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超声滚压铝合金表面纳米梯度结构抗腐蚀磨损行为研究

滚压加工，纳米梯度结构，超声振动辅助，腐蚀磨损行为

铝合金是海洋工程装备的基础支撑材料之一，但低硬度易磨损导致铝合金在腐蚀与磨损交割的苛刻环境下服役能力不足，成为面向海洋深度应用的瓶颈。使用多珠平面滚压加工刀具对铝合金表面实施超声滚压加工制备纳米梯度结构。通过激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜和显微硬度仪等对加工后试样进行表面三维形貌、微观组织和硬度表征研究。对加工前后试样进行人造海水环境下的腐蚀磨损试验，同时开发相应的分子动力学和晶体塑性有限元模型讨论纳米梯度结构对于铝合金磨损性能提升的机制。试验结果表明，超声滚压加工在铝合金表面制备了约600 μm厚的纳米梯度结构，将铝合金的磨损量降低约50%。纳米梯度结构限制了磨损过程中铝合金内部位错的运动范围，提高铝合金的塑性变形抗力，有效增强铝合金表面的抗裂纹萌生和扩展能力。同时，纳米梯度结构的高化学活性产生的致密钝化膜有效隔离了人造海水和基体，抑制了人造海水中腐蚀元素的渗入。