国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

5083鋁合金在3%NaCl溶液中的微區(qū)電化學特性

2016-09-27 02:16黎良成孔小東李曦
裝備環(huán)境工程 2016年4期
關(guān)鍵詞:電位差譜分析陽極

黎良成,孔小東,李曦

(海軍工程大學 理學院,武漢 430033)

?

5083鋁合金在3%NaCl溶液中的微區(qū)電化學特性

黎良成,孔小東,李曦

(海軍工程大學 理學院,武漢 430033)

目的 對5083鋁合金在海水環(huán)境下的腐蝕行為進行深入的探索。方法 在3%NaCl溶液條件下,通過掃描振動電極技術(shù)(SVET)對5083鋁合金的微小區(qū)域進行了原位測量,得到表面區(qū)域電位梯度的變化情況,結(jié)合交流阻抗測試,以及掃描電鏡和能譜分析等方法,研究5083鋁合金腐蝕的發(fā)生、發(fā)展機理。結(jié)果 由于Zn和S等元素的偏析,腐蝕過程中,夾雜物等第二相周圍優(yōu)先溶解,致使鋁合金基體裸露在溶液中。隨著反應的持續(xù)形成點蝕,腐蝕電流使腐蝕區(qū)域的電位高于基體電位。浸泡3 h,最大電位差為15.72 mV,浸泡5 h,最大電位差達到20.06 mV。結(jié)論 5083鋁合金在海水環(huán)境下夾雜物的周圍優(yōu)先溶解,然后是電位高于基體電位的第二相發(fā)生溶解,同時鈍化膜破裂處也發(fā)生腐蝕,最終這些區(qū)域形成點蝕。

5083鋁合金;SVET;腐蝕;發(fā)生機理

5083鋁合金屬于Al-Mg系合金,其主要合金元素是鎂。它具有較高的強度及良好的塑性、加工性和抗腐蝕性能,廣泛應用于艦船的建造中[1—2]。海水是一種腐蝕性很強的介質(zhì),其中的 Cl-會導致鋁合金表面鈍化膜的溶解破壞,從而使鈍化膜失去保護作用,進而導致材料發(fā)生腐蝕而失效[2—4]。已有研究表明[5—6],在海水環(huán)境中,相比其他腐蝕類型,鋁合金較容易發(fā)生點蝕。點蝕會造成材料的腐蝕穿孔,嚴重影響材料的使用性能和安全性[7],因此對點蝕的發(fā)生及發(fā)展進行研究,從而采取措施消除或減弱點蝕的發(fā)生,增強材料的實用性具有重大意義。

SVET是在微觀范圍內(nèi)研究電化學反應的有用工具,它可以原位測量腐蝕表面的電流密度,而不會改變腐蝕過程,也不會改變局部腐蝕環(huán)境。因此,SVET在局部腐蝕研究方面得到了廣泛的應用[8—10]。Krawiec等[11]應用微電池技術(shù)和 SVET相結(jié)合模擬研究了不銹鋼的點蝕。SVET電流掃描圖像顯示陽極電流總是出現(xiàn)于材料表面的缺陷處,此缺陷由MnS雜質(zhì)的溶解引起。

文中采用傳統(tǒng)電化學和微區(qū)電化學測試方法,以及顯微鏡觀察,對5083鋁合金在3%NaCl溶液(模擬海水)中的腐蝕行為進行了研究,進而確定了其發(fā)生腐蝕的機理,為其在海水中的防護及應用提供了依據(jù)。

1 實驗

1.1試樣的制備

實驗材料為8 mm厚的5083鋁合金板,其化學成分為(以質(zhì)量分數(shù)計):Mg 4.7%,Mn 0.86%,Cu 0.04%,Si 0.09%,F(xiàn)e 0.21%,Zn 0.05%,Al余量。

用線切割將鋁合金板切割成10 mm×10 mm×8 mm的長方體,選擇10 mm×10 mm的一面作為工作面,用砂紙打磨干凈,另一端連接一根銅導線,然后用環(huán)氧樹脂將鋁塊密封于PVC管中。將鑲嵌好的試樣依次使用600~2000目的水砂紙進行打磨,之后用金相拋光機進行拋光,用蒸餾水沖洗并用丙酮擦拭除脂,用冷風吹干后置于干燥器中備用。

1.2測試方法

交流阻抗測試在CS350電化學工作站上進行,實驗采用三電極測試體系,其中工作電極為待測樣品,對電極為鉑電極,參比電極為飽和甘汞電極(SCE),實驗中引入鹽橋,電解液為化學純試劑和去離子水配制3%NaCl中性溶液。

交流阻抗試驗在開路電位下進行測試,激勵信號采用幅值為10 mV 的正弦波,頻率范圍為0.01~10 kHz。并對所測得的數(shù)據(jù)利用CorrView 軟件進行擬合。

掃描振動探針測試用VersaScan掃描系統(tǒng)完成,原位測量試樣局部腐蝕的發(fā)生、發(fā)展情況。將兩種樣品置于3%NaCl溶液中浸泡24 h,用金相顯微鏡觀察樣品表面的腐蝕情況,用掃描電鏡觀察其腐蝕形貌及產(chǎn)物,并用能譜分析腐蝕產(chǎn)物的元素組成及含量。

2 結(jié)果與分析

2.1交流阻抗測試

5083鋁合金在3%NaCl溶液中浸泡不同時間的阻抗譜如圖1a所示,圖1b為擬合后的結(jié)果。

圖1 5083鋁合金在3%NaCl溶液中的交流阻抗譜Fig.1 AC impedance spectra of 5083 aluminum alloy in 3% NaCl solution

從圖1中發(fā)現(xiàn),5083鋁合金在3%NaCl中浸泡0 h的圖譜由兩個容抗弧組成,而其他圖譜都只有一個容抗弧。從擬合的等效電路(如圖2所示)可以發(fā)現(xiàn),浸泡0 h的等效電路中存在一個極化電阻。分析認為5083鋁合金剛放入溶液中時,腐蝕溶解反應比較微弱,因此產(chǎn)生了一個較小的極化電阻。隨著浸泡時間的延長,腐蝕溶解反應逐漸加強,隨著反應物的擴散,極化電阻變得非常微小。從圖2和表1可看出,從樣品放入溶液到浸泡1 h,其阻抗值變化非常大,隨著浸泡時間的延長,阻抗值仍然不斷減小,直到6 h后,阻抗值開始上下波動。原因可能是鋁合金表面的鈍化膜在Cl-攻擊下被穿孔破壞,導致膜層電阻值變小,但是隨著蝕孔內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的堆積,阻礙了電荷和質(zhì)量的傳遞,使腐蝕溶解反應不能繼續(xù)增強,對鈍化膜產(chǎn)生一定的修復作用。

圖2 等效電路Fig.2 The equivalent circuit

表1 5083鋁合金試樣交流阻抗擬合數(shù)據(jù)Table 1 The table of fitting data of AC impedance spectra of 5083 aluminum alloy samples

由表1還可發(fā)現(xiàn),剛浸入溶液中時,測量的溶液電阻明顯大于之后測量的結(jié)果。推測是因為剛浸入溶液中,電流的回路體系還未導通,經(jīng)過一段時間的作用,導通后溶液電阻變小且穩(wěn)定下來。CPE2消失的原因應該是發(fā)生點蝕導致鈍化膜破裂。

2.3顯微觀測和能譜分析

用金相顯微鏡觀察的兩組樣品在3%NaCl溶液中腐蝕前后的圖片如圖3所示,浸泡時間為24 h。腐蝕前,在5083鋁合金表面存在著一些黑色夾雜物,有的分布比較集中,有的呈彌散分布。經(jīng)過24 h浸泡,自腐蝕樣品的鋁合金表面產(chǎn)生了明顯的腐蝕,形成了較多腐蝕坑洞,同時發(fā)現(xiàn),其表面大部分的夾雜物消失不見。從某些腐蝕坑洞中可以依稀發(fā)現(xiàn)存在夾雜物,由此可以推測腐蝕在夾雜物的邊界處發(fā)生。隨著腐蝕的進行,腐蝕坑洞變大變深,最終將夾雜物完全包圍,這一點可以從其腐蝕形貌的掃描電鏡圖片中得到證實(如圖4和圖5所示)。圖中白色塊狀物為夾雜物,其邊界發(fā)生腐蝕形成坑洞,在掃描電鏡下顯示為黑色。

5083鋁合金基體、夾雜物和腐蝕產(chǎn)物的微觀組織測試點及其能譜分析曲線如圖6—8所示,5083鋁合金試樣測試點的成分及其含量見表2。

能譜分析表明,5083鋁合金基體的主要成分為Al和Mg。有研究表明[13],Al2Mg3是5053鋁合金的一種主要強化相,其電位比合金基體負,因而在合金中作為陽極而發(fā)生陽極溶解。該合金中還含有少量Mn和Fe,主要與Al形成金屬間化合物,以夾雜物的形式存在,由其在表2中的含量推測為Al6Mn和Al3Fe2,其中還包含微量雜質(zhì)Cr。

圖3 5083鋁合金表面形貌圖Fig.3 The surface morphology of 5083 aluminum alloy

圖4 掃描電鏡下5083鋁合金腐蝕前的形貌Fig.4 The morphology of 5083 aluminum alloy without corrosion by scanning electron microscope

圖5 掃描電鏡下5083鋁合金自腐蝕的形貌Fig.5 The morphology of 5083 aluminum alloy with corrosion by scanning electron microscope

圖6 5083鋁合金基體能譜分析Fig.6 The energy spectrum analysis of 5083 aluminum alloy matrix

圖7 5083鋁合金中夾雜物的能譜分析Fig.7 The energy spectrum analysis of inclusion in 5083 aluminum alloy

在鋁合金腐蝕產(chǎn)物中還發(fā)現(xiàn)了Zn和S,可能是微量的Zn和S容易在夾雜物的邊界處偏析,并且參與到腐蝕反應當中。點蝕通常由電偶腐蝕引起,而電位差是影響電偶腐蝕最重要的因素,電位差越大則腐蝕傾向越大[14]。通過文獻[15—16]可知,5083鋁合金中基體電位約為-800 mV,Al6Mn金屬間化合物電位約為-700 mV,略高于基體;Al3Mg2電位約為-900 mV,略低于基體。在5083鋁合金中,第二相最容易發(fā)生活化溶解,其次是基體,最后是金屬間化合物,可能是Zn和S等元素存在的原因,使5083鋁合金處于海水環(huán)境中時,Al-Mn-Fe金屬間化合物的邊界更容易發(fā)生腐蝕。由表3發(fā)現(xiàn),Mn和S的含量很少,說明反應主要由Al,F(xiàn)e,Zn三種元素參與。

圖8 5083鋁合金腐蝕產(chǎn)物的能譜分析Fig.8 The energy spectrum analysis of corrosion products of 5083 aluminum alloy

表2 5083鋁合金試樣測試點的成分及其含量Table 2 Components and their contents of test points of 5083 aluminum alloy%

2.4SVET原位測量

利用掃描振動電極測試技術(shù)測量浸泡3 h和5 h的自腐蝕樣品表面局部溶液電勢梯度圖片如圖9所示。當樣品表面產(chǎn)生局部腐蝕,就會形成腐蝕電流,易溶解的組織成為陽極優(yōu)先溶解,測得的表面電位更高,但是測得的結(jié)果會受探針與樣品表面的距離和探針精度的影響。因此用同樣的探針在相同距離下測量的結(jié)果才能反映反應的發(fā)展變化,表3中由大到小列出了各個腐蝕區(qū)域與基體的電位差。

圖9 5083鋁合金自腐蝕SVET測量圖片F(xiàn)ig.9 The measurement images of 5083 aluminum alloy during corrosion by SVET

表3 5083鋁合金各腐蝕微區(qū)與基體的電位差值Table 3 The potential difference between the corrosion micro-zones and the matrix of 5083 aluminum alloy

圖9a為5083鋁合金在溶液中浸泡3 h的測量結(jié)果,測量范圍是0.5 mm×0.5 mm的微小區(qū)域。圖中左側(cè)為掃描的二維平面圖,右側(cè)為三維立體圖。在三維圖中可以看到三個很明顯的高峰,說明在這三個區(qū)域電流波動較大,這些區(qū)域很可能就是夾雜物周圍發(fā)生腐蝕的區(qū)域。同時還出現(xiàn)了四個電勢略高于基體組織的微小區(qū)域,從三維圖中可以發(fā)現(xiàn)它們的電勢明顯小于三個高峰值。這四個區(qū)域可能有尺寸更微小的夾雜物存在,或是偏析的Zn和S含量極少,反應相對較弱,還可能是合金中第二相存在的位置,在溶液中優(yōu)先發(fā)生溶解,使得鈍化膜破裂,從而這些區(qū)域上方溶液中的離子電流發(fā)生改變。鈍化膜出現(xiàn)局部破裂后,使鋁基體裸露在溶液中,繼而作為陽極相開始活化溶解。

圖9b為5083鋁合金在溶液中浸泡5 h的測量結(jié)果,結(jié)合表3可知,原來的紅色高峰區(qū)域面積有所擴張,而且高峰值也平均增大4 mV。說明這些區(qū)域電化學反應不斷加劇,也許是反應慢慢破壞了周圍基體的鈍化膜,使基體裸露于溶液中,作為陽極發(fā)生活化溶解,使得反應區(qū)域不斷向周圍擴張。原來處于三維平面圖右下角的兩個較小的高峰明顯增高,峰值增大了10 mV左右。說明反應變得更加深入,也許這些區(qū)域存在夾雜物,但是尺寸更微小,或者是周圍偏析的Zn和S含量極少,一開始反應較弱,但是隨著反應的進行,更多的基體裸露在溶液中,與夾雜物形成電偶腐蝕,反應變得相對劇烈;由于此處是第二相存在的位置,其發(fā)生溶解使得鈍化膜已被破壞,基體裸露在溶液中,開始大量的腐蝕溶解。原來處于二維平面右上部分的兩個較小的高峰消失不見了,推測這兩處存在第二相發(fā)生溶解,但是第二相尺寸較小,而此處鈍化膜較厚,直至第二相溶解消失也未能破壞鈍化膜,此處基體依舊處于被保護狀態(tài)。此外還可發(fā)現(xiàn),原來基體組織出現(xiàn)了許多較小的高峰,在右上角甚至還出現(xiàn)了峰值較大的高峰。由表3可知,這些峰值與浸泡3 h的小高峰峰值相近,說明它們的反應相似,發(fā)生了活化溶解,上方溶液中離子電流發(fā)生了明顯變化。推測隨著浸泡時間的延長,越來越多的第二相暴露并發(fā)生溶解,有些甚至已經(jīng)使鈍化膜產(chǎn)生破裂,使基體裸露在溶液中,作為陽極相發(fā)生活化溶解,如右上角出現(xiàn)高峰的區(qū)域。

綜上所述,5083鋁合金在3%NaCl溶液中的活化溶解過程大致如下:雖然第二相的電位最低,但是由于夾雜物周圍有Zn和S等元素的偏析,使得夾雜物周圍的基體最容易發(fā)生溶解,并向基體擴張,形成點蝕,若夾雜物尺寸較大,則可能發(fā)展成小孔腐蝕;同時第二相的溶解也在緩慢進行中,隨著反應的進行,鈍化膜較薄處被破壞,鋁基體裸露在溶液中,并且作為陽極相開始溶解,最終形成點蝕,嚴重的可能形成孔蝕。

3 結(jié)論

1)5083鋁合金在3%NaCl溶液中浸泡3 h時,腐蝕點與基體的最大電位差為15.72 mV,最小為1.10 mV;浸泡5 h時最大電位差為20.06 mV,最小為1.98 mV,電位差有所增大。

2)5083鋁合金在3%NaCl溶液中由于夾雜物周圍有Zn和S等元素的偏析,使得夾雜物周圍的基體最容易發(fā)生溶解,并向基體擴張,形成點蝕,若夾雜物尺寸較大,則可能發(fā)展成小孔腐蝕;其次是第二相發(fā)生溶解,隨著反應的進行,鈍化膜較薄處被破壞,鋁基體裸露在溶液中,并且作為陽極相開始溶解,最終形成點蝕,嚴重的可能形成孔蝕。

3)5083鋁合金浸泡在3%NaCl溶液中6 h后,阻抗值變化微小,鈍化膜得到一定修復。

[1]JAFARZADEH K,SHAHRABI T,HOSSEINI M G.EIS Study on Pitting Corrosion of AA5083-H321 Aluminummagnesium Alloy in Stagnant 3.5%NaCl Solution[J].J Mater Sci Technol,2008,24(2):215—219.

[2]楊鐵軍,李國明,陳珊,等.船用鋁合金點蝕及陰極保護研究[J].裝備環(huán)境工程,2010,7(2):88—91.

YANG Tie-jun,LI Guo-ming,CHEN Shan,et al.Study of Hull Aluminum Alloy Pitting and Its Protection Potential [J].Equipment Environmental Engineering,2010,7(2):88—91.

[3]孫寶德,李克.鋁及鋁合金防腐蝕表面處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].腐蝕與防護,1998,19(5):195—198.

SUN Bao-de,LI Ke.Present Research Situation and Development Trend of Corrosion Protection Treatment of Al andAl Alloys[J].Corros Prot,1998,19(5):195—198.

[4]王洪仁,吳建華,王均濤,等.5083鋁合金在海水中的腐蝕電化學行為及活性氯影響研究[J].電化學,2003,9(1):60—65.

WANG Hong-ren,WU Jian-hua,WANG Jun-tao,et al. Study on the Corrosion and Electrochemical Properties of Alloy AA5083 and the Effect of Active Chlorine in Seawater[J].Electrochemistry,2003,9(1):60—65.

[5]馬騰,王振堯,韓薇.鋁和鋁合金的大氣腐蝕[J].腐蝕科學與防護技術(shù),2004,16(3):155—161.

MA Teng,WANG Zhen-yao,HAN Wei.A Review of Atmospheric Corrosion of Aluminum and Aluminum Alloys[J].CorrosSciProtTechnol,2004,16(3):155—161.

[6]徐麗新,胡津,耿林,等.鋁的點蝕行為[J].宇航材料工藝,2002,32(2):21—24.

XU Li-xin,HU Jin,GENG Lin,et al.Pitting Behavior of Aluminum[J].Aero Mater Technol,2002,32(2):21—24.

[7]陶斌武,李松梅,劉建華.LY6鋁合金的局部腐蝕行為研究[J].材料保護,2005,37(11):15—16.

TAOBin-wu,LISong-mei,LIUJian-hua.Local Corrosion Behaviors of LY6 Aluminum Alloy in Cl-Environment[J].Mater Prot,2005,37(11):15—16.

[8]駱鴻,董超芳,肖葵,等.金屬腐蝕微區(qū)電化學研究進展(3)—掃描振動電極技術(shù)[J].腐蝕與防護,2009,30(9):631—635.

LUO Bin,DONG Chao-fang,XIAO Kui,et al.Research Progress on Micro Electrochemical of Metal Corrosion (3)—ScanningVibratingElectrodeTechnique[J]. Corrosion and Protection,2009,30(9):631—635.

[9]HE J,GELLING V J,TALLMAN D E,et al.Conducting Polymers and Corrosion III— A Scanning Vibrating Electrode Study of Poly(3-Octyl Pyrrole)on Steel and Aluminum[J].J Electrochem Soc,2000,147(10):3667—3672.

[10] HE J,TALLMAN D E,BIERWAGEN G P.Conjugated Polymers for Corrosion Control:Scanning Vibrating ElectrodeStudiesofPolypyrroleAluminumAlloy Interactions[J].J Electrochem Soc,2004,151(12):367.

[11] KRAWIEC H,VIGNAL V,OLTRA R.Use of the Electrochemical Microcell Technique and the SVET for MonitoringPittingCorrosionatMnSInclusions[J]. Electrochem Commun,2004,6(7):655—660.

[12] MONICA T,STEFANO P T.Study of Al Alloy Corrosion in Neutral NaCl by the Pitting Scan Technique[J].Mater Chem Phys,2010,121(3):523—533.

[13] 高淑明,李廣宇,馮正海.5A06鋁合金板材腐蝕性能的研究[J].輕合金加工技術(shù),2001,29(6):45—47.

GAO Shu-ming,LI Guang-yu,F(xiàn)ENG Zheng-hai.Study of Corrosion Resistance of 5A06 Aluminium Alloy Plate[J]. LightAlloy Processing Technology,2001,29(6):45—47.

[14] 曹楚南.腐蝕電化學原理[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.

CAO Chu-nan.Principle of Corrosion Electrochemistry [M].Beijing:Chemical Industry Press,2004.

[15] KIRYL A Y.Role of Intermetallic Phases in Localized Corrosion of AA5083[J].Electrochem.Acta,2007,52(27):7651—7659.

[16] TAN L,ALLEN T R.Effect of Thermomechanical Treatment on the Corrosion of AA5083[J].Corros Sci,2010,52(2):548—554.

Electrochemical Properties of Micro Area of 5083 Aluminum Alloy in 3%NaCl Solution

LI Liang-cheng,KONG Xiao-dong,LI Xi
(College of Science,Navy University of Engineering,Wuhan 430033,China)

Objective To further explore the corrosion behavior of 5083 aluminum alloy in seawater environment.Methods Under the condition of 3%NaCl solution,we measured the micro region of 5083 aluminum alloy by scanning vibrating electrode technique(SVET),obtained the change of potential gradient in the surface area,and studied the occurrence and development mechanism of corrosion of 5083 aluminum alloy by combining AC impedance spectroscopy,Scanning electron microscopy and energy spectrum analysis.Results The results showed that due to the segregation of elements such as Zn and S in the process of corrosion,the surrounding area of the second phase including inclusions was dissolved first,which caused the aluminum alloy matrix to be exposed in the solution,and formed pitting when the reaction continued,and corrosion current led to higher potential of the corrosion area than that of the matrix.When soaked for 3 h,the maximum potential difference was 15.72 mV,and when soaked for 5 h,the maximum potential difference reached 20.06 mV.Conclusion In seawater environment,the surrounding area of the inclusion of 5083 aluminum alloy was dissolved with priority,followed by the second phase with higher potential than the matrix potential,at the same time,the area with damaged passivation film was also corroded,and finally these areas formed pitting.

5083 aluminum alloy;SVET;Corrosion;Occurrence mechanism

2016-05-26;Revised:2016-06-26

10.7643/issn.1672-9242.2016.04.002

TJ04;TG172.5

A

1672-9242(2016)04-0008-07

2016-05-26;

2016-06-26

黎良成(1992—),男,江西上高人,碩士研究生,主要研究方向為材料科學與工程。

Biography:LI Liang-cheng(1992—),Male,from Shanggao,J iangxi,Master graduate student,Research focus:materials science and engineering.

猜你喜歡
電位差譜分析陽極
降低回轉(zhuǎn)式陽極爐天然氣爐前單耗的生產(chǎn)實踐
非光滑邊界條件下具時滯的Rotenberg方程主算子的譜分析
基于飛機觀測的四川盆地9月氣溶膠粒子譜分析
蘆薈藥材化學成分鑒定及UPLC指紋圖譜分析
陽極修飾對微生物燃料電池性能的影響
浸漬涂布法制備陽極支撐型固體氧化物燃料電池的研究
鋁合金陽極氧化廢水處理及水回用技術(shù)的研究
交流缺相保護器的實際應用
基于奇異譜分析的空間環(huán)境數(shù)據(jù)插補方法
無線電通信設備中的接地故障探討
商城县| 宜章县| 思南县| 罗城| 平江县| 玛沁县| 淮安市| 湟源县| 浦江县| 东宁县| 龙山县| 马关县| 静宁县| 民丰县| 平度市| 来宾市| 水城县| 罗江县| 大邑县| 惠水县| 衡阳县| 沙洋县| 白城市| 石景山区| 凤阳县| 廊坊市| 安陆市| 林西县| 射洪县| 太仆寺旗| 云浮市| 且末县| 监利县| 六枝特区| 家居| 双江| 克山县| 阿拉善右旗| 绥中县| 高阳县| 邯郸县|