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2219铝合金金相显示技术研究
李红英，曾再得
(中南大学材料科学与工程学院，长沙410083)
摘 要：对T8时效态2219铝合金显示其显微组织的工艺参数进行了探讨，该试验工艺参数为，电解抛光：20%高氯酸10mL+无水乙醇90mL，电压20V，时间40s;腐蚀覆膜：硫酸16mL+磷酸100mL;电压25V，电流密度0.4～1.0A/cm2，时间90～180s。结果表明，该工艺参数在显示其显微组织上取得了较好的效果。
关键词：2219铝合金；金相检验；工艺参数
试验所研究的铝合金为2219，图1为Al2Cu2Mg和Al2Cu2Mn的三元合金相图。由Al2Cu2Mg系合金相图可知，在该合金中除θ和β二元相外，还有S和T(Al6CuMg4)等三元相。工业Al2Cu2Mg系合金中不出现T和β相，只有α(Al)+θ和α(Al)+S两相共晶或α(Al)+θ+S三相共晶。在Al2Cu2Mn系相图中，左下角除θ和MnAl6两个二元相区外，还有T(Cu2Mn3Al20)三元相，其中θ相是该合金中的主要相。杂质Fe和Si在Al2Cu2Mn系合金中形成N(Al7Cu2Fe)和(FeMn)3SiAl12相，有时还可能出现(FeMn)Al6。2219铝合金的成分比较复杂，除合金在平衡态下相组分较多外，在淬火时效后还会出现各种亚稳相。
金相显示技术可以较好地得到材料的整体晶粒形貌，已有试验表明，对于复杂铝合金，一般的机械抛光和侵蚀不能达到对晶粒形貌观察的目的。一般情况下，除纯铝外的铝合金只有采用电解抛光、阳极覆膜才有可能得到较清晰的显微组织形貌。但对2219合金成分和相组成都比较复杂的铝合金对其金相观察有一定难度，主要是由于基体内各种相比较多，各析出相与基体以及各相之间的腐蚀电位不同，在电解抛光和侵蚀覆膜过程中，在晶界较充分侵蚀之前部分析出相有可能侵蚀脱落，试验过程中也出现了此类情况。
1 试验
试验用2219铝合金具体成分(质量分数)为6.8%Cu，0.02%Mg，0.20%Mn，0.10%Zn，0.02%Ti，0.15%V，0.10%Zr，0.30%Fe，0.20%Si，余量为铝。材料在进行金相观察前的处理工艺为：<820mm×2425mm圆锭镦粗、冲孔、环锻→<2700mm(外径)×255mm(壁厚S)×340mm(环高H)圆环在轧环机上轧环→<平均5038mm×130mm(S)×343.5mm(H平均)圆环淬火(530℃)300min，水温56℃(出水60℃)，转移90s，浸泡15min→出水后在轧环机上冷轧，变形量为1.68%→时效。
(a) Al2Cu2Mg相图
(b) Al2Cu2Mg相图
(c) Al2Cu2Mn相图
(d) Al2Cu2Mn相图
图1 Al2Cu2Mg和Al2Cu2Mn三元合金相图[1]
金相试验在WF21金相样品电解抛光仪上进行抛光侵蚀，采用POLYVAR2MET光学显微镜观察。金相试验采用以下两种工艺(其中工艺1用于其他铝合金金相观察可得到较好效果)：
(1)工艺1参数：电压17V，时间4min，覆膜液(硼酸11g+40%氢氟酸30mL+蒸馏水1000mL)。
(2)工艺2参数：抛光[20%高氯酸10mL+无水乙醇90mL(GB/T3246.1-2000)]，电压20V，时间40s[2]。侵蚀覆膜(硫酸16mL+磷酸100mL);电压25V，电流密度0.8A/cm2，时间120s。
2 试验结果
图2为在两种工艺下的试验结果。很明显，工艺1的显示效果远不如工艺2。
(a) 工艺1金相显示效果 100×
(b) 工艺1金相显示效果 100×
(c) 工艺2金相显示效果 100×
(d) 工艺2金相显示效果 100×
图2 两种工艺下观察到的同一材料的显微组织形貌
3 分析与结论
在对该合金进行金相试验时，较好的工艺流程是将抛光与侵蚀覆膜分开进行，因为如果两个步骤在同一种侵蚀液中一并进行，前期抛光的侵蚀产物可能残留在侵蚀表面，影响后阶段覆膜的效果。由于部分第二相有提前脱落的可能，在抛光过程中，应该时刻注意侵蚀面的变化，在肉眼可见到出现较小侵蚀坑时停止抛光并进行表面清洁以防止表面残留侵蚀液对试样进一步的侵蚀。
笔者认为，侵蚀覆膜过程中，对腐蚀电流密度的控制才是控制该过程的关键，电压只要保证在不击穿膜即可，覆膜时间因具体情况而定(主要是操作人员的经验问题)，一般在用肉眼或低倍放大镜看到大部分侵蚀面区域有较明显晶界显示即可。
由于很多铝合金成分较复杂，目前还没有可以通用的侵蚀液和工艺参数，各种铝合金的金相试验，尤其是一些涉及较少的合金，其具体工艺还需要实验人员进一步摸索探讨。
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