2024铝合金在中国西部盐湖大气环境中的局部腐蚀行为*

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2024铝合金在中国西部盐湖大气环境中的局部腐蚀行为*

2024-07-14 22:16| 来源: 网络整理| 查看: 265

Al及铝合金由于具有较好的力学性能、低密度和较高的耐腐蚀性, 已被广泛应用到户外环境中, 如航空航天、交通和建筑等行业[1]. 在多数大气环境中, Al及铝合金具有良好的耐蚀性, 但在Cl-含量较高的海洋大气环境中或SO2污染严重的工业大气环境中, 则易遭受不同程度的局部腐蚀[2]. 广泛应用于航空工业的高强铝合金因添加了部分合金元素, 使其在大气环境下更易发生严重的局部腐蚀, 如点蚀、晶间腐蚀、剥蚀和应力腐蚀等[3], 影响着航空器材的安全性能. 因此航空用高强铝合金的大气腐蚀行为一直受到广泛关注, 其中2024高强铝合金最具代表性.

国内外学者对2024高强铝合金在多种自然环境和实验室模拟环境中的大气腐蚀行为和机理进行了研究[4-20]. Dean等[5]利用现场大气暴露实验研究了2024铝合金在海洋和工业大气环境中暴露10 a的腐蚀行为, 结果发现, 暴露后包铝的2024的延伸率几乎没有变化, 不包铝的2024则发生了较严重的局部腐蚀, 导致力学性能的较大幅度下降. Sun等[6,7]研究了2024铝合金在我国几种典型大气环境中(海洋、工业、城市等)暴露20 a的腐蚀行为, 也发现了类似的腐蚀规律, 包铝层主要以点蚀为主, 不包铝的则发生了严重的剥层腐蚀, 从而导致力学性能的损失较大. 张晓云等[15]研究了C弯受力状态的2024铝合金在海洋和乡村大气环境中的腐蚀行为, 发现其在海洋大气环境中有较高的应力腐蚀敏感性.

以上关于Al及铝合金的研究主要以高相对湿度(>80%RH)的海洋(高氯盐)或工业污染(高SO2)大气环境为现场暴露或实验室模拟的对象, 而在富盐(高氯盐)干旱( OH- > F- > Cl- > Br > NO3-, 化学制备中常用含Cl-的LDH作为前驱体进行离子交换制备含其他阴离子的LDH. LDH因其阴离子的可交换性, 已被用作多种金属材料的防腐蚀膜. 其作用机理为, 在含腐蚀性阴离子的溶液中(以NaCl为例), LDH层板间的阴离子通过交换可将Cl-置入层间. 一方面Cl-的减少使腐蚀反应减弱, 另一方面层板间原有的阴离子被置换出来后, 因其本身的一些特性也可对金属起到保护作用.

但是, Al及铝合金在含MgCl2的腐蚀介质中, LDH的阴离子交换作用却起到了相反的作用. 在户外大气暴露条件下, Cl-在腐蚀产物形成初期进入到层板间, 随着腐蚀的进行, 溶入液膜中的CO2会解离成CO32-, 然后通过阴离子交换, 将部分层板间的Cl-释放出来, Cl-又会继续破坏金属表面的钝化膜. 在前面介绍的阴离子交换顺序中, OH-也排在Cl-前面, 它同样能置换出部分Cl-, 不过置换能力可能会比CO32-差一些. 这样, 大气环境下, 在MgCl2腐蚀介质中, Al及铝合金的腐蚀进行到一定程度时, Cl-会被不断从腐蚀产物中释放出来, 腐蚀产物反而成了Cl-到达基体的便捷通道, 一定程度上加速了局部腐蚀(点蚀)的发生和发展.

4 结论

(1) 西部盐湖大气环境下, 大气暴露2 a的包铝的2024铝合金的包铝层已被腐蚀穿透, 无包铝的2024铝合金点蚀坑深度已达约320 μm, 腐蚀速率远高于同类材料在我国中部及东部(包括海岸地区)多数典型气候区的腐蚀速率.

(2) 包/不包铝的2024铝合金的主要腐蚀产物都是层状双金属氢氧化物—[Mg1-xAlx(OH)2]x+ (Cl-,CO2-)x·mH2O, 说明Mg元素参与了腐蚀产物的生成; 它的形成对后续的腐蚀进程有一定的促进作用.

(3) 随Cl-浓度的升高, 2024铝合金的开路电位不断降低, 耐蚀性变差, 间接表明富盐干旱大气环境对于Al及铝合金腐蚀作用较大.

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