AA5083铝合金Al-SiC增强搅拌摩擦焊接工艺参数对力学性能及腐蚀行为的影响机制研究

本研究针对AA5083铝合金在船舶制造等腐蚀环境中焊接性能不足的问题，通过Al-SiC复合粉末增强搅拌摩擦焊接(FSW)技术，系统探究了SiC含量(5-15 wt%)、旋转速度(700-900 rpm)和焊接速度(20-60 mm/min)对焊缝强度、硬度及耐蚀性的影响。结果表明：15 wt% SiC+800 rpm+40 mm/min参数组合使抗拉强度提升至136.38 MPa，腐蚀失重降低，揭示了工艺参数-微观结构-性能的协同调控机制，为海洋工程铝合金焊接提供了优化方案。

　　

在船舶制造和化工储罐等严苛腐蚀环境中，AA5083铝合金因其优异的耐海水腐蚀性能成为关键结构材料。然而传统熔焊会导致热裂纹、气孔等问题，而常规搅拌摩擦焊接(FSW)虽能避免熔化缺陷，却面临热机械影响区(TMAZ)强度下降、晶间腐蚀敏感的挑战。更棘手的是，焊接参数与增强相添加的协同效应对性能的影响机制尚不明确，这直接制约着海洋装备焊接接头的可靠性提升。

针对这一技术瓶颈，研究人员创新性地采用球磨法制备Al-SiC复合粉末作为增强相，通过设计L18正交实验，系统研究了SiC含量(5/15 wt%)、旋转速度(700/800/900 rpm)和焊接速度(20/40/60 mm/min)对AA5083焊接接头的影响。研究发现：当采用15 wt% SiC增强、800 rpm旋转速度和40 mm/min焊接速度时，抗拉强度达到136.38 MPa，较基材提升24%，腐蚀失重显著降低。微观分析揭示，该参数组合能形成细晶强化与SiC颗粒弥散强化的协同效应，而过高转速(900 rpm)会导致孔洞缺陷，过高焊速(60 mm/min)则引发晶间结合不良。

关键技术方法包括：1) 机械球磨制备Al-SiC复合粉末(400 rpm×6 h)；2) 预开槽填充粉末的FSW工艺；3) 按ASTM E8标准制备拉伸试样；4) 90天浸泡腐蚀实验(ASTM G31-72标准)；5) 维氏硬度测试(10N载荷)。

研究结果具体表现为：

1. 力学性能：15 wt% SiC样品比5 wt%样品强度平均提高22%，800 rpm转速下强度较700/900 rpm分别提升12%和18%。SEM显示最佳参数样品断裂面呈现韧窝特征，而高焊速样品出现解理台阶。
2. 微观结构：800 rpm+40 mm/min组合形成1-5 μm细晶区，而700 rpm样品出现10-20 μm粗晶和SiC团聚。EBSD证实高角度晶界比例与硬度呈正相关。
3. 腐蚀行为：15 wt% SiC样品90天腐蚀失重仅1.2 mg/cm²
   ，较基材降低52%。极化曲线显示800 rpm样品的钝化区间拓宽3倍。

该研究创新性地证实：Al-SiC复合增强可同步提升AA5083焊接接头的强度(136 MPa)和耐蚀性(腐蚀速率0.013 mm/a)，而800 rpm转速能优化颗粒分布，40 mm/min焊速可平衡热输入与塑性流动。这一发现为海洋工程铝合金焊接提供了可量化的工艺窗口，其提出的"旋转速度-颗粒分散度-晶界密度"调控模型，对开发新一代耐蚀铝基复合材料具有重要指导意义。论文中关于SiC含量与腐蚀失重的非线性关系(>15 wt%时点蚀加剧)的发现，更为后续研究指明了优化方向。