电场对2E12铝合金时效微观组织和动力学的影响

　　电场是一种特殊的物理场，包括静电场、交变电场和脉冲电场等多种类型。在材料制备过程中引入电场的作用，从物理学的观点看，将引起系统能量和金属中电子的能量密度发生变化。但是在材料热处理过程中，电场处理尚未得到广泛的应用。国内外很多学者在研究中发现，在多种铝合金、铁合金等合金的热处理过程中施加电场的影响，会产生特殊的作用。在凝固[1]、固溶[2−4]、均匀化[5]、再结晶[6−7]、时效[8]等处理过程中施加电场时，组织均会产生一些特殊的变化。Cao等[9]发现电场作用下钢铁的淬透性升高。Conrad等[10−11]指出电场作用会导致低碳钢时效后硬度下降，Al合金和Cu 合金中原子迁移率增加等现象。Koch[12]指出电场对钢铁、铝合金等多种合金热处理中的相变速率，析出相尺寸等产生影响。Al-Cu-Mg系铝合金以较高的强度及较好的抗疲劳损伤性能，长期以来被广泛应用于航天、航空工业及民用工业等领域，尤其是在航空飞行器上得到广泛应用，是航空工业的主要结构材料之一，其时效析出过程已有大量的文献报道[13−15]。作为Al-Cu-Mg系合金中的主要强化相，S相(Al2CuMg)，一直受到国内外学者的关注[16]。对于时效过程中电场的对2E12铝合金性能的影响已有实验证实，但是其机理分析鲜见报道。从微观组织切入研究电场对合金相变的作用，需要大量实验来表征电场作用规律。本文作者通过示差扫描量热法(DSC)、透射电镜TEM观察和电阻率测量实验，以国产2E12铝合金(Al-Cu-Mg系合金)为对象，研究施加强电场的时效过程中，电场对合金内位错、析出相和铝空位的影响，并从动力学角度探讨电场对相变作用的微观机理。

　　1 实验

　　电场时效实验的材料为东北轻合金有限公司提供的2E12冷轧板，板材厚度为2.2mm，表1所示为合金的化学成分。

　　实验用合金样品采用500℃，1h的固溶处理工艺进行处理，盐浴炉加热(误差为±1℃)，水淬。淬火后进行变形量10%的冷轧，然后将合金置于自制额定温度250℃的静电场时效装置中进行人工时效(见图1)。在时效过程中分别施加0和9kV/cm 的电场，具体工艺见表2所列。随后，将时效处理后的试样进行打磨以去除表面氧化产物及污垢，截取质量约5mg的小片，用清水清洗，再用丙酮漂洗，随即干燥放置。在Universal V4.1−TA instruments 热分析仪上对合金进行DSC分析，纯铝作为参比样品。DSC试样升温速度分别为20℃/min，温度范围为30~400℃，记录热流−温度曲线。时效后样品经打磨和双喷电解减薄(电解液为硝酸和甲醇的混合溶液，其质量比为1:3)后，在TECNAIG220透射电镜上对其微观组织进行观察，加速电压为200kV。