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2xxx系高强铝合金具有密度小、高比刚度、高比强度、抗冲击性能好以及高回收利用率等综合优势,是制造航空、航天飞行器结构件的主导材料之一。铝合金焊接接头存在焊缝非均质性、焊缝软化、焊趾处严重应力集中、焊后残余拉应力等缺点。基于此铝合金焊接接头使用过程中常表现出低的表面耐磨性、耐腐蚀性以及抗疲劳等性能,显著降低了焊接结构的安全可靠性,限制了焊接结构的广泛应用。近年来,相关学者将表面梯度自纳米化技术应用于金属材料表面改性,使金属材料的耐磨损性、耐腐蚀性以及抗疲劳性得到显著提高。基于表面纳米化技术对金属材料的作用优势,并结合铝合金焊接接头的不足,可知表面梯度自纳米化技术有望显著改善铝合金焊接接头性能。与此同时,针对表面梯度自纳米化技术诱发的铝合金焊接接头组织细化演变机制与性能之间的关系缺乏系统研究,因此开展此项研究在铝合金焊接接头改性领域具有十分重要的意义。试验以2A12高强铝合金焊接接头为研究对象,采用高频冲击滚压(High Frequency Impacting and Rolling,HFIR)技术处理2A12铝合金焊接接头表面,诱导焊接接头产生梯度超细纳米晶组织,分别揭示了母材和焊缝的晶粒自纳米化机理,进一步分析了HFIR处理对2A12铝合金焊接接头的表面耐磨持久性、腐蚀性能以及疲劳性能的影响规律以及作用机理。HFIR加工过程会受到静压力、振幅以及频率等加工参数的影响,其中静压力对加工过程的影响最为显著,且当静压力值过小时,材料晶粒细化现象不明显;当选择过大的静压力值时,材料表面质量又会受到损伤。综合考虑,试验采用不同静压力(200 N、300 N、400 N和500 N)对去除余高的2A12铝合金焊接接头表面整体进行HFIR处理,研究HFIR处理后铝合金焊接接头母材和焊缝的晶粒自纳米化机制。研究表明:500 N静压力处理后母材和焊缝表面粗晶分别被细化至400 nm和13 nm左右,此时晶粒细化程度最高,而且沿变形深度方向晶粒大小均呈梯度变化。HFIR作用后,母材和焊缝表面实现自纳米化现象主要是由于位错滑移运动调控的结果。微观分析,在晶粒细化过程,母材中的T析出相和焊缝中的S析出相中存在较大差异。在母材自纳米化过程中,T析出相尺寸未发生变化,而且随距母材表面深度的减小,位错运动被T析出相阻止,位错线逐渐相交。T析出相为亚晶界的交点。在焊缝自纳米化过程中,S析出相形状大小发生显著变化。沿焊缝表面变形深度方向S析出相尺寸呈梯度变化,随距焊缝表面深度的减小,针状S析出相在位错运动过程中逐渐旋转剪切最终破裂至球状纳米级尺寸。此外,纳米尺寸的S析出相可以有效的对晶界起到钉扎作用,抑制晶粒长大,增大了晶界两侧的位相差,有利于获得大角度晶界,促进晶粒纳米化过程。HFIR处理会对2A12铝合金焊接接头表面性能产生显著影响,因此分别对母材和焊缝表面粗糙度、表面纳米硬度、弹性模量、横截面显微硬度及表面耐磨持久性进行研究。研究表明:HFIR处理后焊接接头表面粗糙度减小,表面质量不断提高。500 N静压力处理后2A12铝合金焊接接头表面纳米硬度、弹性模量提高程度最大;横截面显微硬度沿深度方向均呈梯度变化趋势,与横截面变形层深度范围相一致。500 N静压力处理后2A12铝合金焊接接头表面耐磨持久性提高,这归因于高硬度表面纳米晶的存在以及摩擦过程中形成的稳定机械混合层这两种效应联合作用的结果。铝合金焊接接头耐腐蚀性差是影响其性能的关键问题之一。试验研究了HFIR处理对2A12铝合金焊接接头的腐蚀敏感性和腐蚀微观过程的影响,获得了未处理和500 N静压力处理后母材和焊缝腐蚀动力学规律。研究表明:500 N静压力作用下2A12铝合金焊接接头整体的耐腐蚀性提高。焊接接头耐腐蚀性的提高归因于致密钝化膜形成速度加快以及析出相尺寸减小这两个因素。经不同腐蚀时间后,(?)一阶指数函数模型能够较好预测HFIR处理前后2A12铝合金母材腐蚀坑直径/深度分布动力学变化规律;未处理焊缝腐蚀坑直径分布参数和深度分布参数分别服从(?)一阶指数函数模型和y=at~b函数模型。500N-HFIR焊缝腐蚀坑直径分布参数和深度参数均服从(?)一阶指数函数模型。研究了HFIR处理对2A12铝合金焊接接头疲劳性能的影响,以未处理和500 N静压力处理后2A12铝合金焊接接头为研究对象,获得了HFIR处理前后焊接接头母材和焊缝CT试样在不同存活率下的疲劳裂纹扩展速率P-da/d N-(35)K模型。研究发现,与未处理焊接接头相比,500 N静压力处理后2A12铝合金焊接接头母材和焊缝CT试样的疲劳裂纹扩展速率均减小,疲劳裂纹扩展寿命分别提高了1.594～1.744倍和2.902～3.231倍。通过分析不同断裂阶段(疲劳裂纹预制区、疲劳裂纹扩展区以及疲劳瞬断区)的断口形貌解释母材和焊缝疲劳寿命的增益机制。与未处理母材相比,500N-HFIR母材疲劳断口中疲劳辉纹间距减小,出现大尺寸韧窝,这表明HFIR技术在一定程度上降低疲劳裂纹扩展速率,提高断裂韧性。HFIR处理前后焊缝CT试样的疲劳断口均以脆性断裂为主。500N-HFIR焊缝疲劳断口的疲劳辉纹间距间距减小,二次裂纹数量增多,阻碍裂纹扩展。500N-HFIR焊缝的HFIR强化层存在韧窝状特征,为韧性断裂,表明HFIR处理提高了焊缝表层断裂韧性。