7A52鋁合金干濕交替情況下電偶腐蝕行為研究

（裝甲兵工程學(xué)院，北京100072）

7A52鋁合金干濕交替情況下電偶腐蝕行為研究

王偉，黃燕濱，徐可可，周科可，東曉林

（裝甲兵工程學(xué)院，北京100072）

目的研究海洋環(huán)境下7A52鋁合金在干濕周浸使用過程中的電偶腐蝕現(xiàn)象。方法實(shí)驗(yàn)配制3.5%的NaCl水溶液浸泡試樣，實(shí)驗(yàn)周期為504 h，全浸試樣作為對(duì)比試樣，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)一直浸泡在NaCl水溶液中。測(cè)試試樣干濕周浸情況下7A52與5A06，38CrSi之間的電偶電流及電偶電壓，使用SEM分析腐蝕后的表面形貌。結(jié)果7A52-5A06干濕周浸試樣電偶電流變化不大，全浸試樣電偶電流較初期變化較大，后期電偶電流的大小只有初期電偶電流大小的1/8左右，7A52-38CrSi全浸試樣與干濕交替情況下電偶電流基本相同。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，干濕交替及全浸情況下電偶電流的差異逐漸變大，電偶電流增大約為實(shí)驗(yàn)初期的10倍；全浸情況下試樣表面腐蝕產(chǎn)物較致密，干濕周浸情況下腐蝕產(chǎn)物較為疏松。結(jié)論在3.5%的NaCl水溶液干濕周浸情況下，7A52-5A06，7A52-38CrSi的平均電偶腐蝕速度要大于全浸狀態(tài)下的平均電偶腐蝕速度，干濕周浸情況下，7A52-5A06，7A52-38CrSi腐蝕后試樣表面形態(tài)具有較大差異，5A06在相同實(shí)驗(yàn)條件下的耐腐蝕性要好于7A52。

7A52；電偶腐蝕；干濕周浸

海洋環(huán)境具有低電阻、含侵蝕性氯離子及高鹽霧的特點(diǎn)[1—3]，高強(qiáng)鋁合金7A52因具有高的比強(qiáng)度和比剛度、無磁性、低溫性能好以及良好的加工和力學(xué)性能，成為航空航天、輕型戰(zhàn)車結(jié)構(gòu)及海洋機(jī)械上的理想材料[4—7]。隨著7A52鋁合金在海洋環(huán)境下的大量使用，7A52鋁合金與其他金屬材料配合使用時(shí)的電偶腐蝕問題逐漸引起重視[8—19]，但是對(duì)于干濕交替情況下7A52鋁合金在海水中的電偶腐蝕研究還比較少，文中將著重研究這一腐蝕情況。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇與加工

實(shí)驗(yàn)選擇7A52，5A06，38CrSi三種材料，其中7A52的化學(xué)成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，下同）為：Mg 2.0%～2.8%，Si 0.25%，F(xiàn)e 0.3%，Cu 0.05%～0.2%，Mn 0.2%～0.5%，Cr 0.15%～0.25%，Ti 0.05%～0.15%，Zn 4.0%～4.8%，其他0.15%；5A06的化學(xué)成分為：Mg 5.8%～6.8%，Si 0.4%，F(xiàn)e 0.4%，Cu 0.1%，Mn 0.5%～0.8%，Ti 0.1%～0.2%，Zn 0.2%，Be 0.0001%～0.005%，其他0.05%；38CrSi的化學(xué)成分為：C 0.35%～0.43%，Mn 0.3%～0.6%，S≤0.035%，P≤0.035%，Si 1.00%～1.30%，Cr 1.30%～1.60%。材料的自腐蝕電位曲線如圖1所示。采用片狀電極，經(jīng)加工至所需尺寸后，用水砂紙打磨至相同的表面光潔度要求，用丙酮液去除表面污跡，試樣工作面積取27 cm2，非工作面積用環(huán)氧樹脂涂封。

1.2 試驗(yàn)方法

按GBT 15748—1995《船用金屬材料電偶腐蝕試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》浸泡試樣，試驗(yàn)介質(zhì)選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl水溶液，選用分析純NaCl用去離子水配制，采用浸泡試樣為測(cè)量試樣。實(shí)驗(yàn)周期為504 h，試樣隔22 h浸泡2 h，每次測(cè)試的時(shí)機(jī)選擇在試樣浸泡1 h后進(jìn)行。浸泡取出后，在空氣中懸掛自然晾干，全浸試樣作為對(duì)比試樣，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)一直浸泡在NaCl水溶液中。

圖1 材料在3.5%NaCl溶液中自腐蝕電位隨時(shí)間變化曲線Fig.1 Galvanic current changing curve with time of material under 3.5%NaCl condition

1.3 實(shí)驗(yàn)材料的選擇與加工

試驗(yàn)測(cè)試儀器是CH1660B型電化學(xué)工作站，參比電極采用飽和甘汞電極，輔助電極采用鉑電極。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 7A52-5A06干濕周浸條件下電偶腐蝕研究

圖2為7A52-5A06在干濕交替及全浸情況下電偶電流與電偶電壓的變化情況。在實(shí)驗(yàn)初始階段，7A52-5A06全浸試樣與干濕交替情況下電偶電流基本相同，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，干濕交替及全浸情況下電偶電流的差異逐漸變大。

實(shí)驗(yàn)前期，兩個(gè)試樣的電偶電流在腐蝕過程中變化不大，試驗(yàn)后期電偶電流相對(duì)于初始電偶電流都略微減小，是由于試樣打磨后，在介質(zhì)中鋁合金表面氧化膜逐漸生長(zhǎng)加厚。全浸試樣電偶電流較初期變化較大，后期電偶電流的大小只有初期電偶電流大小的1/8左右，只有同時(shí)間的干濕交替試樣電流電偶電流的1/7左右。

圖2 7A52-5A06干濕交替情況電偶電流、電壓隨時(shí)間變化曲線Fig.2 Galvanic current and voltage changing curve with time of 7A52-5A06 under cyclic wet-dry immersion condition

為了進(jìn)一步研究圖1中干濕交替及全浸狀態(tài)下電偶電流變化的原因，用SEM電鏡及X衍射儀對(duì)試樣進(jìn)行分析。圖3a是全浸狀態(tài)下7A52試片在3.5%的NaCl溶液中與5A06發(fā)生電偶腐蝕504 h后的SEM照片，圖3b是干濕交替狀態(tài)下7A52試片在3.5%的NaCl溶液中與5A06發(fā)生電偶腐蝕504 h后的SEM照片。

圖3 7A52與5A06發(fā)生電偶腐蝕后的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM photos of 7A52 after galvanic corrosion with 5A06

由圖3a可知，全浸狀態(tài)下7A52在腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物在試樣表面附著較為致密，在試樣表面形成“保護(hù)膜”，可以有效防止NaCl溶液對(duì)基體的腐蝕。由圖3b可知，干濕交替情況下7A52在腐蝕后產(chǎn)物較為疏松，且由于內(nèi)應(yīng)力作用產(chǎn)生大量的裂紋，腐蝕產(chǎn)物無法對(duì)基體進(jìn)行有效隔絕保護(hù)，NaCl溶液可以較為輕松到達(dá)基體對(duì)基體進(jìn)行腐蝕。

分別對(duì)全浸后及干濕交替情況下7A52試樣進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖4和圖5所示，主要成分構(gòu)成分別見表3，表4。

圖4 全浸狀態(tài)下7A52腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物Fig.4 The corrosion products of 7A52 under full immersion condition

圖5 干濕交替條件下7A52試樣的腐蝕產(chǎn)物Fig.5 The corrosion products of 7A52 under cyclic wet-dry immersion condition

表3 全浸狀態(tài)下腐蝕產(chǎn)物成分Table 3 Compositions of corrosion products under full immersion condition

表4 干濕交替狀態(tài)下腐蝕產(chǎn)物成分Table 4 Compositions of corrosion products under cyclic wet-dry immersion condition

由圖5和圖6可得，7A52在兩種狀態(tài)下腐蝕產(chǎn)物的基本構(gòu)成相同，基本都是由氧和鋁構(gòu)成。干濕周浸情況下腐蝕產(chǎn)物中Al元素含量比較高，說明在干濕周浸條件下，鋁合金表面生成的腐蝕產(chǎn)物堆積較多且較為疏松，Al基體暴露面積比較大，驗(yàn)證了SEM電鏡的觀察結(jié)果。

全浸狀態(tài)及干濕交替狀態(tài)下5A06試片在3.5%的NaCl溶液中與7A52發(fā)生電偶腐蝕504 h后的SEM照片如圖6所示。

圖6 5A06腐蝕后的SEM照片F(xiàn)ig.6 SEM photos of 5A06 after corrosion

由圖6a可得，全浸狀態(tài)下5A06在腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物較為致密，相較同條件下7A52的腐蝕產(chǎn)物更加致密，可以較好防止NaCl溶液對(duì)基體的腐蝕。由圖6b可得，相對(duì)于全浸狀態(tài)下，干濕交替情況下5A06在腐蝕后產(chǎn)物較為疏松，但比相同條件下7A52的腐蝕產(chǎn)物要致密一些，腐蝕產(chǎn)物存在明顯裂紋。

綜合圖3—6可得，全浸狀態(tài)下，隨著腐蝕的進(jìn)行，鋁合金表面會(huì)產(chǎn)生致密的氧化膜，有效抑制電偶腐蝕的發(fā)生，而在干濕交替情況下鋁合金表面腐蝕產(chǎn)物則很疏松，無法對(duì)電偶腐蝕進(jìn)行有效抑制，7A52在相同條件下表面腐蝕產(chǎn)物相對(duì)5A06較為疏松，耐腐蝕性比5A06要差一些。

2.2 7A52與38CrSi在干濕交替情況下的電偶腐蝕研究

7A52-38CrSi在干濕交替情況下電偶電流與電偶電壓的變化如圖7所示。

圖7 7A52-38CrSi干濕交替情況下電偶電流、電壓隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Galvanic current and voltage changing curve with time of 7A52-38CrSi under cyclic wet-dry immersion condition

由圖7可得，在實(shí)驗(yàn)初始階段，7A52-38CrSi全浸試樣與干濕交替情況下電偶電流基本相同，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，干濕交替及全浸情況下電偶電流的差異逐漸變大。干濕交替試樣與全浸試樣的電偶電流在腐蝕過程中隨著時(shí)間的變化逐漸增大，干濕交替試樣電偶電流隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)急劇增大，到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的電偶電流約為實(shí)驗(yàn)初期的10倍左右。全浸試樣電偶電流較初期變化較大，后期電偶電流的大小只有初期電偶電流大小的1/8左右，只有同時(shí)間的干濕交替試樣電流電偶電流的1/7左右；

為了進(jìn)一步研究圖7中干濕交替及全浸狀態(tài)下電偶電流變化的原因，用SEM電鏡對(duì)試樣進(jìn)行分析。圖9是全浸狀態(tài)下與干濕周浸狀態(tài)下7A52試片在3.5%的NaCl溶液中與38CrSi發(fā)生電偶腐蝕504 h后的SEM照片。

圖9 7A52與38CrSi發(fā)生電偶腐蝕后的SEM照片F(xiàn)ig.9 SEM photos of 7A52 after galvanic corrosion with 38CrSi

由圖9可得，7A52在全浸與干濕周浸情況下表面腐蝕產(chǎn)物的情況與圖3較為相似，干濕周浸情況下的腐蝕產(chǎn)物相比全浸情況下較為疏松，腐蝕產(chǎn)物未能對(duì)腐蝕進(jìn)行有效抑制。圖10是全浸狀態(tài)下及干濕周浸狀態(tài)下38CrSi試片在3.5%的NaCl溶液中與7A52發(fā)生電偶腐蝕504 h后的SEM照片。

圖10 38CrSi腐蝕后的SEM照片F(xiàn)ig.10 SEM photos of 38CrSi after corrosion

由圖10a可知，38CrSi在全浸狀態(tài)下表面腐蝕產(chǎn)物堆積較少，基體直接暴露與溶液接觸。由圖10b可知，38CrSi在干濕交替條件下表面腐蝕產(chǎn)物大量堆積且疏松多孔，也未能對(duì)腐蝕速度產(chǎn)生較大影響，可見在干濕周浸及全浸狀態(tài)下電偶腐蝕速度的差異主要是由7A52表面狀態(tài)的差異引起的。

3 結(jié)論

1）在3.5%的NaCl水溶液干濕周浸情況下，7A52-5A06，7A52-38CrSi的平均電偶腐蝕速度要大于全浸狀態(tài)下的平均電偶腐蝕速度。

2）在干濕周浸情況下，7A52-5A06，7A52-38CrSi腐蝕后試樣表面形態(tài)具有較大差異，在干濕周浸情況下7A52表面腐蝕產(chǎn)物較為疏松，全浸狀態(tài)下7A52表面腐蝕產(chǎn)物較為致密。

3）由7A52，5A06和38CrSi的自腐蝕電位對(duì)比分析可知：7A52-38CrSi的電偶電流大于7A52-5A06，是由于5A06的自腐蝕電位較38CrSi低，電偶腐蝕傾向較小，電偶腐蝕破壞較輕。

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Galvanic Corrosion in Cyclic Wet-Dry Immersion Test of 7A52 Aluminium Alloy

WANG Wei，HUANG Yan-bin，XU Ke-ke，ZHOU Ke-ke，DONG Xiao-lin
（The Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Objective To investigate galvanic corrosion phenomenon of 7A52 aluminum alloy used in cyclic wet-dry immersion test in marine environment.Methods The sample was soaked in 3.5%NaCl solution in all of the test cycle of 504 hours,with full immersion as control.Galvanic current and galvanic voltage under cyclic dry-wet immersion condition between 7A52 and 5A06,38CrSi were tested,and the surface morphology after corrosion was analyzed.Results The galvanic current of 7A52-5A06 cyclic wet-dry immersion sample changed little,and that of fullimmersion sample changed much in the early stage,and was only about 1/8 in the later stage.The galvanic currents of 7A52-38CrSi full immersion sample and cyclic wet-dry immersion sample were almost the same.With the progress of the experiment,the difference of galvanic current between cyclic wet-dry immersion sample and full immersion sample became bigger,with the galvanic current increasing about 10 times than that in the early stage.The surface corrosion products of full immersion sample were dense,while those were loose of cyclic wet-dry immersion sample. Conclusion Under the condition of cyclic wet-dry immersion in 3.5%NaCl solution,the average galvanic corrosion speed of 7A52-5A06 and 7A52-38CrSi was faster than under the condition of full immersion.Under the condition of cyclic wet-dry immersion,the surface morphology of 7A52-5A06 and 7A52-38CrSi had a big difference after corrosion,and the corrosion resistance of 5A06 was better than 7A52 under the same experimental conditions.

7A52；galvanic corrosion；cyclic wet-dry immersion test

HUANG Yan-bin(1961—),Male,from Beijing,Master,Professor,Research focus：equipment maintenance support,material corrosion and protection.

10.7643/issn.1672-9242.2016.02.005

TJ04；TG172.5

：A

1672－9242（2016）02－0024-06

2015-12-07；

2016-03-02

Received：2015-12-07；Revised：2016-03-02

王偉（1981—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)椴牧细g與防護(hù)。

Biography：WANG Wei(1981-),Male,Master graduate student,Research focus：material corrosion and protection.

黃燕濱（1961—），男，北京人，碩士，教授，主要研究方向?yàn)檠b備維修保障，材料腐蝕與防護(hù)等。