碲铜系合金在饱和NH4Cl溶液中的腐蚀行为（稀有金属材料与工程论文）

碲铜系合金在饱和NH4Cl溶液中的腐蚀行为（稀有金属材料与工程论文） 第36卷增干U3xx年9月稀有金属材料与工程RARE METAL MATERIALSAND ENGnEERING Vo136，Supp13Septemberxx碲铜系合金在饱和NH4CI溶液中的腐蚀行为朱达川，朱朝宽，孙燕，涂铭旌(1四川大学材料学院金属材料系，四川成都610065)(2重庆工商大学机械学院，四川重庆400067)摘要用全浸失重法，研究了碲铜系合金在饱和NH4C1溶液中的抗腐蚀性能，结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试方法，初步探讨了合金在饱和NH C1溶液中的腐蚀行为及腐蚀机制，结果表明碲铜系合金的抗腐蚀性优于纯铜，其腐蚀速率低于纯铜，原因在于碲、镁的加入，可降低纯铜中的非金属杂质含量，同时碲、镁的加入，可沿铜晶界以化合物的形式析出，有利地阻碍了纯铜的沿晶腐蚀。 关键词碲铜系合金饱和NH4C1溶液；抗蚀性能中图法分类号TG1461tlA1002185X (xx)$3143031引言铜及铜合金具有优良的导电和导热性能而被广泛用于电线、电缆等需要通过大电流的零部件以及要求在金属断面的纵横方向迅速导热的多种应用领域】。 但纯铜的强度低，使其应用受到限制，随着科学技术的发展，迫切需要研究与开发具有特种用途的高强高导铜合金。 目前对高强高导铜合金的研究主要集中在CuCr，CuZr，CuMg，CuFe系列，这类合金各自存在成本较高、添加困难、导电率偏低等缺点，因此对新型高强高导铜合金研发成为必然2】。 前期研究表明在工业纯铜中添加稀散金属Te，其导电率可达9498IACS5,6，同时通过改变加工工艺，强度可达500MPa以上，从而实现高强高导。 本实验研究了碲铜系合金在饱和NH CI溶液中的腐蚀行为，分析了腐蚀失重速率随时间的变化规律，通过分析其腐蚀产物，初步探讨了碲铜系合金在饱和NH C1溶液中的腐蚀行为，以期对工程应用有一定的指导作用。 2实验方法采用2号工业纯铜，分别添加不同含量的碲和镁，用ZG25型真空感应炉熔炼制得碲铜系合金锭，用美国JA公司出品的ICPA9000(N+M)型等离子光谱仪依据ICPAES分析方法通则来检测碲铜系合金锭各部分的碲、镁含量，实测结果见表1。 将制得的铜锭线切割成10mm的正方体，用砂纸打磨并抛光，除油烘干后，用游标卡尺测量各个边长，计算出试样的表面积，然后用尼龙线将试样悬挂于饱和NH CI溶液中，放在57101型电热恒温干燥箱内，保持温度50恒温，以48h为1个腐蚀周期。 每次取出试样后，先用去离子水冲洗，再用ll的盐酸去除表面腐蚀产物，迅速烘干后用上海产TG328A型光电天平精确称量，计算出单位面积的失重值。 用JSM5900LV型扫描电镜观察试样表面形貌，结合能谱仪分析合金的表面腐蚀产物成分。 表1合金的实测成分Table1Actual ingredientof Cu-Te alloys，)l2345678Te00185038303880448050502740226M g000083000021201873实验结果31腐蚀速率测试结果根据试样腐蚀失重结果，由国标GB1012488用腐蚀速率作为实验结果的表达形式，腐蚀速率的计算公式如下R=87610(M-Mr)STD其中为腐蚀速率(mrrda)；M为实验前的试样质量(g)；为实验后的试样质量(g)；S为试样的总面积(cm)；T为实验时间(h)；D为材料的密度(kgm)。 计算出各试样的腐蚀速率，做出曲线见图I。 xx，1008基金项目国家自然科学基金青年基金资助项目 (50xx10)；教育部博士点基金资助项目 (xx0610013)作者简介朱达川，男，1971年生，博士，副教授，四川大学材料学院，四川成都610065，电emailzdc89163cor n144稀有金属材料与工程第36卷g g0一宝o b0u corrosiontimeh图l50饱和nh cl溶液中试样的腐蚀速率fig1corrosion rate of cute alloys in nh4cl solutionat50从图中可以看出各试样的腐蚀速度都比较快，且随腐蚀时间的延长，腐蚀速度也呈上升趋势，相对而言，7，8的腐蚀速率变化稍慢，说明碲、镁的复合加入更有利于减缓腐蚀。 32腐蚀表面形貌分析用扫描电镜观察试样表面腐蚀形貌，结果如图2。 从图2a、图2b可以看出，试样整体上属于全面腐蚀，不存在有局部腐蚀或孔蚀。 从图2c、图2d可以看出，两个试样都存在一定的晶界腐蚀，且图2c(纯铜)的表面粗糙，晶界腐蚀非常严重；图2d(碲铜系合金)晶粒表面相对光滑，也存在一定的晶界腐蚀，晶界上有少量的腐蚀产物积聚。 图2试样腐蚀表面的扫描形貌图Fig2SEM morphologiesof corrosionsurface of samples(a)l，240h，(b)7，240h，(c)l，240h，and(d)l，240h为确认表面腐蚀产物，用能谱仪分析7试样表面析出物的成分，结果如图3。 Elem ento KCl KCu KTotals2604l685571l lOOOO EnergykeV图3试样7的晶界腐蚀产物的能谱图Fig3EDS ofcorrosion boundary ofsamples7at5423l5-832994从图3可以看出，腐蚀产物中含有Cu，O，CI3种元素，且原子比例接近于CuOC1=231，由于检测设备能力有限，不能确定产物是否含有H元素。 从各元素含量及原子比例可以推测晶界腐蚀产物可能为Cu2(OH)3CI。 4分析与讨论在nh4ci溶液中，铜及铜合金的腐蚀行为为电化学腐蚀，根据上述检测检测结果，可以推断反应过程4cu一4e4cu吸附在金属表面的o2构成阴极，发生氧去极化反应o2+2h2o+4e一4oh由于溶液处于静止状态，溶解的cu在铜基体的表面附近很容易形成超饱和溶液，进而有以下反应4cu+2h2o2cu2o+4h生成的cu2o依附于表面不断长大，形成具有规增于03朱达川等碲铜系合金在饱和nici溶液中的腐蚀行为145则外形的cu2o晶体，随着腐蚀时间的延长，在水中的由nh4clnh4+c1一的c1。 和溶解在水中的氧共同作用下，一部分Cu2O会逐渐的转变为结构疏松的Cu2(0H)3C1，反应方程为_7】Cu20+l202+C1+2H20-Cu2(OH)3CI+OH一由于C1一的半径较小，容易穿过这层疏松的薄膜，使Cu2O继续转变为Cu2(0H)3C1，破坏保护性氧化膜而导致局部腐蚀。 同时因为在溶液中有氨和氧同时存在，铜和氨可以形成亚铜氨配合物Cu(NH3)2而迅速地腐蚀，然后，亚铜氨的配合物和氧进一步反应而形成铜氨的配合物_1”。 2Cu(NH3)f+l202+H2O+4NH32Cu(NH3)4z+2OH一然后，铜氨的配合物成为主要的被还原物质而基体金属被腐蚀Cu(NH3)4+Cu一2Cu(NH3)2由以上可知，铜在NH4C1溶液中，同时受到氯离子、氧离子以及铵离子的电化学腐蚀作用，因而其腐蚀速度较快，合金元素碲、镁的加入，由于镁的脱氧除杂作用，可大幅度降低铜中杂质、尤其是晶界杂质，同时Te和Mg作为合金元素加入到铜基体中，会有少量的Te和Mg沿晶界析出，并聚集，成为第二相【，有利地阻碍了腐蚀液沿晶界腐蚀。 5结论氯离子和铵离子对铜都有很强的腐蚀性，能使其腐蚀速度加快，但少量合金元素碲、镁的加入，可降低铜中的非金属夹杂，同时合金碲、镁的加入，还能沿铜基体晶界以化合物的形式聚集，成为第二相，有利于阻碍腐蚀液沿晶界腐蚀，从而提高纯铜在NH C1溶液的抗腐蚀性。 参考文献References1Zhao Zude(赵祖德)et a1Handbook ofCopper andCopper Alloys(铜及铜合金材料手册)MBeijingScience Press，l9932Wang Xiaotian(王笑天)The Theoryo fMetal Materials(金属材料学)MBeijingMechanical Industry Press，19872673Wen Hongquan(温宏权)et a1Journal of FunctionalMaterials(功能材料)【J，1995，65534Liao Susan(廖素三)et a1T heChinese Journalo fNonferrousMetals(国有色金属学报)J，2000，106845Zhu Dachuan(朱达川)et a1Rare MetalMaterial sand Engineering(稀有金属材料与工程)J，xx，348076Song Mingzhao(宋明昭)et a1Rare MetalMaterials andEngineering(稀有金属材料与工程)J，xx34(S2)2397Sun Qiuxia(孙秋霞)Corrosion andProtection of Materials(材料腐蚀与防护)MBeijingMetallurgical IndustryPress，200l628Xu Zenghua(徐增华)Corrosion andProtection(腐蚀与防护)200l，224589Li Ha0ian(李海舰)et a1Electric PowerEnvironmental Protection(电力环境保护)，1995，ll45【10Luo Binghui(罗兵辉)et a1Ordnance Material Science andEngineering(兵器材料科学与工程)J，xx，24 (4)2311Zhu Xiaolong(朱小龙)et a1MaterialScience and Technology(材料科学与工艺)J1997，5 (2)2112zhu dachua a1transaction of nonferrousmetals societyo fchinaj，xx，4459study onthe corrosionbehavior ofcute seriesalloys insaturated nh4ci solutionzhu dachuan，zhu chaokuan，sun yan，tu mingjing(1metalmaterialdepartment，college ofmaterialscience andengineering，sichuan university，chengdu610065，china)(2m echanicalinstitute，chongqing technologyand businessuniversity，chongqing400067，china)abstractthe anticorrosion properties ofcute seriesalloysinthe nh4ci solutionwere studiedby themethod ofimmersion testingbined withsem andeds，the anticorrosion mechanicsand behaviorwere researchedthe resultsshowed thatcute(一mg)alloys wereless corrodedthan pure copper andthe corrosion rateofalloys waslower thanthat ofpurecopperthe reasonis thataddition oftemg calldecrease nonmetal impuritiesof mercialcopperat thesame time，tem gcan precipitateas thesecond phasealong thegrain boundaryof