CN109207885A - 利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法。可用于直接处理工程应用中即将发生腐蚀失效或已经发生腐蚀失效的构件，构件不用拆卸，实地原位处理。本方法通过改变频率、脉宽、电流密度和作用时间等不同的工艺参数，利用电脉冲的方法处理已经腐蚀失效的合金，实验过程中实时测量合金表面的焦耳热温升；在相同温度下，设置传统热处理为对照组；随后将电脉冲处理后的合金和传统热处理后的合金进行腐蚀失重测试及显微硬度测试；同样腐蚀失重下，脉冲处理焦耳热效应产生的温度比传统热处理温度低30‑40℃，脉冲处理后合金硬度比传统热处理合金硬度高4％。电脉冲处理能够在保证合金硬度的同时，更加高效的提高合金的抗晶间腐蚀性能。

Description

利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法
技术领域
本发明属于铝合金热处理领域，尤其涉及到一种利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法。
背景技术
5xxx铝合金是指以Mg为主要合金元素的Al-Mg系合金，其拥有优异的耐蚀性能，在现代社会节能、环保、轻量化发展的大背景下，被广泛应用于国家的各个方面，尤其在船舶中更为普遍。随着社会的发展，对铝合金的综合性能要求也越来越高，在保证合金抗腐蚀性能的前提下，合金的强度需要大幅度提高。而传统的5xxx系铝合金属于热处理不可强化的合金，只能通过加工硬化和固溶强化获得必要的强度。在传统5xxx系合金中，随着合金中Mg含量的增加，合金的固溶强化效果越强。但对于传统5xxx系铝合金来讲，当Mg含量高于3.5％的时候，合金在50℃下服役过程中，β-Al3Mg2相会优先在晶界处析出，当β-Al3Mg2相在晶界处呈连续析出时，合金的抗晶间腐蚀性能会大大下降，甚至会出现腐蚀失效的现象。β-Al3Mg2相的腐蚀电位低于铝基体，因此β-Al3Mg2相会呈阳极发生腐蚀溶解。析出相在晶界呈连续析出，由热作用引起的合金腐蚀敏感性增加的行为被称作“敏化”。传统5xxx系铝合金板材在实际服役中，室温条件下β-Al3Mg2相的析出速度是非常缓慢的，实验过程中通常采用敏化处理加速β-Al3Mg2相的析出，缩短实验周期。本文中的敏化处理是对传统5xxx系铝合金板材在100℃下保温7天以加速β-Al3Mg2相的析出，模拟合金的实际服役老化过程。
传统热处理和改变合金的成分是目前提高传统合金耐蚀性能最普遍的方法，主要目的都是使β-Al3Mg2相在晶界上呈现不连续析出，来改善合金的抗晶间腐蚀性能。传统热处理一般需要较长的时间，并且热处理温度要在Al3Mg2相相变转化温度以上，温度较高、时间过长会引起合金的力学性能的显著降低。添加新的合金元素即新合金的设计，发明专利CN104152759A中公开了一种“高强度耐腐蚀Al-Mg合金及其制备工艺”，该产品中添加了Zn元素，与传统的AA5083、AA5059等船舶用铝合金相比，在保证一定力学性能及剥落腐蚀性能不变的前提下，显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能；但是，新合金的开发及应用过程是非常复杂的，完善新合金的理论体系就是一个巨大的工程，新合金应用时各种配套设施也需要进一步完善，这些都极大地增加了实验的周期和成本。
电脉冲处理方法的出现为上述问题的解决提供了另一种途径。高能脉冲电流的处理方法已经被广泛应用在金属材料中，其特有的短时、高效、节能的处理特点是传统热处理无法比拟的。在电脉冲的作用下，电子和原子的交互作用增强，金属材料中原子的扩散速度加快，从而影响合金中析出相的尺寸、形貌和分布，改善合金的性能。但是，高能脉冲电流的处理装置是非常复杂和笨重的，不可携带，不能应用到结构件的直接处理中。所以本发明中采用了低电流密度的电脉冲发生装置，装置简便携带，在进行处理时，电子和原子的交互作用依旧强烈，很好的结合了以上方法的优点。
发明内容
本发明的目的是针对传统5xxx系铝合金，尤其是Mg含量高于3.5％，由Al3Mg2相在晶界的连续析出导致合金抗晶间腐蚀性能失效的合金，提供一种清洁高效的合金制备手段，对5xxx系铝合金合金进行稳定化处理，在保证合金板材力学性能的前提下，提高合金的抗晶间腐蚀能力。
一种利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法，第一步，合金板材进行变形量为50％的冷轧，最终冷轧后厚度为1mm；第二步，进行电脉冲处理来对合金稳定化制备，脉冲参数：频率为1Hz-1000Hz，脉宽为1μs-1ms，电流密度为1A/mm2-50A/mm2，电流脉冲作用时间为0.5-6小时，电脉冲引起的焦耳热温升范围为150-260℃；第三步，电脉冲处理后合金空冷到室温。
优选的，所述合金的电脉冲处理参数：频率为200Hz，脉宽为200μs，电流密度为23A/mm2-29A/mm2，电流脉冲作用时间为1小时，电脉冲引起的焦耳热温升范围为170-250℃。
本发明的另一目的是用于实地原位修复工程应用中即将发生腐蚀失效或已经发生腐蚀失效的合金构件。
对即将发生腐蚀失效或已经发生腐蚀失效的合金构件进行电脉冲修复处理，脉冲参数：频率为10Hz-1000Hz，脉宽为1μs-1ms，电流密度为1A/mm2-20A/mm2，电流脉冲作用时间为1-6小时，电脉冲引起的焦耳热温升为100-250℃，电脉冲处理后合金空冷到室温。
优选的，所述合金的电脉冲处理参数：频率为300-450Hz，脉宽为200μs，电流密度为5A/mm2-7A/mm2，电流脉冲作用时间为3小时，电脉冲引起的焦耳热温升范围为110-240℃。
如上所述5xxx系铝合金的Mg含量高于3.5％。
采用本发明的效果是：采用本发明中电脉冲处理和传统热处理对合金进行稳定化处理，在腐蚀失重相同的情况下，电脉冲处理合金产生的温升比传统热处理低30℃，电脉冲处理后合金的硬度比传统热处理提高4％；对腐蚀老化后的合金经过本发明中电脉冲处理以及传统热处理后，腐蚀失重测试相等的情况下，电脉冲处理的温升比传统热处理低40℃，对比于敏化处理后的合金，电脉冲处理后合金的硬度和传统热处理相当。
附图说明
图1为实施例1脉冲电流处理和传统热处理后的腐蚀失重对比图。
图2为实施例1电脉冲处理和传统热处理硬度对比图。
图3为实施例2电脉冲处理和传统热处理后腐蚀失重对比图。
图4为实施例2电脉冲处理和传统热处理硬度对比图。
具体实施方式
实施例1：
试验样品是实验室制备的H321态(加工硬化后再进行稳定化处理状态)5xxx系铝合金，成分为Al-5.6Mg-0.8Mn-0.15Cu-0.03Cr-0.07Ti-0.15Zr-0.15Fe-0.15Si(wt％)。合金制备流程如下：将熔铸出的上述合金放入中温炉中，以30℃/h的升温速率从室温升温到430℃，在430℃保温5小时，随后以30℃/h的升温速率升温到510℃，在510℃保温10小时，最后随炉冷却到室温，完成铸锭的均匀化过程。将均匀化后的铸锭进行变形量大于90％的热轧，热轧的起始温度为500℃，终止温度为300℃。合金板材经375℃保温75分钟的再结晶处理，进行变形量为50％的冷轧，最终冷轧后厚度为1mm。然后经过电火花切割，处理出50mm(轧向)×6mm×1mm(厚度)的试样。用电脉冲处理和传统热处理分别对合金进行稳定化处理。其中传统热处理的温度分别为210℃，240℃，250℃，260℃，270℃，保温时间均为1小时。表1给出了实施例的脉冲电流处理参数。
将电脉冲处理和热处理后的合金按照ASTM G67标准进行腐蚀失重测试，同时测试合金的显微硬度。由图1中腐蚀失重的结果可知，电脉冲处理在焦耳热温升为230℃时，腐蚀失重就在15mg/cm2左右，而传统热处理在260℃时才能实现，电脉冲处理可以比传统热处理更早即在温升更低的情况下，实现合金稳定化；相对应的由图2可知，在电脉冲处理焦耳热温升为230℃时，硬度为129.3HV，传统热处理260℃时，合金硬度为124.1HV，电脉冲处理后合金的硬度比传统热处理要高。由此可见，由电脉冲处理进行稳定化过程，比传统热处理有更好的效果。在腐蚀失重相同的情况下，电脉冲处理合金产生的温升比传统热处理低30℃左右，电脉冲处理后合金的硬度比传统热处理提高4％左右。
表1实施例1电脉冲处理参数
实施例2：
试验样品是实验室制备的H321状态并经过敏化加速处理的5xxx系铝合金，合金成分为Al-5.6Mg-0.8Mn-0.15Cu-0.03Cr-0.07Ti-0.15Zr-0.15Fe-0.15Si(wt％)合金。样品制备流程如下：将熔铸出的上述合金放入中温炉中，以30℃/h的升温速率从室温升温到430℃，在430℃保温5小时，随后以30℃/h的升温速率升温到510℃，在510℃保温10小时，最后随炉冷却到室温，完成铸锭的均匀化过程。将均匀化后的铸锭进行变形量大于90％的热轧，热轧的起始温度为500℃，终止温度为300℃。合金板材在375℃保温75分钟进行再结晶处理。然后进行变形量为12％的冷轧，最终板材厚度为4.5mm。冷轧后的板材在250℃下保温1小时完成稳定化处理，将稳定化处理后的板材进行100℃保温7天的敏化加速处理模拟实际服役过程。然后经过电火花切割，处理出50mm(轧向)×6mm×4.5mm(厚度)的试样。随后对合金分别进行电脉冲处理和传统热处理。传统热处理的温度分别为210℃，240℃，250℃，260℃，270℃，保温时间均为3小时。表2给出了实施例的脉冲电流处理参数。
将电脉冲处理和传统热处理后的合金按照ASTM G67标准进行腐蚀失重测试和显微硬度测试。敏化加速处理后合金的失重为78mg/cm2，硬度为109HV。由图3可知在腐蚀失重测试为70mg/cm2的情况下，电脉冲处理的温升比传统热处理低80℃左右；随着合金腐蚀失重的减小，当处理后腐蚀失重为处理前的50％时，电脉冲的温升比传统热处理低40℃左右，此时电脉冲温升为210℃左右，传统热处理温度为250℃左右，由图4可知，合金的硬度分别105HV和106HV；当电脉冲温升和传统热处理温度同为240℃时，合金的腐蚀失重分别为3mg/cm2和87mg/cm2。可见电脉冲处理能够比传统热处理为合金带来更优异的性能。
表2实施例2电脉冲处理参数
以上所述，仅为本发明部分铝合金的最佳具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构想加以等同替换相近材料、设备或调整相关技术参数，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法，其特征在于处理步骤为：
第一步，合金板材进行变形量为50％的冷轧，最终冷轧后厚度为1mm；
第二步，进行电脉冲处理来对合金稳定化制备，脉冲参数：频率为1Hz-1000Hz，脉宽为1μs-1ms，电流密度为1A/mm2-50A/mm2，电流脉冲作用时间为0.5-6小时，电脉冲引起的焦耳热温升范围为150-260℃；
第三步，电脉冲处理后合金空冷到室温。
2.如权利要求1所述一种利用脉冲电流处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法，其特征在于所述合金的电脉冲处理参数为：频率为200Hz，脉宽为200μs，电流密度为23A/mm2-29A/mm2，电流脉冲作用时间为1小时，电脉冲引起的焦耳热温升范围为170-250℃。
3.一种利用脉冲电流原位处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法，其特征在于对即将发生腐蚀失效或已经发生腐蚀失效的合金构件进行电脉冲修复处理，脉冲参数：频率为10Hz-1000Hz，脉宽为1μs-1ms，电流密度为1A/mm2-20A/mm2，电流脉冲作用时间为1-6小时，电脉冲引起的焦耳热温升为100-250℃，电脉冲处理后合金空冷到室温。
4.如权利要求3所述一种利用脉冲电流原位处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法，其特征在于所述合金的电脉冲处理参数：频率为300-450Hz，脉宽为200μs，电流密度为5A/mm2-7A/mm2，电流脉冲作用时间为3小时，电脉冲引起的焦耳热温升范围为110-240℃。
5.根据权利要求1和2所述的利用脉冲电流原位处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法或权利要求3和4所述利用脉冲电流原位处理提高5xxx铝合金抗晶间腐蚀性能的方法，其特征在于，所述5xxx系铝合金的Mg含量高于3.5％。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110055389A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 北京科技大学 一种连续电脉冲室温快速消除固体金属中氢的方法
CN111424224A (zh) * 2020-05-18 2020-07-17 中南大学 一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法
CN111660059A (zh) * 2020-03-31 2020-09-15 北京科技大学 一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法
CN114836703A (zh) * 2022-05-05 2022-08-02 东南大学 高延伸率连续铸轧cc3003铝合金箔材的制备方法
CN116043146A (zh) * 2023-01-05 2023-05-02 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种提高铝合金耐晶间腐蚀性能的方法及其制得的铝合金

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103334003A (zh) * 2013-03-14 2013-10-02 中国科学技术大学 一种提高合金材料抗腐蚀性能的处理方法
CN107201489A (zh) * 2017-06-22 2017-09-26 安徽银力铸造有限公司 一种7b04铝合金的脉冲电场结合电流、微波固溶时效热处理的工艺方法
CN107475648A (zh) * 2017-08-16 2017-12-15 天津忠旺铝业有限公司 一种5383铝合金的稳定化工艺
CN108660401A (zh) * 2018-05-08 2018-10-16 北京科技大学 一种脉冲电流辅助汽车用铝合金plc效应消除的方法
CN108715984A (zh) * 2018-05-29 2018-10-30 西安理工大学 一种Cu-Ni-Mn-Fe合金室温快速热处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103334003A (zh) * 2013-03-14 2013-10-02 中国科学技术大学 一种提高合金材料抗腐蚀性能的处理方法
CN107201489A (zh) * 2017-06-22 2017-09-26 安徽银力铸造有限公司 一种7b04铝合金的脉冲电场结合电流、微波固溶时效热处理的工艺方法
CN107475648A (zh) * 2017-08-16 2017-12-15 天津忠旺铝业有限公司 一种5383铝合金的稳定化工艺
CN108660401A (zh) * 2018-05-08 2018-10-16 北京科技大学 一种脉冲电流辅助汽车用铝合金plc效应消除的方法
CN108715984A (zh) * 2018-05-29 2018-10-30 西安理工大学 一种Cu-Ni-Mn-Fe合金室温快速热处理方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110055389A (zh) * 2019-04-18 2019-07-26 北京科技大学 一种连续电脉冲室温快速消除固体金属中氢的方法
CN111660059A (zh) * 2020-03-31 2020-09-15 北京科技大学 一种金属腐蚀缺陷自检测愈合的修复方法
CN111424224A (zh) * 2020-05-18 2020-07-17 中南大学 一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法
CN111424224B (zh) * 2020-05-18 2021-05-28 中南大学 一种高强高韧导电铜合金带材的制备方法
CN114836703A (zh) * 2022-05-05 2022-08-02 东南大学 高延伸率连续铸轧cc3003铝合金箔材的制备方法
CN116043146A (zh) * 2023-01-05 2023-05-02 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种提高铝合金耐晶间腐蚀性能的方法及其制得的铝合金

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