江蘇大學魯金忠團隊頂刊：薄壁鋁合金激光沖擊強化殘余應力與微觀組織協同耐蝕機制

AA6061-T6鋁合金憑借其高比強度與輕量化優勢，在航空航天、海洋工程及汽車制造等關鍵領域應用廣泛。然而，在含氯離子服役環境中，該合金極易發生點蝕與晶間腐蝕，嚴重制約構件的長期服役安全性與使用壽命。激光沖擊強化（LSP: Laser shock peening）作為一種先進的表面塑性強化技術，可通過引入高幅殘余壓應力并誘導表層晶粒細化，顯著改善材料的耐腐蝕性能。然而，當LSP作用于薄壁鋁合金構件時，常伴隨整體彎曲變形的產生，導致有益殘余壓應力的釋放甚至逆轉為拉應力狀態，從而削弱耐蝕強化效果。目前，關于LSP誘導的微觀組織演變與殘余應力狀態對薄壁構件耐蝕性的協同作用機制尚缺乏系統闡釋，沖擊面積參數對變形行為及耐蝕性能的調控規律亦有待深入揭示。

針對上述問題，江蘇大學王長雨博士（第一作者）、張乾威碩士生（共一作者）、羅開玉教授（通訊作者）及魯金忠教授（通訊作者）等人，通過設計差異化的激光沖擊面積，系統探究了LSP對薄壁Al–Mg–Si合金宏觀變形、殘余應力分布及耐腐蝕行為的影響規律。研究中綜合開展了表面完整性評估（涵蓋宏觀曲率變形、表面形貌及深度方向殘余應力測試）與多尺度微觀結構表征（包括SEM、EBSD、XRD及TEM/EDS分析）；結合動電位極化與電化學阻抗譜測試，輔以XPS鈍化膜化學組分解析，深入揭示了不同殘余應力狀態下合金的腐蝕損傷演化行為，闡明了微觀組織優化與殘余壓應力場的協同耐蝕機理。相關研究成果以題為“Laser shock peened Al–Mg–Si alloy: Residual stress, microstructure, and corrosion”發表于機械工程領域權威期刊International Journal of Mechanical Sciences。

論文鏈接：

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

研究結果表明，大面積LSP處理雖會導致試樣發生顯著彎曲變形并引入表面殘余拉應力，但其耐蝕性能仍明顯優于未處理狀態。具體的，極化電阻（Rp）提升4.2倍，鈍化電流密度（Ipass）降低0.121 μA/cm2，點蝕電位（Epit）正向偏移0.060 V。這一現象主要歸功于LSP誘導的微觀組織優化效應：微米級Al8Fe2Si相發生局部溶解，而納米級α-Al(Cr, Mn, Fe)Si相在表層實現完全固溶，有效削減了微電偶腐蝕的陰極活性位點；與此同時，表層晶粒納米化促進了富Al2O3非晶鈍化膜的形成（Al2O3含量提升10.96%–13.20%）。當通過縮小沖擊面積有效抑制彎曲變形后，表面殘余拉應力逆轉為高幅殘余壓應力（–98 MPa），并在微觀組織演變的協同作用下使Rp值進一步躍升至大面積處理試樣的63.55倍，Ipass額外降低0.190 μA/cm2，Epit再度正移0.176 V。

圖1 不同沖擊面積下試樣宏觀形貌、殘余應力分布及EBSD分析

圖2 NP與LSP-ND試樣表面第二相SEM形貌及EDS線掃描結果，以及各試樣的XRD圖譜

圖3 LSP-ND試樣表層TEM明/暗場像、EDS元素面分布及SAED圖譜

圖4 LSP-ND試樣氧化膜截面TEM像、EDS線掃描及XPS光譜擬合結果

圖5 各試樣在3.5 wt.% NaCl溶液中的動電位極化曲線

圖6各試樣浸泡不同時間的電化學阻抗譜及等效電路擬合模型

圖7NP、LSP-SD和LSP-ND試樣的腐蝕機理示意圖

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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