2195铝锂合金板材表层粗晶形成机制及其对静动态腐蚀性能的差异化影响研究

【编辑推荐】为解决航空用2195 Al-Li合金热成形件中表层粗晶(PCG)对腐蚀行为的矛盾影响问题，研究人员通过热挤压-轧制-固溶时效工艺，揭示了PCG层通过抑制晶界相连续性提升静态腐蚀抗力(如电化学腐蚀电流密度降低)，却加剧动态应力腐蚀敏感性的双重作用机制，为高可靠性轻量化构件设计提供理论依据。

　　

随着航空航天领域对轻量化材料的迫切需求，第三代铝锂(Al-Li)合金因其优异的比强度和刚度成为燃料贮箱、机翼蒙皮等关键部件的首选材料。然而，这类合金在热成形过程中形成的表层粗晶(Peripheral Coarse Grains, PCG)却成为一把"双刃剑"——早期研究显示PCG可能同时改善某些腐蚀性能却恶化机械性能，这种矛盾现象严重阻碍了材料服役安全性的准确评估。更棘手的是，含铜、锂等多组元的2195合金中沉淀相行为复杂，PCG对静动态腐蚀性能的影响机制始终是未解之谜。

针对这一挑战，由中国某高校团队领衔的研究通过创新的热加工-热处理协同调控策略，首次系统揭示了2195合金PCG层的形成规律及其对三类腐蚀行为的差异化影响机制。相关成果发表在材料领域权威期刊《Journal of Alloys and Compounds》上，为发展抗腐蚀铝锂合金构件提供了关键理论支撑。

研究团队采用多尺度表征与性能测试相结合的技术路线：首先通过热挤压(800T水平挤压机)-热轧工艺制备板材，结合500℃/24h均匀化处理消除铸锭偏析；利用金相-EBSD联用技术追踪从轧态到固溶时效态的PCG演化过程；通过电化学工作站测试开路电位和动电位极化曲线；采用慢应变速率试验(SSRT)评估应力腐蚀敏感性；结合SEM-EDS解析腐蚀产物与晶界相分布特征。

【Plate grain structure】
研究发现轧态板材仅呈现沿轧向延伸的纤维组织，而经470℃固溶处理后表层200-250μm区域突发性形成PCG层。EBSD分析表明，这源于表层细晶在高温下通过异常晶粒长大(Abnormal Grain Growth)机制粗化，而心部保持细小等轴晶，形成独特的梯度组织结构。

【Conclusion】
关键结论揭示：1) PCG层因晶界数量减少和晶界相不连续分布，有效阻碍了腐蚀沿晶界的扩展，使晶间腐蚀(IGC)深度降低40%；2) 表面PCG使腐蚀电位正移0.12V，腐蚀电流密度下降1个数量级，显著提升电化学稳定性；3) 但SSRT测试显示PCG样品伸长率损失达28%，应力腐蚀敏感性指数升高35%，这归因于粗晶区应变协调能力差导致的局部应力集中。

该研究首次阐明PCG通过"晶界工程"效应改善静态腐蚀抗性，却因塑性变形能力不足恶化了动态服役性能的矛盾机制。这一发现突破了传统单纯追求细晶化的技术路线，提出了"梯度组织协同设计"的新思路——通过精确控制PCG层厚度与心部细晶的比例，有望实现静动态性能的平衡优化。研究成果被直接应用于新一代火箭燃料贮箱的工艺优化，使构件盐雾环境下的寿命提升2.3倍。论文中建立的"PCG厚度-晶界相连续性-腐蚀抗力"定量关系模型，更为其他铝合金体系的腐蚀控制提供了普适性理论框架。