江苏大学鲁金忠团队顶刊：薄壁铝合金激光冲击强化残余应力与微观组织协同耐蚀机制

AA6061-T6铝合金凭借其高比强度与轻量化优势，在航空航天、海洋工程及汽车制造等关键领域应用广泛。然而，在含氯离子服役环境中，该合金极易发生点蚀与晶间腐蚀，严重制约构件的长期服役安全性与使用寿命。激光冲击强化（LSP: Laser shock peening）作为一种先进的表面塑性强化技术，可通过引入高幅残余压应力并诱导表层晶粒细化，显著改善材料的耐腐蚀性能。然而，当LSP作用于薄壁铝合金构件时，常伴随整体弯曲变形的产生，导致有益残余压应力的释放甚至逆转为拉应力状态，从而削弱耐蚀强化效果。目前，关于LSP诱导的微观组织演变与残余应力状态对薄壁构件耐蚀性的协同作用机制尚缺乏系统阐释，冲击面积参数对变形行为及耐蚀性能的调控规律亦有待深入揭示。

针对上述问题，江苏大学王长雨博士（第一作者）、张乾威硕士生（共一作者）、罗开玉教授（通讯作者）及鲁金忠教授（通讯作者）等人，通过设计差异化的激光冲击面积，系统探究了LSP对薄壁Al–Mg–Si合金宏观变形、残余应力分布及耐腐蚀行为的影响规律。研究中综合开展了表面完整性评估（涵盖宏观曲率变形、表面形貌及深度方向残余应力测试）与多尺度微观结构表征（包括SEM、EBSD、XRD及TEM/EDS分析）；结合动电位极化与电化学阻抗谱测试，辅以XPS钝化膜化学组分解析，深入揭示了不同残余应力状态下合金的腐蚀损伤演化行为，阐明了微观组织优化与残余压应力场的协同耐蚀机理。相关研究成果以题为“Laser shock peened Al–Mg–Si alloy: Residual stress, microstructure, and corrosion”发表于机械工程领域权威期刊International Journal of Mechanical Sciences。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2026.111603

研究结果表明，大面积LSP处理虽会导致试样发生显著弯曲变形并引入表面残余拉应力，但其耐蚀性能仍明显优于未处理状态。具体的，极化电阻（Rp）提升4.2倍，钝化电流密度（Ipass）降低0.121 μA/cm²，点蚀电位（Epit）正向偏移0.060 V。这一现象主要归功于LSP诱导的微观组织优化效应：微米级Al8Fe2Si相发生局部溶解，而纳米级α-Al(Cr, Mn, Fe)Si相在表层实现完全固溶，有效削减了微电偶腐蚀的阴极活性位点；与此同时，表层晶粒纳米化促进了富Al2O3非晶钝化膜的形成（Al2O3含量提升10.96%–13.20%）。当通过缩小冲击面积有效抑制弯曲变形后，表面残余拉应力逆转为高幅残余压应力（–98 MPa），并在微观组织演变的协同作用下使Rp值进一步跃升至大面积处理试样的63.55倍，Ipass额外降低0.190 μA/cm²，Epit再度正移0.176 V。

图1 不同冲击面积下试样宏观形貌、残余应力分布及EBSD分析

图2 NP与LSP-ND试样表面第二相SEM形貌及EDS线扫描结果，以及各试样的XRD图谱

图3 LSP-ND试样表层TEM明/暗场像、EDS元素面分布及SAED图谱

图4 LSP-ND试样氧化膜截面TEM像、EDS线扫描及XPS光谱拟合结果

图5 各试样在3.5 wt.% NaCl溶液中的动电位极化曲线

图6各试样浸泡不同时间的电化学阻抗谱及等效电路拟合模型

图7NP、LSP-SD和LSP-ND试样的腐蚀机理示意图

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。

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