；共晶硅相；鈍化能力

中圖分類號：ＴＧ１７８ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２３）０４－０４０３－０８

ＺＬ１１４Ａ合金為亞共晶ＡｌＳｉＭｇ系合金，具有較高強度以及良好的鑄造性、氣密性、耐蝕性與焊接性等優點，廣泛應用于航空航天及軍工等領域．常規大型金屬構件制造存在工藝流程復雜、材料利用率低、成本高、效率低等問題［１］．絲材電弧增材制造技術（ＷＡＡＭ）可以有效改進這一現象，實現大中型零件高效率、低成本制造，成為學者研究的重要方向［２］．目前，針對ＺＬ１１４Ａ鋁合金增材構件的研究主要考慮強化力學方面的性能．常云龍等［３］發現在電弧增材制造過程中快速冷卻過程使得堆積后的合金具有較小的一次和二次枝晶間距，增材件經過Ｔ６熱處理后共晶硅相分布均勻，力學性能顯著提升．鄭濤等［４］發現增材制造ＺＬ１１４Ａ鋁合金經過Ｔ６熱處理后，堆積態組織各向異性消失，合金力學性能優于鑄造合金．有關增材制造ＡｌＳｉ系合金腐蝕性能的研究卻鮮有報道．ＺＬ１１４Ａ鋁合金為可熱處理強化合金，可以通過熱處理工藝提高其力學性能［５－６］．合金的力學性能和腐蝕性能主要由合金的組織結構、第二相粒子形狀、大小及尺寸等因素決定，因此，有必要優化合金的熱處理工藝，進而改進合金的力學性能和腐蝕性能．ＡｌＳｉＭｇ合金中的組織主要包括α（Ａｌ）、Ｓｉ相、Ｍｇ２Ｓｉ相等，且Ｍｇ２Ｓｉ相為合金的主要強化相［７］．熱處理過程中合金元素在晶界析出會增大晶界和晶粒內部的電位差，使得合金的耐腐蝕性能變差．此外，晶界處除了能夠析出含Ｍｇ、Ｓｉ的析出相外，還會析出尺寸較大的共晶Ｓｉ顆粒，導致α（Ａｌ）與共晶硅之間形成腐蝕電池，這也會影響合金的腐蝕性能［８］．隨著增材制造技術的迅速發展，材料的耐蝕性能作為一個重要指標受到學者們的廣泛關注［９－１３］．本文選用電弧增材制造ＺＬ１１４Ａ鋁合金為基礎合金，采用電化學測試系統和光學、掃描電子顯微鏡等分析測試手段，研究不同固溶時間、時效時間等熱處理參數下ＺＬ１１４Ａ鋁合金在３５％ＮａＣｌ溶液中的形貌演變規律和腐蝕行為，探討ＺＬ１１４Ａ鋁合金的腐蝕機理．