刘秋颖,刘宝玉,肖宝靓,陈 龙,杨 波
(辽宁忠旺集团有限公司,辽宁 辽阳 111003)
铝合金具有密度低、强度高、导电导热性好、易加工成型和表面处理等特点,广泛应用于在航空、交通、海洋船舶、能源等领域[1]。其中6061铝合金是Al-Mg-Si系铝合金,具有优良的耐腐蚀性和加工焊接性能,可用作飞机蒙皮、机身框架结构等部位。由于飞机服役区域广,面临的腐蚀环境复杂,特别是高Cl-浓度和高湿度的海洋大气环境,航空材料的耐腐蚀性将直接影响飞机的安全性[2-3]。因此,本文以6061-T6铝合金为研究对象,通过盐雾腐蚀试验模拟海洋大气性气候[4],采用腐蚀动力学、腐蚀坑深、宏观形貌和微观形貌分析,研究6061铝合金在海洋大气环境中的腐蚀特性及机理[5]。
采用ARL-MA-283直读光谱仪定量分析6061-T6铝合金的化学成分,结果见表1。
表1 6061-T6铝合金的化学成分(质量分数,%)
本试验化学药品均为分析纯试剂。去离子水在25 ℃时电导率为1.986 μs/cm,pH值为5.89。首先使用去离子水溶解氯化钠,浓度为50g/L,密度为1.031 g/mL;然后使用盐酸调整溶液的pH值,最终盐雾箱内收集的溶液pH值为6.92。按照标准GB/T 10125—2012中NSS试验进行海洋大气腐蚀环境模拟[6],具体盐雾腐蚀试验参数见表2。
根据标准ASTM G1要求,称量20 g三氧化铬并量取50 mL磷酸,溶于去离子水中,配制成1 L的溶液。溶液在电热恒温水浴锅中加热至90 ℃后,将试样放入溶液中恒温浸泡7～10 min,再放入浓硝酸中浸泡2～5 min去除剩余的腐蚀产物,最后用去离子水清洗。除去腐蚀产物的试样在65 ℃烘箱中烘干15 min后,放入干燥器中冷却至室温。随着腐蚀产物的增多,适当延长试验时间。
2.1 腐蚀动力学分析
从金属质量损失的角度研究金属的腐蚀动力学,是分析金属及合金耐腐蚀性能的评价方法。计算公式如下:
(1)
式中:v为腐蚀速率(mm/a);W为质量损失(g);S为样品表面积(cm2);ρ为金属密度(g/cm3);t为试验时间(h);K为常数。
图1为6061-T6铝合金在模拟海洋大气环境下的腐蚀速率变化曲线[4]。由图1可知,腐蚀时间少于400 h时,随着腐蚀时间的延长,腐蚀速率逐渐降低;腐蚀时间为400～600 h时,腐蚀速率基本趋近于零;腐蚀时间大于600 h时,腐蚀速率增加。这是因为在腐蚀试验初期,盐雾中的Cl-能较快吸附在6061铝合金基体表面,并穿透氧化膜,形成点蚀坑导致前期腐蚀速率较大;随着腐蚀时间的延长,在铝合金表面生成非常致密的腐蚀产物,对基体起着保护的作用,阻碍了Cl-继续渗透,导致腐蚀速率逐渐降低,直至趋近于零;腐蚀时间超过600 h后,腐蚀产物逐渐疏松,对基体的保护作用减弱,导致腐蚀后期的腐蚀速率增大。
图1 腐蚀速率变化曲线
2.2 表面形貌分析
图2为6061铝合金在模拟海洋大气环境中经过不同腐蚀时间的表面形貌。由图2可知,点蚀是6061铝合金在海洋大气腐蚀环境中的典型腐蚀特征。腐蚀时间少于600 h时,腐蚀形态主要为细小点蚀,并且随着腐蚀时间的延长而增加。腐蚀时间超过600 h后,点蚀坑逐渐增大,这主要是由于腐蚀产物逐渐疏松,这种疏松结构的腐蚀产物对铝合金基体的保护作用减弱,使点蚀坑逐渐向横向(坑蚀直径)和纵向(坑蚀深度)扩展,铝合金的主要腐蚀形态逐渐向均匀腐蚀过渡。
(a)200 h;(b)400 h;(c)600 h;(d)1000 h
2.3 腐蚀坑深分析
图3为6061铝合金在模拟海洋大气环境中经过不同腐蚀时间的腐蚀坑深度,反映了点蚀的生成与发展的过程。Mg2Si是6061铝合金主要析出相,其点位相对铝合金更负,作为阳极会优先溶解。因此,6061铝合金在海洋大气环境的腐蚀前期,点蚀首先发生在Mg2Si第二相颗粒处;随着腐蚀时间的延长,6061铝合金表面的腐蚀坑深度不断增加,但是这些点蚀坑的体积仍比较小;腐蚀时间超过600 h后,点蚀坑的体积大幅度增长,主要是因为该阶段产生的腐蚀产物疏松,使点蚀坑逐渐向横、纵向扩展。
(a)200 h;(b)400 h;(c)600 h;(d)1000 h
2.4 微观形貌分析
图4为不同盐雾腐蚀试验后6061铝合金的微观形貌。由图4可知,6061铝合金在腐蚀前期,表面形成较为致密的腐蚀产物;随着腐蚀时间延长至600 h,腐蚀产物不断增厚,形成龟裂状的腐蚀产物,并覆盖于整个试样表面;随着腐蚀时间的进一步延长,片层状腐蚀区域变细、变多,出现堆积,由于内应力,局部区域片状腐蚀产物开始脱落,表面开始形成团絮状的腐蚀产物,试样表面产物出现分层现象,这种腐蚀产物疏松,对基体的保护作用较低。
(a)200 h;(b)600 h;(c)1000 h
1) 6061铝合金在模拟海洋大气腐蚀环境中,腐蚀前期,腐蚀产物对基体能够起到保护作用,腐蚀速率随着腐蚀时间的延长逐渐降低,直至趋近于零;腐蚀时间延长至600 h后,由于腐蚀产物疏松,对基体的保护作用较低,腐蚀速率又逐渐增大;
2) 6061铝合金在模拟海洋大气腐蚀环境中,腐蚀前期主要以点蚀为主;腐蚀后期的主要腐蚀形态由点蚀逐渐向均匀腐蚀过渡。
猜你喜欢去离子水铝合金基体金刚石圆锯片基体高温快速回火技术的探索石材(2022年3期)2022-06-01沟口雄三的中国社会主义历史基体论述评原道(2022年2期)2022-02-17去离子水中的钙镁指标氯碱工业(2021年6期)2021-12-25变频器冷却水系统严密性检查及维护诊断石油化工应用(2020年7期)2020-08-08铌-锆基体中痕量钐、铕、钆、镝的连续离心分离技术理化检验-化学分册(2020年5期)2020-06-15钢基体上镀镍层的表面质量研究电镀与环保(2018年4期)2018-08-20AGM隔板氯离子的处理与研究玻璃纤维(2016年2期)2016-12-182219铝合金TIG焊接头残余应力分布焊接(2016年1期)2016-02-27铝合金三元气体保护焊焊接接头金相焊接(2015年8期)2015-07-18不同稀释液对免疫层析法粪便隐血试验的影响河南大学学报（医学版）(2015年1期)2015-03-17