鋁合金攪拌摩擦焊表面冷噴涂層的結(jié)構(gòu)與耐蝕性摘要：現(xiàn)階段，我國的工程建設(shè)越來越多，對鋁合金的應(yīng)用也越來越廣泛。鋁合金具有比強度高、塑性好，良好的耐蝕性和成形加工性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、軌道交通、汽車、兵器工業(yè)等領(lǐng)域。在鋁合金構(gòu)件的成型過程中，材料的連接是重要的加工環(huán)節(jié)。采用傳統(tǒng)焊接工藝易形成氣孔和發(fā)生變形，影響鋁合金構(gòu)件的服役安全。摩擦攪拌焊技術(shù)可以實現(xiàn)鋁合金的有效、可靠連接，獲得的接頭平整、殘余應(yīng)力低、力學性能優(yōu)良，構(gòu)件變形小。本文綜述了鋁合金同種及異種材料的摩擦攪拌焊研究現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：冷噴涂；攪拌摩擦焊；夯實效應(yīng)；晶間引言冷噴涂技術(shù)(coldspraying,CS)作為一種固相粒子沉積技術(shù)，具有涂層均勻致密，孔隙率低，對基體無損害等特點，能夠有效避免上述問題。目前，冷噴涂技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于鋁合金、鎂合金等各種材料的保護中。攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是一種主要用于低熔點金屬(如鋁、鎂、銅及其合金)的新型固相焊接技術(shù)，具有優(yōu)質(zhì)、高效、綠色、小變形等優(yōu)點，目前已在航空航天等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是，由于工藝參數(shù)偏差等因素攪拌摩擦焊焊縫也可能會產(chǎn)生一些與熔化焊缺陷不同特征的缺陷。其中，未焊透缺陷(Lackofpenetration,LOP)是攪拌針長度不足或攪拌頭下壓量不夠時在攪拌摩擦焊焊縫底部產(chǎn)生母材未完全結(jié)合或弱結(jié)合，具有緊貼細微、取向復(fù)雜等特點，很大程度地增加了檢測難度。摩擦攪拌焊接新技術(shù)Dawood等研究了螺紋錐形圓柱體、三角形和正方形三種不同形狀的攪拌針對6061鋁合金FSW接頭的顯微組織和力學性能的影響。研究表明，焊接工具的幾何形狀和尺寸對焊接接頭的力學性能有一定的影響。使用三角形攪拌針獲得的接頭表現(xiàn)出最好的力學性能,正方形攪拌針得到的接頭具有最低的拉伸強度和顯微硬度。張麗娜等借助相控陣超聲波檢測技術(shù)檢測了2219鋁合金FSW焊縫缺陷。結(jié)果表明,相控陣超聲波無損檢測技術(shù)可檢測出具有尺寸微小、結(jié)合緊密、取向復(fù)雜的面積型缺陷，是一種有效的FSW焊縫缺陷檢測方法。周利等對含未焊透和孔洞缺陷的2219鋁合金FSW接頭進行一次、二次FSW補焊試驗。補焊后材料流動性好，缺陷被消除。隨著補焊次數(shù)增加，接頭軟化增加；一次補焊后接頭抗拉強度達母材的67%以上，而二次補焊后接頭力學性能下降。鄧慕陽等在6061鋁合金FSW過程中通過內(nèi)部開槽的方式引入鋁鈦混粉，使其在焊接過程中發(fā)生原位反應(yīng)生成金屬間化合物顆粒，添加鈦粉的焊后熱處理能有效抑制異常晶粒長大，隨焊接次數(shù)增加效果更明顯，并能提高焊核區(qū)晶粒結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。鋁合金攪拌摩擦焊表面冷噴涂層的結(jié)構(gòu)與耐蝕性3.1電化學腐蝕性能相比涂層區(qū)和母材區(qū)，焊接區(qū)的自腐蝕電位波動較大，熱影響區(qū)達到了-0.825V，耐腐蝕性能最差；焊核區(qū)由于經(jīng)歷了動態(tài)再結(jié)晶過程，組織均勻細小，表現(xiàn)出了很好的耐腐蝕性，自腐蝕電位僅為-0.475V。而在腐蝕電流方面，表現(xiàn)出了類似的趨勢：母材區(qū)的腐蝕電流密度為9.900^A?cm-2，涂層區(qū)的腐蝕電流密度相對較低，為7.034^A?cm-2。腐蝕電流密度最大值出現(xiàn)在熱影響區(qū)，達到了15.00yA?cm-2，遠高于涂層區(qū)和母材區(qū)，耐腐蝕性能最差。這是由于攪拌摩擦焊過程會導致部分晶粒發(fā)生長大和變形，組織耐腐蝕性能變差，該區(qū)域一旦發(fā)生腐蝕，便會以更快速率進行擴展。焊核區(qū)的腐蝕電流密度最低，為6.026^A?cm-2,其耐腐蝕性能最好。由此可見，F(xiàn)SW接頭各區(qū)域耐腐蝕性能差異較大，腐蝕敏感區(qū)出現(xiàn)在熱影響區(qū)。對接頭進行冷噴涂層保護，不僅能夠有效提高熱影響區(qū)的耐腐蝕性，同時FSW接頭的腐蝕電位更加趨于一致。結(jié)合強度涂層與基體間的結(jié)合強度是衡量涂層性能的一個重要指標。經(jīng)過拉伸實驗發(fā)現(xiàn)，不同的銅涂層與基體均在涂層與基體的界面處斷裂，說明涂層內(nèi)聚強度大于涂層與基體間的結(jié)合強度。一般普遍認為，基體與冷噴涂涂層之間的粘結(jié)是基于基體和顆粒在沖擊過程中的劇烈塑性變形而形成的。強烈的局部變形引起界面的絕熱剪切失穩(wěn)，從而使材料從界面中擠出，在邊緣形成金屬射流，在受到?jīng)_擊后，界面處的薄氧化膜斷裂，形成干凈的界面。在部分新鮮金屬表面可能由于應(yīng)變產(chǎn)熱，出現(xiàn)局部高溫，產(chǎn)生類似爆炸焊接的冶金結(jié)合，提高結(jié)合強度。一般認為，顆粒速度起到了重要作用，在使用氮氣作為氣源時，氣體速度隨著溫度增加而增加的幅度會逐漸降低，所以顆粒速度也存在一個極限范圍，若需要繼續(xù)提高結(jié)合強度則可以考慮使用氦氣作為高壓氣源。晶間腐蝕性能通過電化學結(jié)果初步判斷，熱影響區(qū)為接頭腐蝕敏感區(qū)，故將熱影響區(qū)和冷噴涂層分別浸入晶間腐蝕溶液。腐蝕進行6h后，對兩者的耐晶間腐蝕程度進行對比分析。熱影響區(qū)的腐蝕面積較大，腐蝕產(chǎn)物與基材發(fā)生嚴重分離，表明其腐蝕程度較深。而涂層區(qū)的最大腐蝕深度淺，且遭到腐蝕的涂層部分并未發(fā)現(xiàn)剝離現(xiàn)象。涂層顆粒表面雖然被侵蝕，但仍保持顆粒完整性，無腐蝕產(chǎn)物脫落現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)GB/T7998—2005標準對晶間腐蝕等級進行評定，涂層區(qū)等級為2級，而接頭熱影響區(qū)達到了3級。由此可見，涂層耐腐蝕性能明顯優(yōu)于接頭熱影響區(qū)該結(jié)果與電化學實驗結(jié)果相吻合。為了直觀比對接頭熱影響區(qū)與涂層區(qū)的耐腐蝕性能，將帶有冷噴涂層的FSW接頭熱影響區(qū)截面浸入晶間腐蝕溶液中，對不同時間下的腐蝕程度進行對比分析。對腐蝕試樣進行去腐蝕產(chǎn)物處理后，利用數(shù)字顯微鏡對腐蝕形貌進行觀察。形貌圖中顏色越接近紅色，其位置越高，說明該位置被腐蝕程度較低。而相反越接近于藍色，其位置越低，說明其被腐蝕程度較高。當腐蝕6h后，接頭和涂層區(qū)的高度相差不大，僅為3.3ym，說明其腐蝕程度相當,涂層區(qū)稍優(yōu)于接頭熱影響區(qū)。腐蝕進行24h后，涂層區(qū)明顯高于接頭區(qū)，兩者的最大高度差達到了57ym。結(jié)合電化學實驗中的腐蝕電流密度數(shù)據(jù)，表明接頭區(qū)域腐蝕擴展速率要明顯快于涂層區(qū)。腐蝕形貌方面，接頭表面凹凸不平，受到不均勻腐蝕程度較深，證明接頭不同區(qū)域的耐腐蝕性差異較大。相比于接頭區(qū)，涂層區(qū)腐蝕程度明顯較低，且表面光整度較好，表現(xiàn)出很好的耐腐蝕性和腐蝕均一性。因此對FSW接頭進行冷噴涂保護，不僅能夠提高FSW接頭的耐腐蝕性能，還能有效提高其腐蝕均一性。結(jié)語綜上所述，通過對冷噴涂銅涂層的組織及性能的測試，研究了冷噴涂銅涂層熱處理前后組織及性能的變化。冷噴涂層的耐腐蝕性能良好，耐腐蝕程度明顯優(yōu)于接頭熱影響區(qū)。晶間腐蝕24h后，F(xiàn)SW接頭熱影響區(qū)腐蝕深度比涂層腐蝕深度高出57ym。冷噴涂技術(shù)明顯提高了FSW接頭的耐腐蝕性能。參考文獻[1]徐國富，段雨露，錢健，等.Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金攪拌摩擦焊接頭顯微組織、力學性能及腐蝕性能[J].中國有色金屬學報，2017,27(2)：225-233.劉萬輝，劉文彬，鮑愛蓮.微弧氧化處理改善7N01-T5鋁合金攪拌摩擦焊接頭的