高强铝合金加速腐蚀方法的研究

1、高强铝合金加速腐蚀方法的研究【摘要】随着社会经济的快速发展，越来越多的高强铝合金被运用 到生产和生活当中，但同时也面临着易发生局部腐蚀的难题。本文采用 ph二3. 0的5% nacl+o. 5% （的溶液为加速剂，对ly12和lc4两种航空航天用 铝合金进行了间歇盐雾和周期轮浸腐蚀试验，探讨了两种加速方法与大气 腐蚀之间的相关性,并定量评定了加速方法的加速性。【关键词】高强铝合金；加速腐蚀；试验方法；试验结果与分析中图分类号：ts912+. 3文献标识码：a文章编号：传统的高强度铝合金易发生局部腐蚀，其主要的形式包括孔蚀、缝隙 腐蚀、晶间腐蚀和剥蚀等。而这些腐蚀现象的存在，将会严重影响材料自

2、身的使用性能和寿命。因此，加强高强铝合金加速腐蚀方法的研究，在当 今社会具有现实的意义。但是，实物试验和现场试验由于周期长、费用高、 重现性差等方面的原因，其应用性受到很大的限制。本文采用ph=3. 0的 5% nacl+o. 5%（的溶液为加速剂，对ly12和lc4两种航空航天用铝合金进 行了间歇盐雾和周期轮浸腐蚀试验，探讨了两种加速方法与大气腐蚀之间 的相关性,并定量评定了加速方法的加速性。一、实验方法实验所用的ly12cz. lc4cs两种铝合金板材，厚度均为2.8mm,合金中主要化学成分如表所示:间歇盐雾试验的溶液配方及试验条件为：nacl：质量百分数5%(质量百分数0. 5%ccoo

3、h ph:3.0箱体温度35±5°c试样倾斜角度：与垂直成45。喷雾方式：lh间歇喷雾喷间歇盐雾试验所用设备为国产fdy/l-03型盐雾硫化腐蚀试验箱，试验 主耍耍求参照astm g85-94标准进行,喷雾量控制在l2ml/(80c)范围内。周期轮浸腐蚀试验所用溶液与间歇盐雾试验的溶液相同，其试验条件 为：箱体温度：45 土 2 °c工作室相对湿度：(90±5) %转速：15 min/r试验中试样的试验面水平浸入溶液所用设备为国产lf-65周期轮浸 试验箱。对腐蚀后的试样进行观察、分析和评定。采用两种方法评定腐蚀 结果：定性评定和定量评定。定性评定主要是

4、看其表观及横断面的腐蚀形 貌，左量评左采用最大腐蚀深度和腐蚀失重相结合的方法。二、试验结果与分析()加速腐蚀方法的模拟性从试样的表观形貌上看，两种材料在两种加速方法中的腐蚀均从点蚀开始，进而发展为晶间腐蚀，最后都发生了剥蚀且在腐蚀的过程中表面均 显淡黄色，两种材料在两种加速试验中腐蚀发展的过程和外场大气腐蚀的 发展过程基木相吻合。图1、图2是两种铝合金材料在两种加速方法屮的腐蚀失重和最大腐 蚀深度随时间的变化。从图可以看出，在两种加速方法中，两种铝合金材 料有类似的腐蚀动力学规律，但以腐蚀失重评估的腐蚀程度和以最大腐蚀 深度评估的腐蚀程度的结果不同。图1ly12和lc4铝合金在间歇盐雾试验中腐

5、蚀程度的变化曲线图2ly12和lc4铝合金在周期轮浸试验中腐蚀程度的变化曲线就平均腐蚀失重的评估结果而言，lc4铝合金的腐蚀要比ly12的腐蚀 严重；就最人腐蚀深度的评估结果而言，ly12铝合金的腐蚀要比lc4铝 合金的腐蚀严重。z所以会出现这种差别，笔者认为主要是2种合金的腐 蚀行为不尽相同。lc4合金中ii ()是主要沉淀相，在合金中均匀分布， 另外的s()沉淀相沿晶界分布，且在其周用沿晶界形成贫铜区。而ly12合 金屮的主要沉淀相是s相及& ()相，且都沿晶界分布，也在s及b相周围沿 晶界形成贫铜区。因此在腐蚀环境中，对ly12而言，s相和贫铜区将首先 沿晶界溶解。对lc4而言，

6、ii和s在晶界和晶内同时发生腐蚀，结果使得 lc4的腐蚀行为近似均匀腐蚀，而ly12呈现晶间腐蚀。从两种材料腐蚀过程中的金相照片可以发现，ly12的晶间腐蚀非常明显，在任何时候剥蚀 层下面都有相当范围的晶间腐蚀;而lc4则是由点蚀较快地发展成为剥蚀, 晶间腐蚀则不明显。由于晶间腐蚀対失重不敏感，腐蚀失重的大小反映不 出晶间腐蚀的深度，所以出现上述2种腐蚀评估结果的差异。由此也可以看出，在实际大气腐蚀的研究中，以往的那种仅仅依靠腐 蚀失重来评估腐蚀程度的做法是不全面的，必须将腐蚀深度的测量和腐蚀 失重的测量结合起來才能得到较准确的结果。对腐蚀深度和腐蚀失匝相匹 配的lc4铝合金可以侧重于简单、方

7、便、易行的腐蚀失重的测量，而対于 腐蚀深度和腐蚀失重不匹配的ly12铝合金则应侧重于最大腐蚀深度的测 量。在间歇盐雾和周期轮浸试验中，山于溶液中存在等多种去极化剂，可 能有多个阴极去极化反应，这些阴极反应的稳定电位会有较大差别，经计 算估计均在-0616、l0427v之间。而此时阳极反应是a1-即使考虑到钝 化因素，该阳极的平衡电位也当在-15v以下。因此，在间歇盐雾试验屮, 喷雾时，试样相当于厚的酸性液膜下的腐蚀，停喷时，试样相当于薄的液 膜下的腐蚀，2种情况下，氧均可通过液膜较快地传递到金属表面，因此 随液膜厚度的不同，只是去极化作用所占的比重不同，膜厚时，的去极化 作用较强，膜薄时，的去

8、极化作用较弱。在周期轮浸腐蚀试验中，当试样 浸入到溶液屮时，由于溶液屮氧的含量较少，以去极化作用为主，而当试 样移出溶液中时，由于试验箱内相对湿度达90%,所以仍可在试样表面形 成液膜，此时的阴极反应与间歇盐雾中的类似。在本文的间歇盐雾和周期轮浸试验中，腐蚀后的试样表面显淡黄色，能谱分析证明了确实有s元素的存在。从试样剖面的扫描电镜显微金相照 片中也可以看出，两种材料在间歇盐雾试验中的腐蚀产物和基体结合较紧 密，而在周期轮浸试验中，腐蚀产物和基体之间存在有间隙，结合得比较 松散。在外场的大气腐蚀屮，一般说来，腐蚀产物和基体都结合得较紧密, 腐蚀产物对金属有一定的保护作用，因此，从这个意义上来说

9、，间歇盐雾 试验更真实地模拟了大气腐蚀。在实际外场的大气中几乎到处都有的存在，而对在构件的大气腐蚀中 起着主要和重要的破坏作用。多数研究者都认为大气中污染物加速腐蚀的 原因就是其溶于水形成阴极去极化剂。所以，本试验所用的酸性溶液在间 歇盐雾试验中可以从腐蚀主耍影响因素、腐蚀形态及腐蚀机理上较好地模 拟、加速外场的大气腐蚀，与其它一些直接向盐雾箱中通入气体等的试验 方案相比，本试验简单，方便，耗费也低。（二）加速腐蚀方法的加速性图3是间歇盐雾试验屮ly12和lc4两种铝合金分别由最大腐蚀深度 和腐蚀失重推算出的平均腐蚀率的变化曲线。图3 ly12和lc4铝合金在间歇盐雾试验中平均腐蚀率的变化从图

10、3可以看出，在腐蚀的初期，腐蚀速率的起伏变化较大；在腐蚀 的后期，腐蚀速率渐趋平稳，波动较小，可以认为其值在一个区间内波动。 因为所采用的该种腐蚀速率的值是一个包括时间在内的平均值，为了能从 一定程度上定量评价各方法的加速性，根据该腐蚀动力学的变化规律可以认为腐蚀发展到一定程度后，其腐蚀速率是i韦i绕一个恒定值上下波动，为 了与每一点的平均腐蚀速率区分，将该恒定腐蚀速率称为“参照腐蚀率”。 即近似认为材料的腐蚀以该恒定速度稳步发展直至其失效。在实际计算过 程屮可取每条曲线后3点腐蚀速率的平均值作为“参照腐蚀率”。当然， 在腐蚀的初期，因其腐蚀速率变化较大，不适合用该“参照腐蚀率”进行 评估，但

11、对较长时期的腐蚀失效评估，该“参照腐蚀率”还是有其实际意 义的。实际上金属材料在许多加速腐蚀方法和许多地区的大气腐蚀都符合 这个规律，据此计算出2种材料在间歇盐雾试验中的“参照腐蚀率”如表 2所示。试验中所用材料均为优质板材，其中ly12, lc4的腐蚀动力学规律与 本间歇盐雾试验中的腐蚀动力学规律相似，所以分别对照评定间歇盐雾试 验的加速性。从而计算出间歇盐雾试验的加速系数如表3所示表。表3中加速系数的意义就在于其表征了室内实验室加速腐蚀试验和外 场大气暴露在腐蚀程度上的加速倍数。例如对于ly12铝合金在广州地区 外场大气腐蚀10年的腐蚀程度和用该间歇盐雾试验腐蚀8. 2d的腐蚀程度 基本相当。三、结论（1）对试验所用的铝合金，以,ph=3. 0的5% nacl+0. 5%（的溶液为加 速剂的间歇盐雾试验间歇（lh）相对于外场大气腐蚀有较好的模拟性和加 速性。（2）据2种铝合金的腐蚀动力学规律提出的“参照腐蚀率”的概念 有明确的物理意义，可以其作为腐蚀程度的评估准则來定量评定实验室加 速腐蚀试验相对于外场大气腐蚀的加速性。（3）外场大气腐蚀试验屮常用的仅以腐蚀失重作为腐蚀程度评估手 段的做法是不全面的。对lc4铝合金其腐蚀深度和腐蚀失重较匹配，可侧 重于腐