导读：在目前的工作中，激光冲击喷丸技术应用于通过铸造和喷射成形制备的超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金中。系统地研究了微观结构演变、点蚀、晶间腐蚀和电化学过程。激光冲击喷丸可以成功地减少由Al基体、Al7Cu2Fe和Al2晶间腐蚀的深度，晶间裂纹的宽度也减小了。循环极化和电化学阻抗谱测试也表明改进的激光冲击强化引起的耐腐蚀性。

近年来，Al-Zn-Mg-Cu合金已广泛应用于航空航天、交通运输和石油勘探等行业，具有优异的拉伸性能和抗疲劳性能。然而，在这种合金中很难同时获得高强度和理想的耐腐蚀性。随着强度逐渐增强，耐腐蚀性能减弱。对于超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金，尤其是强度在700 MPa以上的合金，提高耐腐蚀性能，避免腐蚀失效是一个挑战。

近几十年来，提高超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金耐蚀性的方法主要有以下几种。首先，优化合金元素和杂质元素的含量可以控制不溶性第二相的形成，如Al 7 Cu 2 Fe 颗粒，有效防止合金中点蚀的发生。其次，调节固溶和时效处理可以优化析出物在晶粒内部和晶界的分布，以及无析出区（PFZ）的特征。例如，杨等人提出了回退和再时效（RRA）的最佳参数，并实现了优异的机械性能和耐腐蚀性。彭等人为 7050铝合金开发了一种非等温时效处理，以提高耐腐蚀性。三、应用喷射成形、粉末冶金等先进制造技术可以调整显微组织. 例如，与传统的铸造技术相比，喷射成形技术可以改善对锌元素的限制。在喷射成形过程中，液态金属的细小液滴和高凝固速率有效地防止了宏观偏析的形成，从而产生细晶微观结构，从而提高了此类合金的耐腐蚀性。我们的研究小组还开发了用于铸锭冶金（IM）和喷射成形（SF）超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金的优化强化固溶处理、RRA和非等温时效工艺。然而，基于我们课题组和其他学者的研究，随着合金设计和热处理方法的改进，这些方法对耐腐蚀性能的影响逐渐受到限制。

激光冲击强化 (LSP) 是一种先进的表面处理技术。近年来，由于其在抗疲劳性能、耐磨性能和抗应力腐蚀开裂性能等方面的显著提高，在钢、钛、镁和铝合金中得到了广泛的应用。与传统的表面处理（如超声波和机械喷丸处理）相比，LSP 引入的高度残余压应力存在于近表面区域，厚度增加. 压缩应力防止裂纹的萌生和扩展，最终提高抗疲劳和应力腐蚀开裂的抵抗力。同时，LSP具有非接触、无热影响区、强化效果显著等诸多无可比拟的优点。LSP对超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金腐蚀行为影响的研究有限。Trdan 等人发现 LSP 抑制了 AA6082 铝合金上大坑的萌生，具有更稳定的开路电位 (OCP) 和提高的再钝化能力。阿比恩斯等人发现LSP产生的晶粒细化、残余压应力、微应变、位错密度和钝化层形成增强了7075铝合金的耐腐蚀性。王等人报道，7075铝合金激光焊接接头的抗应力腐蚀开裂性能也通过LSP得到改善。然而，激光冲击喷丸处理的Al-Zn-Mg-Cu合金的腐蚀行为研究还存在以下问题。首先，对于强度在 700 MPa 以上的 Al-Zn-Mg-Cu 合金，没有相关的 LSP 研究。二、研究主要集中在性能的提高上，而忽略了微观结构演化之间的关系和腐蚀行为。第三，LSP处理的合金与去除表面氧化层后的合金比较有限，主要集中在润湿角和氧化层对合金腐蚀性能的影响。为了确保所研究合金具有相似的粗糙度和润湿角，通过研磨和机械抛光工艺去除了 LSP 产生的氧化层。

基于此，中南大学材料科学与工程学院讨论了激光冲击强化对喷射成形和铸锭冶金制备的超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金腐蚀行为的影响，分析了合金在不同状态下的腐蚀机理，提出了组织设计的思路。提出了用于耐腐蚀的 Al-Zn-Mg-Cu 合金。

(1)LSP显著提高了所研究合金的综合耐腐蚀性，通过CP测试的腐蚀电流密度降低和EIS测试的极化电阻增加等多个参数验证。

(2)LSP可以降低含氯溶液中腐蚀坑的深度和覆盖率。E pit - E corr和E ptp的值越大，与对腐蚀坑形式的敏感性越低有关。E corr -E prot的值越低，证明腐蚀坑的产生和传播越不敏感。

(3)点蚀主要发生在Al基体、Al 7 Cu 2 Fe和Al 2 CuMg颗粒中。最严重的点蚀是由Al 2 CuMg 颗粒引起的，这种颗粒的数量可以通过喷涂成型工艺减少。LSP 引入的位错、层错、滑移线和亚晶界可以为快速形成连续和保护性钝化膜创造大量位点。

(4)由于 LSP 引入的晶界附近缺陷、晶格畸变和残余压应力的存在，LSP 可以降低晶间腐蚀的深度和沿晶裂纹的宽度。

(5)建立了喷射成型、两道次挤压、回退再时效和激光冲击强化技术的组合。晶间腐蚀深度为 16.2 ?m。在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后，腐蚀坑的覆盖率为 2.23%，最大深度为 0.963 ?m。E pit - E corr、E sw - E corr、E corr -E prot、I corr和R p的值为64.1 mV、444 mV、102 mV、0.77 μA/cm 2和 17,540 Ω cm 2. 经过 72 h 的浸泡和 CP 测试，腐蚀坑的最大深度为 2.27 ?m，表明 SF-RRA-LSP 样品的耐腐蚀性能最好。

相关研究成果以题“Effect of laser shock peening on corrosion behaviors of ultra-high strength Al-Zn-Mg-Cu alloys prepared by spray forming and ingot metallurgy”发表在增材制造顶刊Corrosion Science上。

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010938X22003766

图 1。unLSP（下标 1）和 LSP（下标 2）样品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 和 72 h 的偏光显微镜图像：（a 1）和（a 2）SF-SA-24 h；(b 1 ) 和 (b 2 ) SF-RRA-24 小时；(c 1 ) 和 (c 2 ) IM-SA-24 h；(d 1 ) 和 (d 2 ) IM-RRA-24 小时；(e 1 ) 和 (e 2 ) SF-SA-72 h；(f 1 ) 和 (f 2 ) SF-RRA-72 h；(g 1 ) 和 (g 2 ) IM-SA-72 h；(h 1 ) 和 (h 2 ) IM-RRA-72 h。

图 2。研究合金浸入 3.5% NaCl 溶液的腐蚀坑面积统计：(a) 24 h；(b) 72 h。

图3 . 在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后的腐蚀坑深度：(a) SF-SA-unLSP；(b) SF-SA-LSP；(c) SF-RRA-unLSP；(d) SF-RRA-LSP；(e) IM-SA-unLSP；(f) IM-SA-LSP；(g) IM-RRA-unLSP；(h) IM-RRA-LSP。

图 4。未经 LSP 处理的样品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后的点蚀形貌：（a）和（b）SF-RRA-unLSP；(c) 和 (d) IM-RRA-unLSP；(e) SF-RRA-unLSP 样本的 EDS 结果。

图 5。LSP 处理样品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 24 h 后的点蚀形貌：（a）和（b）SF-RRA-LSP；(c) 和 (d) IM-RRA-LSP；(e) SF-RRA-LSP 样品的 EDS 分析。

图 6。样品在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 72 h 后的点蚀形貌：(a) SF-RRA-unLSP；(b) IM-RRA-unLSP；(c) SF-RRA-LSP；(d) IM-RRA-LSP；(e) 和 (f) IM-RRA-LSP 样品的 EDS 分析。

图 7。IGC测试后研究合金的最大深度和形貌：（a）SF-SA-unLSP；(b) SF-RRA-unLSP；(c) IM-SA-unLSP；(d) IM-RRA-unLSP；(e) SF-SA-LSP；(f) SF-RRA-LSP；(g) IM-SA-LSP；(h) IM-RRA-LSP；(i) 和 (j) 分别对 IM-SA-unLSP 和 IM-SA-LSP 样本进行 EDS 分析。

图 8。EXCO测试后通过 LSCM 获得的合金的 3D表面形貌：（a）SF-SA-unLSP；(b) SF-SA-LSP；(c) SF-RRA-unLSP；(d) SF-RRA-LSP；(e) IM-SA-unLSP；(f) IM-SA-LSP；(g) IM-RRA-unLSP；(h) IM-RRA-LSP。

图 9。有和没有 LSP 处理的样品的循环极化曲线和相应的形态图像：（a）SF-SA 样品；(b) SF-RRA 样本；(c) IM-SA 样本；(d) IM-RRA 样本。

图 10。不同状态下CP曲线得到的主要参数比较：(a) 喷射成形合金；(b) 铸锭冶金合金。

图 11。试验后研究合金的循环极化曲线和表面形貌：（a）-（c）SF-A样品24、72小时和（b）中样品的相应表面形貌；(d)-(f) SF-RRA 样品 24、72 小时和 (e) 中样品的相应表面形态；(g)-(i) SF-SA 样品 24、72 小时和 (h) 中样品的相应表面形态；(j)-(l) SF-SA 样品 24、72 小时和 (k) 中样品的相应表面形态。

图 12。研究合金在 3.5 wt% NaCl 溶液中不同时间的EIS结果和拟合曲线：(a)-(c) SF 合金 0.5、24 和 72 h 的 Nyquist 图；(d)-(f) SF 合金 0.5、24 和 72 小时的波特图；(g)-(i) IM合金 0.5、24 和 72 小时的奈奎斯特图；(d)-(f) IM 合金 0.5、24 和 72 小时的波特图。

图 13。用于拟合EIS的等效电路来自不同合金的几次浸泡时间：（a）0 小时的 IM-SA 和 SF-SA 样品；(b) 0 小时的 IM-RRA 和 SF-RRA 样本，24 小时的所有 SF 样本和 72 小时的所有样本；(c) 所有IM样本 24 小时。

图 14。未经 LSP 处理的研究合金的显微组织：(a)-(c) SF-SA 样品的 TEM 和 HRTEM 图像；(d)-(f) SF-RRA 样品的 TEM 和 HRTEM 图像；(e) 和 (g) 分别为 SF-RRA 和 IM-RRA 样本的 IPF 图像和反极图；(f) (e) 和 (g) 的方向错误角分布。

图 15。不同合金中晶界的明场、HAADF-STEM图像和EDS结果：（a）和（e）SF-SA-unLSP合金；(b) 和 (f) SF-SA-LSP 合金；(c) 和 (g) SF-RRA-unLSP 合金；(d) 和 (h) SF-RRA-LSP 合金。

图 16。LSP处理后研究合金的EBSD分析：（a）和（d）SF-RRA-LSP和IM-RRA-LSP样品的IPF图像和反极图；(b) 和 (e) (a) 和 (d) 的方向错误角分布；(c) 和 (f) SF-RRA-LSP 和 IM-RRA-LSP 样本从 0° 到 2° 的 KAM 图像。

图 17。LSP 处理后研究合金的明场、SAED 和 HRTEM 图像：(a)-(c) SF-SA-LSP 样品；(d)-(f) IM-SA-LSP 样本；(g)-(i) SF-RRA-LSP 样品；(j)-(l) IM-RRA-LSP 样本。

图 18。SF-RRA-LSP合金中第二相的HAADF-STEM图像和EDS结果：（a）Al 2 CuMg相；(b) Al 7 Cu 2 Fe 相。

图 19。示意图显示了所研究合金的点蚀机理：(a) Al 7 Cu 2 Fe 相附近的点蚀；(b) Al 2 CuMg 相附近的点蚀。

本工作的目的是研究激光冲击喷丸超高强度铝合金的显微组织演变与耐腐蚀性之间的关系，并探索此类合金中点蚀和晶间腐蚀(IGC) 的机制。首次全面分析了700 MPa以上LSP超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金的腐蚀行为和机理。通过不同的表征方法分析了所研究合金在不同状态下的腐蚀行为。本论文可为后续有关LSP铝合金腐蚀行为和机理的研究奠定基础，扩大该合金的应用。