基于超声强化研磨的6061-T6铝合金耐腐蚀性能研究

作     者：冯权国 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晓初;刘志军

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：6061-T6铝合金 超声强化研磨加工 表面完整性 耐腐蚀性能 

摘      要：6061-T6铝合金因具有密度低、比强度高、易成型等优点,被广泛应用于海洋工程领域的船舶涡轮叶轮零部件中。但由于6061-T6铝合金的耐蚀性差,当6061-T6铝合金零部件长期在复杂的海洋环境下服役时,极易遭受到环境中大量Cl-的腐蚀,进而引发机械故障。因此,如何提高铝合金的表面性能,已成为当前船舶装备研究领域的重点课题。超声强化研磨加工（USGP）作为一种新型的材料表面改性技术,能够在材料表层引入高密度位错以及残余压应力,同时可以细化材料表层晶粒组织,进而能够提升材料的耐腐蚀性能。为提高6061-T6铝合金在复杂的海洋环境下的服役寿命,本文开展了“基于超声强化研磨的6061-T6铝合金耐腐蚀性能研究的课题研究,对促进该技术在船舶装备领域的应用具有重要的意义。本文系统性地研究分析了不同工艺参数的超声强化研磨加工对6061-T6铝合金试样表面形貌、表层组织、残余应力及耐腐蚀性能的影响,主要的研究内容和结果如下: （1）研究了超声强化研磨加工对6061-T6铝合金试样表面完整性的影响。对不同工艺参数（加工时间、陶瓷球粒径）的超声强化研磨加工试样的表面形貌和表层组织等变化情况进行分析,探讨了超声强化研磨加工对试样表面粗糙度、晶粒尺寸、位错密度、残余应力等变化的影响规律。结果表明,超声强化研磨加工后试样的表面粗糙度有所增大,同时超声强化研磨加工可以促使试样表层晶粒组织发生显著的细化,并在其表层引入高密度位错以及残余压应力。 （2）研究了超声强化研磨加工对6061-T6铝合金试样耐腐蚀性能的影响。对不同工艺参数的超声强化研磨加工试样分别进行电化学腐蚀试验及浸泡腐蚀试验,根据动电位极化曲线、电化学阻抗谱曲线、腐蚀质量损失、腐蚀速率等测试结果,分析得到了不同工艺参数的超声强化研磨加工对6061-T6铝合金试样耐腐蚀性能的影响规律。结果表明,相较于未加工试样,经超声强化研磨加工后试样的自腐蚀电流密度均有所降低、阻抗谱半径增大、质量损失减少、腐蚀速率降低。其中,当加工时间为3min,陶瓷球粒径为1.5mm时,试样的自腐蚀电流密和腐蚀速率最小,分别为0.689μA/cm2和0.027mg/cm2?d,表现出最佳的耐腐蚀性能。 （3）超声强化研磨加工能够显著改善6061-T6铝合金的耐腐蚀性能,主要归因于超声强化研磨加工可促使试样表层发生晶粒细化,并在其表面引入高密度位错和残余压应力,促使试样表层形成了均匀且致密的钝化膜,有效阻碍了Cl-等腐蚀介质对材料的侵蚀。通过选取适当的工艺参数,优化材料的晶粒尺寸、应力状态和表面粗糙度等,可以更有效地提高材料的耐腐蚀性能。