摘要
铝合金具有轻质高强的独特优点，被广泛应用于舰载机、舰船等高端装备。但在海洋环境中，氯离子会破坏铝合金表面钝化层，导致表面剧烈腐蚀，甚至产生应力腐蚀开裂，减少铝合金构件的使用寿命。为了改善铝合金的抗腐蚀性能，本文创新地提出了基于微/纳米粉末的激光冲击压印技术（LaserShockImprinting，LSI），以2024-T351铝合金为研究对象，采用微米WC粉末和纳米Si3N4粉末开展激光冲击压印实验，在强化材料表层的同时制备出表面微纳结构，测试微观组织、显微硬度与残余应力等表面完整性指标，分析表面完整性对润湿性与电化学腐蚀特性的影响规律，揭示铝合金表面微纳织构的耐腐蚀机理。主要研究内容如下： （1）采用微米WC粉末和纳米Si3N4粉末开展LSI实验，使用SEM、TEM、XRD等实验手段观测铝合金表层晶粒、位错、物相等微观组织特征，分析不同工艺参数下铝合金试样显微硬度、残余应力等表面完整性的变化规律，阐明LSI对铝合金的强化机理。 （2）采用激光共聚焦显微镜和接触角测量仪测试LSI处理后铝合金的表面形貌、粗糙度、接触角及自由能，分析不同工艺参数下铝合金试样表面形貌形成规律及润湿性能变化规律；基于COMSOL有限元软件建立了铝合金微织构表面的二维模型，并对液滴在不同铝合金微织构表面作用下的动态润湿过程进行仿真，揭示了LSI制备微纳织构表面的疏水机理。 （3）使用电化学工作站对LSI处理后的铝合金表面进行电化学腐蚀，对比分析不同工艺参数对铝合金动电位极化和交流阻抗的影响规律，通过SEM观测铝合金试样表面的腐蚀形貌和腐蚀产物，研究不同微织构表面作用下铝合金的腐蚀特性，结合微观组织、表面润湿性和残余应力等多重影响因素，揭示了LSI微纳织构表面的抗腐蚀机制。 结果表明，LSI可以在铝合金表面制备多级微纳结构，进而增加其表面接触角以及疏水性能，同时在铝合金表层形成纳米晶表层与高幅残余压应力，显著减少试样表面的腐蚀孔洞、腐蚀裂纹与腐蚀产物，成功将铝合金的腐蚀速率降低了98%。
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