國家標(biāo)準(zhǔn)《鋁合金晶間腐蝕敏感性評價方法》述評

侯 繹,白曉霞,賀文秀,韓 嘯,李 丹,胡天龍,王美琪

(東北輕合金有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150060)

1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

我國現(xiàn)行的測定鋁合金晶間腐蝕的國家標(biāo)準(zhǔn)有兩個:GB/T 7998-2005《鋁合金晶間腐蝕測定方法》和GB/T 26491-2011《5×××系鋁合金晶間腐蝕試驗方法 質(zhì)量損失法》;行標(biāo)有一個:HB 5255-83《鋁合金晶間腐蝕及晶間腐蝕傾向的測定》。其中GB/T 7998標(biāo)準(zhǔn)是1987年制定并頒布實施的,僅在2005年修訂過一次,該修訂版本已經(jīng)使用18年,使用年限較長。標(biāo)準(zhǔn)中借助于金相顯微鏡檢查對腐蝕試驗后(或未腐蝕)的試樣進行晶間腐蝕檢查,其涵蓋了2×××系、5×××系和7×××系鋁合金晶間腐蝕試驗,但缺少6×××系鋁合金的試驗方法。而6×××系鋁合金作為可熱處理強化的鋁合金,以其良好的綜合性能,被廣泛應(yīng)用于交通運輸和航空航天領(lǐng)域,尤其在大型民用飛機、船舶、軍用艦載機、軌道交通中有廣泛的應(yīng)用,而在這些領(lǐng)域中的鋁合金構(gòu)件所處的自然環(huán)境有發(fā)生晶間腐蝕的可能?，F(xiàn)行的國標(biāo)體系中缺乏對6×××系鋁合金晶間腐蝕敏感性的評定方法;我國2011年頒布實施GB/T 26491《5×××系鋁合金晶間腐蝕試驗方法 質(zhì)量損失法》適用范圍僅為5×××系鋁合金板材,它是通過測量腐蝕前后試樣單位面積的質(zhì)量損失來評定5×××系鋁合金板材的晶間腐蝕敏感性。GB/T 26491無論從適用范圍、方法原理、腐蝕溶液和試驗溫度均和GB/T 7998不同,但又容易與GB/T 7998相混淆,且在使用過程中兩種同源方法分立兩個標(biāo)準(zhǔn),給實際應(yīng)用帶來不便,因此修訂國家標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。

2 標(biāo)準(zhǔn)編制過程

2018年3月在云南省昆明市全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會輕金屬分會主持召開了本標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研工作會議,確認(rèn)開始標(biāo)準(zhǔn)修訂預(yù)研工作。2020年4月,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會下達了修訂《鋁合金晶間腐蝕敏感性評價方法》國家標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù),修訂項目由全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會負(fù)責(zé)管理,國家標(biāo)準(zhǔn)計劃號20210805-T-610,任務(wù)完成時間為2021年～2022年,為期18個月。技術(shù)歸口單位為全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。至2021年6月,全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會共組織召開了5次標(biāo)準(zhǔn)工作會議,對多版本的草稿進行深入的討論、修改,最后完成征求意見稿并掛網(wǎng)征求意見。2021年11月,該標(biāo)準(zhǔn)完成了技術(shù)專家審定,2022年5月完成了全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會審查,2022年6月順利報批,2023年5月正式發(fā)布,2023年12月正式實施。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

3.1 試劑

3.1.1 過氧化氫的使用方法

國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了氧化劑(過氧化氫)在加熱之前不能加入,而GB/T 7998-2005規(guī)定將過氧化氫加入,混勻,應(yīng)立即放入試樣。兩者之間主要差異為氧化劑的加入時間,而在加熱過程中過氧化氫會發(fā)生分解(加熱至60 ℃,大約分解50%),降低了氧化劑在腐蝕試驗中的作用。因此,本標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定,試驗時,先加熱試液至試驗溫度,再添加過氧化氫(其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)。

如果過氧化氫的開瓶次數(shù)多,且貯存不當(dāng),過氧化氫會分解失效,會降低氧化劑在腐蝕試驗中的作用。因此,本標(biāo)準(zhǔn)中增加了使用中不能確定過氧化氫濃度時,使用前應(yīng)按照GB/T 6684-2002進行核實,完善了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

3.1.2 質(zhì)量損失法試液

GB/T 26491-2011版是參考國外標(biāo)準(zhǔn)編制,其編制過程中存在筆誤,將試驗溶液濃度由硝酸(其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～72%)修改為硝酸溶液(3+2)(即3體積的分析純濃硝酸加2體積的水)。實際上硝酸(70%～72%)的正確表述應(yīng)為分析純濃硝酸,而不是硝酸溶液。因此,5×××系鋁合金質(zhì)量損失法試液由原標(biāo)準(zhǔn)硝酸溶液(3+2)更改為硝酸(HNO3,ρ=1.40 g/mL)。

3.2 試樣

3.2.1 質(zhì)量損失法取樣示意圖

GB/T 26491-2011《5×××系鋁合金晶間腐蝕試驗方法 質(zhì)量損失法》中,對取樣只有簡單的文字描述,容易出現(xiàn)因試驗人員理解錯誤,造成取樣錯誤,進而影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。GB/T 26491-2011整合到本標(biāo)準(zhǔn)后,按制品規(guī)格新增三個質(zhì)量損失法取樣示意圖(圖1為產(chǎn)品厚度不大于25 mm的矩形試樣示意圖)。

圖1 質(zhì)量損失法矩形試樣取樣示意圖(產(chǎn)品厚度不大于25 mm)

GB/T 26491-2011中顯微組織檢查磨拋部位是橫斷面,而國外標(biāo)準(zhǔn)都是縱斷面,觀察縱斷面的優(yōu)點是既可以對試樣是否存在晶間腐蝕進行定性分析,又可以觀察晶界上第二相的形態(tài)和分布。因此,本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定顯微組織檢查的磨拋部位改為縱斷面。

3.2.2 鍛件試樣規(guī)格和取樣示意圖

GB/T 7998-2005只有管、棒、線、板、型材,不含鍛件及其他,未涵蓋所有產(chǎn)品類型,影響標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。修訂后增加了鍛件試樣規(guī)格和8種鍛件的取樣示意圖(圖2為矩形鍛件取樣示意圖)。規(guī)定了未涵蓋產(chǎn)品的試樣可參考這些給出的試樣類型,使GB/T 7998標(biāo)準(zhǔn)涵蓋所有產(chǎn)品的類型。

圖2 矩形鍛件取樣示意圖

3.2.3 腐蝕深度法試樣預(yù)處理中的酸洗工藝

腐蝕深度法試樣預(yù)處理的酸洗工藝中,GB/T 7998-2005為硝酸溶液(3+7),而國外標(biāo)準(zhǔn)為硝酸(ρ=1.40 g/mL)。由于預(yù)處理中的堿洗工藝會去除掉試樣表面原有的氧化膜層,采用硝酸(ρ=1.40 g/mL)進行酸洗,能在試樣堿洗后的新鮮表面上形成氧化膜(鈍化),這種試樣表面更能體現(xiàn)原始表面的真實狀態(tài),使試驗更具有代表性。因此,腐蝕深度法試樣預(yù)處理中酸洗工藝用的硝酸溶液更改為硝酸。

3.2.4 包鋁層去除方法

對于包鋁層去除方法,GB/T 7998-2005為堿洗,但堿洗工藝無法解決較厚包鋁板去除包鋁層的問題。因此本標(biāo)準(zhǔn)在原有堿洗方法的基礎(chǔ)上加入允許用機械加工方式去除包鋁層的內(nèi)容。

3.3 試驗程序

3.3.1 試驗溫度

GB/T 7998-2005(腐蝕深度法)試驗溫度與國外標(biāo)準(zhǔn)不一致,GB/T 7998-2005(腐蝕深度法)試驗溫度為35 ℃±2 ℃,國外標(biāo)準(zhǔn)試驗溫度一般為30 ℃±3 ℃。采用與國外標(biāo)準(zhǔn)相同的試驗溫度,能使晶間腐蝕試驗方法與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌,提高GB/T 7998標(biāo)準(zhǔn)的通用性。因此,腐蝕深度法的試驗溫度更改為30 ℃±3 ℃。

比對國外標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 26491-2011(質(zhì)量損失法)的試驗溫度,國外標(biāo)準(zhǔn)為30 ℃±0.1 ℃,GB/T 26491-2011為30 ℃±1 ℃,國外標(biāo)準(zhǔn)試驗溫度控制精度更高。試驗溫度的控制精度低,表示對試驗條件的控制能力差,其試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性會令人質(zhì)疑。因此,質(zhì)量損失法的試驗溫度更改為30 ℃±0.1 ℃。

3.3.2 腐蝕深度法顯微組織試樣

GB/T7998-2005(腐蝕深度法)是垂直材料主變形方向的一端切去約5 mm取樣,而國外標(biāo)準(zhǔn)是選取試樣表面腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域取樣。GB/T 7998-2005的試驗結(jié)果可能會低于國外標(biāo)準(zhǔn),影響了標(biāo)準(zhǔn)間的結(jié)果可比性。因此,本版標(biāo)準(zhǔn)腐蝕深度法試樣選取原始表面腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域取樣,并提供了取樣部位示意圖(見圖3)。

圖3 腐蝕深度法試樣制樣位置示意圖(俯視圖)

3.3.3 質(zhì)量損失法試樣清洗

GB/T 26491-2011(質(zhì)量損失法)的試樣清洗為毛刷清洗,而國外標(biāo)準(zhǔn)的試樣清洗為超聲波清洗。采用毛刷清洗試樣與采用超聲波清洗試樣都可以達到效果,超聲波清洗為無接觸式,而毛刷清洗為接觸式,毛刷清洗可能會產(chǎn)生人為誤差。因此,質(zhì)量損失法的試樣清洗由毛刷清洗更改為超聲波清洗,并建立了超聲波清洗試樣規(guī)程。

3.3.4 6×××系鋁合金晶間腐蝕試驗方法

國外標(biāo)準(zhǔn)提供的6×××系鋁合金的晶間腐蝕評價方法與2×××和7×××的相同,而GB/T 7998-2005中未涵蓋6×××系鋁合金。參考國外標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 7998-2005中的2×××和7×××系鋁合金試驗方法,并做了標(biāo)準(zhǔn)間的對比試驗。結(jié)論為腐蝕深度法中2×××系、7×××系鋁合金晶間腐蝕評定方法適合于6×××系鋁合金晶間腐蝕的檢查,腐蝕時間宜為6 h。因此,本標(biāo)準(zhǔn)增加了6×××系鋁合金的晶間腐蝕試驗和評定方法,此方法內(nèi)容與腐蝕深度法中的2×××系、7×××系鋁合金一致,腐蝕時間宜為6 h。

3.3.5 質(zhì)量損失法試樣在試液中的擺放方式

為使試樣擺放方式更清楚、直觀,修改了關(guān)于質(zhì)量損失法試樣擺放的敘述,增加了質(zhì)量損失法試樣擺放示意圖(見圖4)。

圖4 質(zhì)量損失法試樣擺放示意圖

3.4 結(jié)果處理與表示

3.4.1 腐蝕深度法典型顯微組織圖片

GB/T 7998-2005中只提供了一張晶間腐蝕(連續(xù)分布)的典型圖片(見圖5),而結(jié)果提到的一般腐蝕和點蝕均未提供典型圖片,不利于試驗中對腐蝕性質(zhì)的確定。本版標(biāo)準(zhǔn)中增加典型圖片(見圖6、圖7、圖8)后,解決了僅有文字描述容易發(fā)生理解錯誤的問題。

圖5 晶間腐蝕(連續(xù)分布)

圖6 一般腐蝕

圖7 點蝕

圖8 晶間腐蝕(區(qū)域分布)

4 標(biāo)準(zhǔn)水平分析

在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中,調(diào)研了我國的主要鋁加工企業(yè)、部分科研院所、學(xué)校,同時參考了ASTM標(biāo)準(zhǔn),進一步規(guī)范國內(nèi)鋁合金產(chǎn)品的晶間腐蝕試驗方法,保證鋁合金產(chǎn)品的質(zhì)量。主要技術(shù)參數(shù)與國外同類標(biāo)準(zhǔn)的相當(dāng)。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容全面,規(guī)定嚴(yán)謹(jǐn),同時增加了標(biāo)準(zhǔn)圖譜,保證了晶間腐蝕結(jié)果評定的準(zhǔn)確性,具有先進性、科學(xué)性、普遍性、廣泛性和適用性,綜合水平優(yōu)于國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平。

5 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新點

該標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在三個方面,一是避免混淆,GB/T 26491-2011的適用范圍、方法原理、腐蝕溶液和試驗溫度和GB/T 7998-2005均不相同,容易與GB/T 7998相混淆,且在使用過程中兩種同源方法分立兩個標(biāo)準(zhǔn)也給實際應(yīng)用帶來不便,將GB/T 26491-2011《5×××系鋁合金晶間腐蝕試驗方法 質(zhì)量損失法》的內(nèi)容整合到標(biāo)準(zhǔn)中,解決了這一問題;二是增加了取樣示意圖,規(guī)定了未涵蓋的產(chǎn)品類型可參考確定試樣類型,使標(biāo)準(zhǔn)涵蓋所有產(chǎn)品的類型;三是增加了一般腐蝕、點蝕和區(qū)域分布晶間腐蝕的典型圖片,解決了僅有文字描述容易發(fā)生理解錯誤的問題。

6 結(jié)束語

本標(biāo)準(zhǔn)是我國鋁合金產(chǎn)品試驗方法系列標(biāo)準(zhǔn)之一,適用于為2×××、5×××、6×××、7×××系鋁合金板、帶、管、棒、型、鍛件等變形鋁合金產(chǎn)品的晶間腐蝕試驗。重新修訂后的《鋁合金晶間腐蝕敏感性評價方法》分別按照腐蝕深度法(適用于2×××系、5×××系、6×××系和7×××系鋁合金)與質(zhì)量損失法(適用于5×××系鋁合金)評定晶間腐蝕敏感性,其適用范圍廣,評價手段優(yōu)于ASTM標(biāo)準(zhǔn)系列,適應(yīng)我國鋁合金材料的技術(shù)研發(fā)與質(zhì)量控制的需要。本標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一了鋁合金晶間腐蝕的檢測評定方法,進一步完善了國內(nèi)在航天航空、軌道交通等領(lǐng)域產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系,標(biāo)準(zhǔn)綜合水平達到國際先進水平,保持了我國標(biāo)準(zhǔn)的先進性,完全能滿足國內(nèi)鋁合金晶間腐蝕試驗的需求。

本標(biāo)準(zhǔn)是中國高端制造的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)代表,該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布有利于促進國外關(guān)鍵產(chǎn)品的國產(chǎn)化,將會引領(lǐng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展,創(chuàng)造巨大的社會效益和經(jīng)濟效益,利于提高我國鋁及鋁合金產(chǎn)品的國際競爭力。