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第6 3 卷第2 期 20l1 年5 月 有色金属 N o n f e 丌D u sM e t a l s V 0 1 ．6 3 ．N o ．2 M a y20l 1 D o I l O ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 0 6 不同元素含量对5 0 8 3铝合金腐蚀性能的影响 黄光杰1 ，张珂1 ，汪凌云1 ，刘正宏1 ”，杨文敏3 1 ．重庆大学材料科学与工程学院，重庆4 0 0 0 4 4 ；2 ．西南政法大学，重庆4 0 0 0 3 1 ； 3 ．西南铝业 集团 有限责任公司，重庆4 0 1 3 2 6 ’ 摘 要应用扫描电镜、金相显微镜、晶间腐蚀试验、剥落腐蚀试验考察二种不同元素含量5 0 8 3 合金板材的腐蚀性能，在 E x c O 溶液中进行极化曲线测试。结果表明，合金的抗蚀性能和镁元素含量有很大的关系，5 0 8 3 合金板材的晶间腐蚀和剥落腐蚀 倾向随镁含量的增加而增大。锰元素对腐蚀电位影响小大，但叮提高抗晶问腐蚀及剥落腐蚀性能。 关键词金属材料；5 0 8 3 铝合金；合金元素；晶间腐蚀；剥落腐蚀；电化学 中图分类号T G l 4 6 ．2 l ；T G l l 3 ．2 3 文献标识码A 文章编号l 0 0 1 一0 2 l l 2 0 1 1 0 2 一∞2 2 一0 5 5 0 8 3 铝合金属于A l M g 系高镁铝合金，有较好 的力学性能和机械加工性能、良好的可焊性及高的 抗蚀性，在船舶、舰艇上的应用非常广泛‘4 - 。 5 0 8 3 合金随着镁、锰等主合金元素含量的不 同，其抗腐蚀性能会有较大变化∞1 。因此，有必要 研究其机理和变化规律。通过三种不同镁、锰含量 的5 0 8 3 铝合金板材经冷轧、稳定化退火后进行晶间 腐蚀、剥落腐蚀、阳极极化曲线测定，研究其耐腐蚀 性能变化规律。 l实验方法 1 ．1 试样制备 5 0 8 3 铝合金的成分范围如表l 所示。根据 5 0 8 3 合金的成分范围，采用坩埚炉熔炼，半连续水 冷铸造三种成分的5 0 8 3 铝合金，化学成分见表2 。 合金熔铸时A l 9 9 ．7 0 及A l M n ，A l F e ，A l C r 以中 间合金加入，在7 4 0 7 6 0 ℃加入A l B e ，M g B e 加入 量0 ．0 0 1 ％ 同时撒入2 。熔剂粉覆盖，以防M g 烧损。 在7 4 0 ～7 6 0 ℃加入A l _ 5T i 一1 B 加入量0 ．3 ％ ，用2 。 块状熔剂进行精炼，精炼完毕后调整温度进行铸造。 铸造速度9 0 1 0 0 m m ／m i n ，水压0 ．0 6 M P a 。合金经 均匀化退火、热轧 变形率为8 0 ％以上 、冷轧成 5 m m 厚的板材 冷变形率为4 5 ％左右 ，随后进行 2 5 0 ℃，2 h 稳定化退火处理。切取试样进行晶间腐 蚀试验、剥落腐蚀敏感性试验、动电位极化曲线测试 和显微组织观察及分析。 表15 0 8 3 铝合金化学成分范围 T a b l elC h e m i c a lc o m p o s i t i o nr a n g eo f5 0 8 3a l u m i n u ma l l o y 牧稿日期2 0 ∞一眈一2 2 作者简介黄光杰 1 9 6 4 一 ，男．重庆市人。教授，博士，主要从事轻 合金材料与工程、材料加工工艺与组织性能、材料先进 加工技术等方面的研究。 1 ．2 试验过程 材料试验前依次进行前处理。 1 用汽油除去 表面油污。 2 将试样在8 0 ℃的氢氧化钠 氢氧化 钠占溶液质量的5 ％ 溶液中，浸蚀l m i I l ，用水冲洗。 万方数据 第2 期黄光杰等不Ⅲ无索含量对5 0 8 3 甜1 合金腐蚀性能的影响 3 用3 0 ％H N O ，出光后，用水洗、吹} 备用。 晶问腐蚀按照G B ／T7 9 9 8 2 0 0 5 进行”1 。经 前期处理的试样，工作面积为2 5 m mx4 0 m m ，取平 行试样3 个。晶问腐蚀溶液所用试剂及用量为 N a C l3 0 9 ／L ；H C l 分析纯，密度为11 9 9 ／m L 1 0 m L ／ L ；蒸馏水余量；温度3 5 l ℃；浸泡时间为2 4 h 。 剥落腐蚀按A s T Mc 6 6 9 9 进行⋯。经前期处 理的试样，工作面积为5 0 m m 1 0 0 m m ，取平行试样 3 个。剥落腐蚀液配方先将l m o IN H 。c l ，0 ．2 5 m o l N H 4 N 0 3 和0 ．0 1 m o l N H 。 c 。H 0 溶于少量蒸馏水 中，然后添加3 9H O 1 0 巾L ，3 0 ％的溶液 ，再用蒸 馏水稀释至1 0 0 0 m L p H 5 ．2 ～5 ．4 。浸泡过程中 采用恒温水浴槽使剥落腐蚀液温度保持在6 5 1 ℃，剥落腐蚀液与剥蚀面面积之比为2 0 m L c m ～。样品经过2 4 h 连续浸泡后取出，在水中清洗 后浸泡在3 0 ％的H N 0 ，溶液中去除腐蚀产物．再用 清水漂洗、晾干。采用数码相机记录腐蚀样品表面 宏观形貌并进行腐蚀等级评定，， 电化学测试采J { 】P A R s TA T 2 2 7 3 碰电化学■作 站，取一三种不同成分的试样，动r b 他极化曲线测试样 品的表面经6 0 0 。到2 0 0 0 。金棚砂纸逐级打磨，机械 抛光，丙酮除油，蒸馏水漂洗，自然守7C 中晾干，非工 作表面仃J 环氧树脂封涂，用铜导线将其连接引出，有 效工作面积为1c m 2 。电化学测试系统为三电极系 统，采用铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作参比 电极，工作电极为样品裸露面，溶液为上述试验的剥 落腐蚀液，扫描速率为2 m V s 一。 2 试验结果与分析 2 ．1 晶间腐蚀 三种试样晶间腐蚀金相组织如图l 所示，可见 三种5 0 8 3 台金的晶问腐蚀敏感性由大到小为3 ’ 1 。 2 。，其中l 。和3 ‘试样的晶问腐蚀深度相差不大， 2 。试样抗晶问腐蚀性能较优。 面一 璺鹭 a 一l ‘样品； b 一2 。样品； c 一3 。样品 图1不同成分试样晶间腐蚀金相组织 F i 昏lM e t Ⅱl l o g r a p h i cs ￡m c I u r eo fi n I e 。g n n u l a r c o ⅡD s i ⋯fd i f f e 陀n t 钮m p l e s 2 ．2 剥落腐蚀 图2 为三种5 0 8 3 试样在E x c O 溶液中浸泡 2 4 h 后表面腐蚀宏观形貌。三种试样的剥落腐蚀等 级评定见表3 所示。根据蚀坑或剥蚀的严重程度， 从小到大可依次将腐蚀等级评定为N ，P A ，P B ，P c ， E A ，E B ，E c ，E D 。从试样的剥落腐蚀状况可以看出． 在试验的三种试样中，l 。和2 ‘试样的抗剥落腐蚀性 能较好，表面腐蚀形貌为点蚀，蚀点多呈圆形，在试 样表面分布较均匀。3 ‘试样表面呈严重点蚀．出现 明显的鼓泡和起皮，并轻微的深人试样表面。可见 在相同的轧制和稳定化处理工艺下，不同的元素含 量影响了合金的耐腐蚀行为。 寰3 不同试样剥落腐蚀等级评定结果 T a b l e3R e s u l t so re x f o I l a t i o nc o 咖B i o nr Ⅱn ko f8 Ⅱm D l e 8 a 一l ’样品； b 一2 ’样舳； c 一3 ’样晶 图2 不同试样剥落腐蚀表面宏观形貌 F ‘g2S u r f a c e m Ⅱc r o s c o p i ck d l u r eo f e x f i l i a t i o nc o r r o s i o no fB a m D l e s 2 。3 极化曲线 l ‘～3 。试样的动电位极化曲线如图3 所示，表4 给出了三组试样的腐蚀电位 E 。。 。从图3 和表4 叮知，试样的腐蚀电位越低．表明试样的腐蚀倾向性 越大．3 ’试样的腐蚀电位最低，耐腐蚀能力最差．2 ’ 万方数据 有色金属 第6 3 卷 试样的腐蚀电位最高，其耐腐蚀能力较好。1 ‘和2 。 试样的腐蚀电位相差不多，耐蚀性能差别不大。可 见，极化曲线反应的试样腐蚀倾向和剥落腐蚀测试 结果具有较好的一致性。 图4 给出三种试样电化学试验后在扫描电镜观 察下蚀坑表面微观形貌。可以看出，和l4 试样相 比．2 。试样表面点蚀坑的数量较少，分布较均匀。从 3 ”试样的局部点蚀坑微观形貌可以看出，腐蚀液中 的c l 吸附在试样表而，氧化膜破坏的倾向增大，斌 样表面的点蚀向纵深发展，并沿着变形显微组织的 特点，沿品问不断往纵向和横向扩展直到晶界处的口 相被腐蚀掉，晶粒脱落，当各蚀坑沿晶问彼此相连时， 便有片层状金属脱落，形成剥落分层的表面特征。 5 0 8 3 合金板材因其加工成型的特点而具有沿 轧制方向变形、与合金表面接近于平行的扁平晶粒 结构，在晶界处造成对电化学损伤敏感的连续选择 性阳极溶解通道。剥蚀是由点蚀开始的，因为E x - c 0 溶液中含有大量的氯离子，5 0 8 3 合金在E x c 0 溶液中当金属的自腐蚀电位达到其破裂电位时．点 蚀就开始产生。随后由于闭塞电池的自催化作用， 内部闭塞区腐蚀环境进一步恶化 p H 下降，c l 一富 集 ，使腐蚀向金属内部发展，蚀孔加深，并产生晶 间腐蚀。随浸泡时间的延长，晶问腐蚀在这种高度 方向性组织中的蚀坑进一步加深，并出现开裂，继而 蚀坑向两侧发展，出现轻度剥蚀。由于不溶性腐蚀 产物体积大于所消耗金属的体积，从而产生“楔人 效应”，撑开了上面尚未腐蚀的金属层。随着时间 的延长，剥蚀明显，继续发展后导致腐蚀产物剥落， 同时使晶界受到张应力作用，加速了裂纹的萌生与 扩展。这样，就造成了金属表层的开裂与剥落。所 以，剥蚀是晶间腐蚀与内应力协同作用下发生的一 种腐蚀形态。 ‘～ A c m - 2 A 一2 ‘样品； B 一l ‘样品； c 3 ’样品 图3 不同试样的极化曲线 “g3 A n o d i cp o l a r i z a t i o n c u 删o fs a m p l e s 表4 不同试样极化曲线的腐蚀电位 h b l e4C o 删o “p o t e n I i a lo fd i 胁r e n lp o l a f i z a t i ⋯㈣s 由试验结果可见，5 0 8 3 合金中M g 含量的变化 对合金的腐蚀性能有较大影响。5 0 8 3 合金由于M g 含量较高，室温时它的相组成主要是a 固溶体和口 相 M g A l ， ，以及少量化合物和F e ，s i 杂质相。合 金中固溶体a 电位 一0 ．8 9 ～一0 ．8 4 V 较口相 M g ，A l ， 的电位 一1 ．2 4 V 高，在电解液中会产生 电化学腐蚀。铝合金的成分影响阳极氧化膜的厚 度，在同一阳极氧化条件下，低镁铝合金的氧化膜要 比高镁铝合金的厚。因为在阳极极化的过程中，溶 解反应和成膜反应会同时进行，但是口相的溶解速 度比基体的氧化速度快的多．故口相含量越多，生成 的氧化膜越薄。随着M g 含量的增加，卢相数量增 多，合金的耐蚀性越差”。。 a 一l ’样品； b 一2 ‘样品； e 一3 ‘样品 图4 三种试样表面蚀坑形貌 F * 4C o 丌0 s I ⋯u 血c ek a t u r eo fs a m p l e s 由于晶界是各种位错、杂质和析出相聚积的位 置，所以能量较高，是腐蚀的敏感部位，金属表面的 钝化膜在这些位置也比较脆弱。氯化物介质中c l 一 最容易破坏这些脆弱部位的钝化膜，于此处首先发 万方数据 第2 坩|曲光杰锋1 、M 儿采禽I I } 肿j 0 8 3 茸I 介金幅蚀t l 能的影响 2 5 七腐蚀⋯。 5 0 8 3 合金- I ，口槲的形念乖分m 口介仑抗蚀性 影响很大．大} l t 的口桐如粜湃舳形成连续网状分m j ， 分割r 肇体，在电解质作用下，从农呵优先产生的点 坑 腐蚀为起点，沿着口稍f 枉晶界形成的网络状阳 极腐蚀通道．按照变形纤维组够l 的特点，腐蚀便沿着 与金属表面大致平行的方阳扩展，结果形成分层剥 落的腐蚀特征。J 。 结合图5 - Ⅱ看出．当口相弥散分市于晶界和晶 内时，如试验叫1 的1 。和2 。试样，晶界处不存在连续 的⋯檄J 衡蚀通道，含会组织均匀．抗蚀r I 能良好。为 P B 级。Ⅲ3 。试样的口_ f | _ | 往定程度r H } 轧向拉氏 的品界分布，j I _ 卜一定的腐蚀敏感性，剥蚀等级为 P c 级。 A l M g 合金t } 1 随着M n 含量的增加，叮以细化品 粒，使口相均匀沉淀．如l 。和2 。试样，降低品间腐蚀 敏感性。特别是未在晶闸形成连续的口相沉淀网 膜，改善台金的抗蚀性能，岗此，在相同的镁含量时， 提高锰含量可以降低5 0 8 3 合金的腐蚀敏感性。 a 一l ‘样品； b 一2 ’样品； c 一3 ’样品 图5 三种5 0 8 3 合金板材第二相的析出行为 F I g ，5 S e c o n dp h a s ep 。e c i p I I a l l o n o ft h r e e5 0 8 3a l l o y8 h e e t s 3结论 1 在相同的冷轧及稳定化处理工艺条件下， M g 含量低的5 0 8 3 合金耐蚀性能优于M g 含量高的 5 0 8 3 合金。M n 不论是固溶还是析出对电极电位影 响不大．在相同M g 含量时．提高M n 的含量，有利于 口相均匀沉淀，降低合金的品间腐蚀和剥蚀敏感性。 参考文献 2 5 0 8 3 铝合金剁蚀是从点蚀开始，特征是沿 晶开裂，m 于合金自身的应力腐蚀敏感性强．在浸蚀 介质作用下，合金在品问发生腐蚀后，便迅速沿晶界 开裂，发展成为剥蚀。 3 在评定5 0 8 3 合金的剥落腐蚀倾向时，极化 曲线测试和剥落腐蚀浸泡试验有较好的一致性。 [ I ] 肖亚庆．舒{ 加工技术实朋手册[ M ] 北京冶金1 二业出版札．2 0 0 5 l ，1 5 l 1 6 4 [ 2 ] J o n e 8RH ．B Ⅱe rDR ．I 8 n i P l s o nMJ ．e Ia l R o l eo f M g i nl hs I r e ⋯- o r r o s i o n 吖n ‘、k i n go fa nA I M ga l l o y [ J ] M e t a u r g ya n d M a t e r i Ⅱl sS c ㈣c e ．2 0 I ．3 2 7 1 6 9 9 一1 7 I l f3 ] s e a r i e sJI ，，G o 哪P1 ．B u t ，h h e i IRcs I r e B sc o r m B l o n c r a c k l “so fs e n s i l i z e dA A 5 0 8 3 A l _ 4 ．5 M g 一10 M n 【J ] ．M Ⅱt e “a I s S c i e n c eF o Ⅲm ．2 0 0 2 ．3 3 9 6 4 0 2 1 4 3 7 1 4 4 2 ． [ 4 ] 朱祖芳．有色金属的耐腐蚀性及麒应用[ M ] 北京化学J 二业出版杜，1 9 9 s 1 8 2 0 ，4 2 4 3 [ 5 ] 陈祖秀．铝一镁合金的剥落腐蚀[ J ] 海洋科学，1 9 8 6 ．I o 2 2 9 3 4 ． [ 6 ] c B ／T7 9 9 8 2 0 0 5 宙；合金晶问腐蚀测定方法[ s ] [ 7 ] s T M ；6 6 9 9 ．5 xx 系银合金口挑剥落腐蚀敏感性标准试骑力法[ s ] ． [ 8 ] 单毅敏．罗兵辉，扦f 振海．5 0 8 3 韬合金在3 ．5 ％N a c l 溶液中的电化学腐蚀行为研究[ J ] ．铝加I ．2 0 0 7 ．1 1 7 3 l l 1 4 [ 9 】李久肯，屠盏束．取宋和．等．船用铝镁合金剁落腐蚀机娜的研究[ J ] ．材料保护．1 9 9 4 ．2 7 4 I 一4 ． F 转第4 I 页．c o n l i ㈣do nP 4 1 万方数据 第2 期 郜余军等导电剂对储氢合金M L N i ，．。c o 。，M n 。．A l 。电极电化学性能的影响 4 l I n t e m a t i o n a lJ o u m a lo fH y d r o g e nE n e r g y ，2 0 0 4 ，2 9 9 9 5 5 9 6 0 ． [ 12 ] z h e nc ，P o p o V e rB N ，w h i t eRE ．A p p l i c a t i o no fp o r o u 8e l e c t m d et h e o r yo nm e t a lh y d r i d ee l e c t m d e si na l k a l i n e 吕o l u t i o n [ J ] ． J o u m a lo fE l e c t m c h e m i c a lS o c i e t y 。1 9 9 6 ，1 4 3 2 4 3 5 4 4 1 ． [ 13 ] L ix F ，D o n gHC ，w e iY w ． E l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c ea n dc y c l i cv o I t a m m e t r yc h a m c t e r i z B t i o no fam e t a lh y d r i d ee l e c t r o d ei n a l k a l i n ee l e c t r o l y t e 8 [ J ] ．J o u m a lo fA l l o y 8a n dc o m p o u n d B 。2 0 0 6 。4 2 6 1 ／2 9 3 9 6 ． E f f 奄c t so fC O n d u c t i V eA g e n to nE I e c t r o c h e m i c a lP r o p e r t i e s H y d r o g e nS t o r a g eA U o y o fM L N i 3 ．B C o o ．7 5 M n o ．4 A I o ．2 c A Dy “班n ，朋M 厶一q l ‘厅，D ，ⅣC ，z 肌Dx i 口增- ”。y A ．7 、r G | 】I f e 增，“Dx 讥- 茗i n 。Q ux i n 喵如 c 口讹秒旷J | l f 口t e r f 口如S c 拓w e 仰dE 增i n e e r i 昭，№，归增￡，n i 脚e 乃“，，o ，‰J l l 加晚∥，肌，班帽2 1 0 0 0 9 ，c _ I l i n 口 A b s t r a c t T h eh y d m g e ns t o r a g ea l l o ye l e c t r o d ef o rN i ／M Hb a t t e r yi 8 p r e p a r e db yM L N i 3 ．8C o o ．7 sM n o ．4A l o ．2m i x e dw i t h V a r i o u sm a s sc o n d u c t i V e a g e n t so fC up o w d e r ， a n dt h ee l e c t m c h e m i c a l p r o p e r t i e 8o f t h ea l l o ye l e c t m d ea r e i n V e s t i g a t e d ． T h er e s u l t 8s h o wt h a tt h ee l e c t r o c h e m i c a lp m p e r t i e sa r es a t i s f a c t o r yw h e nt h ew e i g h tr a t i oo fh y d r o g e n 8 t o r a g ea l l o yt oC up o w d e ri sl 2 ． T h e8 p e c i f i cd i s c h a r g ec a p a c i t yo ft h eh y d r o g e ns t o r a g ea l l o yw i t hl o w e s tc h a r g e ． t m n s f e rr e s i s t a n c er e a c h e st o3 0 5m A h ／ga tac o n s t a n td i 8 c h a r g ec u n ．e n tr a t eo f6 0 m A ／g ，b u tt h ed i s c h a r g e p l a t e a ui sl o w ． T h ep o l a r i z a t i o nr e s i s t a n c ea n dt h ee x c h a n g ec u r r e n to ft h eh y d r o g e ns t o m g ea l l o ya r e2 51 ．3m n g a n d1 0 2 ．2 6 m A ／g ，r e s p e c t i V e l y ．T h eh y d r o g e ns t o r a g ea l l o ye l e c t r o d eh a 8t h el o w e s tp o l a r i z a t i o nI ．e 8 i 8 t a n c e ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；h y d r o g e ns t o r a g ea U o y ；c o n d u c t i v ea g e n t ；e l e c t r o c h e m i c a lp r o p e r t i e B 责任编辑张振健 上接第2 5 页。c o n t i n u e df r n mP 2 5 E f f e c to fD i f f e r e n tE I e m e n tC o m p o n e n to nC o r r o s i V eP r o p e r t yo f5 0 8 3A I u m i n u mA 儿o y 日Ⅲ，v cc Ⅱ口增曲1 ，z 删．『、r G ‰’，黝M ’“增删n 1 ，Ⅳ￡，z l I I e 昭．，I o 矗’’．，M J I 、『G 阢n ．m i n 3 1 ．c D 昭g i 帽U 厅妇e 乃蚵，劬。哪i 昭4 0 0 0 4 4 ，C _ | l i n d ； 2 ．S o “l l I l 埘e s tu n 如e 阳毋矿P D 址幻耐s c 妇，l c ed 以如埘，C l I l o n g q f 昭4 0 0 0 3l 。C l I l i 加； 3 ．s o u 咖耽时A Z “m j 肌m G r o 印 “m i I e dC o 甲D 删如n ，傩D 哪i n g4 0 1 3 2 6 ，c i ∞ A b s t r a c t T h ec o r r o s i o np r o p e r t yo f5 0 8 3a l u m i n u ma l l o y8 h e e t sw i t hd i f k r e n tc o n t e n t 8 “t h r e ee l e m e n t si s i n v e s t i g a t e d b yS E M ，m e t a l l o g r a p h i cm i c m s c o p y ，i n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o nt e 8 ta n de x f o l i a t i o nc o r r o s i o nt e s t ． P o l a r i z a t i o nc u n r e 8 o ft h e s e8 a m p l e 8a r em e a 8 u r e di nE X C O8 0 l u t i o n ． I ts h o w st h a tt h ea n t i - c o r r 0 8 i o np r o p e r t yo fa l l o yi 8I ．e l e v a n tt ot h e c o n t e n to fm a g n e s i u me l e m e n t ，a n dt h ei n t e r g r a n u l a rc o r r 0 8 i o na n de x f o l i a t i o nc o r r o s i o no ft h e5 0 8 38 l l o ys h e e ta 托 i n c r e a 8 e dw i t ht h ei n c r e a 8 eo fm a g n e s i u mc o n t e n t ．T h ec o n t e n to fm a n g a n e 8 eh a 8l i t t l ee f k c to nt h ec o r r 0 8 i o n p o t e n t i a l ，b u ti tc a ni m p r o v et h ea n t i - i n t e r g r a n u l a rc o r r 0 8 i o na n da n t i - e x f o l i a t i o nc o n o s i o np r o p e n y ．’ K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；5 0 8 3a l u m i n u ma l l o y ；a l l o y i n 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