海洋大氣環境中鋁合金亞穩態點蝕形核長大與緩蝕機制

《海洋大氣環境中鋁合金亞穩態點蝕形核長大與緩蝕機制》是依託華中科技大學，由董澤華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海洋大氣環境中鋁合金亞穩態點蝕形核長大與緩蝕機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董澤華
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

由點蝕引發的鋁合金晶間腐蝕和應力腐蝕開裂會嚴重降低航空器的服役安全性。海洋大氣中的鹽粒沉降與薄液膜的形成，可破壞鋁合金表面的保護膜而導致點蝕，然而當前對鋁合金亞穩態點蝕萌發與穩態轉變仍缺乏系統認識。本課題以AA6063鋁合金為基材，藉助電化學噪聲峰形態分析和絲束電極技術，於自然狀態下研究薄液膜下鋁合金表面亞穩態點蝕誘導形核、穩定化轉變或再鈍化過程；弄清鋁合金表面稀土轉換膜的溶蝕及溶出物抑制蝕點萌生與長大的規律。採用光纖式螢光探針和顯微雷射拉曼，研究Cl-離子與緩蝕劑粒子在蝕孔內的擴散、遷移和競爭吸附規律；探討第二相組織、表面損傷、應力和腐蝕產物等因素對亞穩態蝕點的形核速率、平均壽命和積分電流的影響規律。通過軟體仿真，建立多因素耦合下鋁合金亞穩態向穩態點蝕轉變的判別準則。研究成果將有助於闡明鋁合金點蝕生長動力學機制，並為鋁合金的大氣腐蝕監測和局部腐蝕緩蝕劑的定量評測提供新思路.

結題摘要

鋁合金廣泛套用於建築、汽車、電子及航空航天工業等領域。而鋁合金大氣腐蝕尤其是海洋性大氣腐蝕極為普遍。此外鋁合金結構件還會受到應力和環境的協同腐蝕作用，導致鋁合金髮生應力腐蝕開裂(SCC)。因此，研究海洋性高濕度環境下鋁合金的局部腐蝕以及SCC腐蝕機理和抑制方法變得十分重要。 本項目採用大氣腐蝕模擬箱和電化學方法研究了NaCl薄液膜下AA6061鋁合金的局部腐蝕行為。通過研究不同濕度條件下陰極極限擴散電流密度隨NaCl液膜厚度的變化規律，探索了液膜厚度對氧擴散行為的影響。發現液膜越薄，溶解氧穿過薄液膜的擴散速率越快，因而在陰極極化下表現出更大的氧還原電流。採用鋁合金陣列電極研究了薄液膜下Ce3+離子的擴散行為，發現無Ce3+時，隨著潮解時間延長，中心陽極區腐蝕產物的堆積形成了較大的IR降，反而降低了該區域的腐蝕傾向。而鹽粒外圍腐蝕產物較少，腐蝕反而逐漸趨於嚴重，表明鹽粒潮解後期，發生了顯著的極性反轉。 通過研究AA7A04鋁合金恆應變C型環試樣在3%NaCl溶液中SCC裂紋的萌生和擴展過程，發現裂紋萌生和發展會導致明顯的規律性電流與電位噪聲。通過對噪聲峰的峰形及壽命分析，發現裂紋的萌生與成長表現出明顯的階段性。試樣在彈性變形階段以點蝕為主；當拉伸應力過了屈服強度後，基線電流出現較大波動，此時試樣進入裂紋快速擴展階段；當拉伸應力過了最高拉伸強度後基線電流波動幅度減小，電流特徵峰消失，此時試樣進入了快速斷裂階段。 總之，通過本項目的研究，取得了如下重要認識： 1、含鹽薄液膜下鋁合金表面比溶液中更容易產生點蝕並堆積了更多的腐蝕產物，而當NaCl溶液或薄液膜中含有Ce3+時，溶液和薄液膜下鋁合金的腐蝕規律正好相反, 同樣濃度Ce3+下，薄液膜中相比溶液中鋁合金表面的亞穩態點蝕更容易受到抑制； 2、電化學噪聲可以靈敏反映SCC裂紋的萌生、發展以及淬滅過程。彈性變形區的噪聲發生與亞穩態點蝕生長過程有關，而屈服階段的噪聲則與裂紋擴展過程有關。分子半徑越大的緩蝕劑越難擴散到裂紋尖端，無法對抑制裂紋擴展；而半徑較小F-可以滲透到裂紋前端而抑制裂紋擴展。