陳躍良，趙紅君，卞貴學(xué)，張勇

海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島 266041

電偶效應(yīng)對與30CrMnSiA鋼耦合的7B04鋁合金當(dāng)量折算系數(shù)的影響

陳躍良*，趙紅君，卞貴學(xué)，張勇

海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島 266041

借助動(dòng)電位極化技術(shù)分別測得不同濃度NaCl溶液和水介質(zhì)中7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼的極化曲線。采用數(shù)值模擬與電化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，計(jì)算得到不同陰陽極面積比下、不同濃度NaCl溶液中7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼的電偶電流。借助掃描電鏡觀察耦合前后7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼試樣腐蝕后的微觀形貌。基于當(dāng)量折算法的原理，以極化曲線作為邊界條件建立數(shù)學(xué)模型，折算出多種陰陽極面積比下與30CrMnSiA鋼耦合后的7B04鋁合金在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的當(dāng)量折算系數(shù)。結(jié)果表明，Cl-濃度和陰極面積的增加均會(huì)加劇電偶腐蝕，相較而言，陰陽極面積比的影響更為強(qiáng)烈。與30CrMnSiA鋼耦合后，7B04鋁合金加速腐蝕，在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的當(dāng)量折算系數(shù)均出現(xiàn)不同程度的減小。

7B04鋁合金；30CrMnSiA鋼；電偶腐蝕；電化學(xué)性能；數(shù)值模擬；當(dāng)量折算系數(shù)

目前，由于飛機(jī)腐蝕問題造成的損失尤為突出[1]，為了在短時(shí)間內(nèi)獲得飛機(jī)的腐蝕情況，需建立飛機(jī)服役時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室加速時(shí)間之間的關(guān)系，以當(dāng)量折算系數(shù)為基礎(chǔ)編制的加速實(shí)驗(yàn)環(huán)境譜現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用[2-3]。北京航空工程技術(shù)研究中心[4]按照所選加速實(shí)驗(yàn)環(huán)境譜成功對飛機(jī)橫梁關(guān)鍵部位進(jìn)行了不同時(shí)限的預(yù)腐蝕實(shí)驗(yàn)。段成美等[5]在文獻(xiàn)中給出鋁合金和鋼分別在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的當(dāng)量折算系數(shù)，由于實(shí)驗(yàn)條件有限，計(jì)算過程中僅考慮了單種金屬發(fā)生的自腐蝕，但實(shí)際飛機(jī)結(jié)構(gòu)通常為異種金屬配合使用，由于不同金屬之間自腐蝕電位不同，難免發(fā)生電偶腐蝕[6]。因而，以單一金屬作為研究對象得到的數(shù)據(jù)不夠精確。再者，即使同一類合金的不同牌號組分也有所差異，電化學(xué)反應(yīng)也會(huì)隨之不同，需要具體分析不同組分合金的當(dāng)量折算系數(shù)。

為此，陳躍良等[7]對2A12鋁合金和TA15鈦合金耦合后的當(dāng)量折算系數(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)兩者耦合后會(huì)加速鋁合金腐蝕并給出合理的模型用來計(jì)算不同面積比下的電偶電流。在該體系中鈦合金本身相對穩(wěn)定，很難發(fā)生腐蝕。但飛機(jī)結(jié)構(gòu)中含有大量鋼結(jié)構(gòu)作為承力結(jié)構(gòu)，鋼活性很高，極易腐蝕，與鋁合金搭接后，兩者當(dāng)量折算系數(shù)均會(huì)發(fā)生改變。本文選用飛機(jī)上常用的7B04鋁合金和30CrMnSiA高強(qiáng)鋼[8-11]，通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、周期浸潤實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法對耦合前后的當(dāng)量關(guān)系折算系數(shù)進(jìn)行研究，修正與30CrMnSiA鋼耦合的7B04鋁合金在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的折算系數(shù)。通過相關(guān)的修正為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中用到的7B04鋁合金板材由東北輕合金有限責(zé)任公司生產(chǎn)，30CrMnSiA鋼板材由上海瑞恒金屬制品有限公司生產(chǎn)，兩者的主要成分如表1所示。

表1 主要原材料成分Table 1 Elements of main material %

1.2 實(shí)驗(yàn)件制備

將實(shí)驗(yàn)材料線切割加工成尺寸為10 mm×10 mm×3 mm，連接銅導(dǎo)線形成電導(dǎo)通，除預(yù)留一個(gè)10 mm×10 mm的工作面積外，其余表面用環(huán)氧樹脂進(jìn)行固封。用水磨砂紙將工作面逐級打磨至2000#，經(jīng)金剛石拋光膏拋光后依次用丙酮和無水乙醇超聲除油、除水，冷風(fēng)吹干后置于干燥皿中備用，用于電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。取部分實(shí)驗(yàn)件均分成A、B兩組，A組中鋁合金試件與鋼試件兩兩耦合，B組所有試件相互獨(dú)立，用于周期浸潤實(shí)驗(yàn)。

1.3 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)

圖1 三電極體系電化學(xué)測量裝置設(shè)計(jì)
Fig.1 Design of electrochemical measurement device for three-electrode system

借助PARSTAT 4000電化學(xué)工作站，開展材料的腐蝕電化學(xué)性能研究。其中，自腐蝕電位、極化曲線測量采用經(jīng)典的三電極體系(見圖1)：參比電極(Reference Electrode，RE)為飽和甘汞電極，輔助電極(Counter Electrode，CE)為鉑片電極，工作電極(Working Electrode，WE)為待測試樣。室溫下，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0.35%、0.5%、3.5%、7%的NaCl溶液以及去離子水中，將工作電極靜置至自腐蝕電位穩(wěn)定后，分別測量7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼的極化曲線，掃描區(qū)間為自腐蝕電位±350 mV，掃描速率為0.1667 mV/s。電偶電位、電偶電流測量時(shí)，將鋁合金試樣接入工作電極，鋼試樣接入地線，采集時(shí)間為7 000 s。

1.4 周期浸潤實(shí)驗(yàn)

圖2 腐蝕坑測量示意圖
Fig.2 Diagram of corrosion pit measurement

將A、B兩組試件按照GB/T 19746—2005《金屬和合金的腐蝕 鹽溶液周浸試驗(yàn)》要求，在ZQFS-1600型干濕周浸試驗(yàn)箱中進(jìn)行周浸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液，由于箱體工作室和溶液溫度應(yīng)該高于(25±2)℃，故而此處設(shè)定試驗(yàn)箱工作溫度為(40±2)℃。實(shí)驗(yàn)以60 min為一個(gè)周期：10 min浸漬和50 min干燥，干燥時(shí)用遠(yuǎn)紅外線燈照射烘干試驗(yàn)件，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)紅外線的功率使試驗(yàn)件在臨近浸入溶液時(shí)恰好被烘干，總實(shí)驗(yàn)時(shí)間為720 h。根據(jù)GB/T 16545—2015《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》方法，去除鋁合金和鋼試驗(yàn)件表面的腐蝕產(chǎn)物，采用KH-7700型科視達(dá)體式顯微鏡觀測試樣表面腐蝕坑深度，隨機(jī)取均布在表面上的5個(gè)點(diǎn)測量，腐蝕坑測量示意圖如圖2所示。將數(shù)據(jù)列于表中，并計(jì)算其平均值。利用日立S3400型掃描電鏡觀測微觀腐蝕形貌，工作電壓20.0 kV。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 電化學(xué)性能分析

2.1.1 極化曲線

在不同濃度NaCl溶液以及水介質(zhì)中，7B04鋁合金的動(dòng)電位極化曲線如圖3所示，圖中Ea為7B04鋁合金的電極電位，ia為7B04鋁合金的電極電流密度。在NaCl溶液中，極化曲線的陽極區(qū)均存在一段電流密度急劇增大區(qū)，無理想的Tafel區(qū)。因此，采用對陰極進(jìn)行擬合的方法得到自腐蝕電流密度[12]，將各電化學(xué)參數(shù)列于表2中，表中Ias為7B04鋁合金的自腐蝕電流密度，Eas為7B04鋁合金的自腐蝕電位?？梢?，隨著NaCl濃度的升高，Cl-含量增加，對7B04鋁合金表面鈍化膜的破壞作用增強(qiáng)，電極表面的有效反應(yīng)面積增大[13-15]，自腐蝕電位明顯負(fù)移，自腐蝕電流密度變大。然而，鈍化膜可吸附Cl-的含量是一定的，使得自腐蝕電流密度和自腐蝕電位趨于穩(wěn)定。而水介質(zhì)中的鋁合金試樣陽極反應(yīng)沒有明顯的點(diǎn)蝕區(qū)，自腐蝕電位較高，接近-400 mV。

圖3 不同濃度NaCl溶液中7B04鋁合金的極化曲線
Fig.3 Polarization curves of 7B04 aluminium alloy in NaCl solution with different concentrations

Table2Electrochemicalparametersof7B04aluminiumalloyinNaClsolutionwithdifferentconcentrations

SolutionconcentrationIas/(10-6A·cm-2)Eas/VWater0．3824-0．41450．35%0．8243-0．67110．50%0．9941-0．67943．50%1．5577-0．72517%1．6692-0．7469

在不同濃度NaCl溶液中，30CrMnSiA鋼的動(dòng)電位極化曲線如圖4所示，圖中Eb為30CrMnSiA鋼的電極電位，ib為30CrMnSiA鋼的電極電流密度。利用Tafel直線外推法得到相關(guān)的各電化學(xué)參數(shù)列于表3中，表中Ibs為30CrMnSiA鋼的自腐蝕電流密度，Ebs為30CrMnSiA鋼的自腐蝕電位。在實(shí)驗(yàn)過程中可以發(fā)現(xiàn)，30CrMnSiA鋼是活性很高的金屬，在電解質(zhì)溶液中極易發(fā)生腐蝕，2 min左右就會(huì)產(chǎn)生肉眼可見的明顯銹斑。另外，隨著Cl-濃度升高，30CrMnSiA鋼的自腐蝕電流密度變大，自腐蝕電位負(fù)移，腐蝕速率增大。通過對比表2和表3可以發(fā)現(xiàn)，30CrMnSiA鋼的自腐蝕電位明顯比7B04鋁合金的自腐蝕電位高，因此，當(dāng)二者接觸時(shí)易發(fā)生電偶腐蝕，以低電位的鋁合金為陽極，其表面主要發(fā)生Al的氧化反應(yīng)；以電位較高的鋼作為陰極，其表面主要發(fā)生O2的還原反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)式[16-17]為

Al-3e-→Al3+

(1)

O2+2H2O+4e-→4OH-(aq)

(2)

圖4 不同濃度NaCl溶液中30CrMnSiA鋼的極化曲線
Fig.4 Polarization curves of 30CrMnSiA steel in NaCl solution with different concentrations

Table3Electrochemicalparametersof30CrMnSiAsteelinNaClsolutionwithdifferentconcentrations

2.1.2 電偶電流及電位

不同濃度NaCl溶液中7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼接觸后的電偶電流以及電偶電位隨時(shí)間的變化如圖5和表4所示，兩電極的面積比為1∶1，圖中Eg為電偶電位，Ig為電偶電流。可以發(fā)現(xiàn)，電流經(jīng)過初期迅速下降后基本保持穩(wěn)定，在濃度低于3.5%時(shí)，電偶電流隨NaCl濃度的升高而增大，這個(gè)階段活性陰離子Cl-具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，鋁合金在電偶電池中處于較高的活化狀態(tài)，其電偶電流也較大。在低濃度區(qū)間電偶電流變化不大，幾乎處于平臺區(qū)[18]。當(dāng)濃度大于3.5%時(shí)，Al3+進(jìn)入溶液的速度減慢，抑制了鋁合金的陽極極化；O2的溶解度降低，陰極反應(yīng)受到抑制，導(dǎo)致電偶電流減小。此外，隨著NaCl濃度的升高，電偶電位不斷負(fù)移，但始終位于30CrMnSiA鋼和7B04鋁合金的自腐蝕電位之間，且更靠近鋁合金的參數(shù)。

圖5 不同濃度NaCl溶液中電偶電流和電偶電位隨時(shí)間的變化(陰陽極面積比為1∶1)
Fig.5 Variation of galvanic current and potential with time in NaCl solution with different concentrations (area ratio of cathode to anode is 1∶1)

()

Table4Experimentalresultsofcoupledpotentialandgalvaniccurrent(arearatioofcathodetoanodeis1∶1)

Solutionconcentration/%Eg/mVIg/μA0．35-665．219．260．5-673．322．1093．5-720．6623．1857-742．6817．872

2.2 微觀腐蝕形貌及腐蝕坑測量

在周浸實(shí)驗(yàn)后，已去除腐蝕產(chǎn)物的7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼的微觀腐蝕形貌如圖6所示。腐蝕坑深度見表5?？梢?，圖6(a)中的鋁合金試樣表面發(fā)生了明顯的點(diǎn)蝕，蝕孔較少且大多孤立，極少數(shù)區(qū)域有蝕孔連通，經(jīng)測量，蝕孔的平均深度約為13 μm；而圖6(b)中的鋁合金表面蝕孔增多，密度變大，有明顯的大面積蝕坑，蝕孔的平均深度增大到約為18 μm。通過對比圖6(c)和圖6(d)可以發(fā)現(xiàn)，30CrMnSiA鋼表面粗糙不平，大型凹槽腐蝕坑較多，蝕孔深度約為25 μm；與鋁合金耦合后，鋼表現(xiàn)為腐蝕作用減緩，腐蝕后的表面圓包狀或點(diǎn)狀腐蝕坑較多，蝕坑較淺，平均深度約為19 μm。故而，從微觀形貌及腐蝕坑的測量可得，電偶腐蝕對鋁合金和鋼均會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，作為陽極的7B04鋁合金腐蝕加重，這是因?yàn)閮烧唏詈虾髸?huì)在電極表面產(chǎn)生穩(wěn)定的電偶電流，這與電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，故而推測耦合后的當(dāng)量折算系數(shù)相較單一鋁合金的應(yīng)有所減小。

圖6 7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼的微觀腐蝕形貌
Fig.6 Micromorphology of 7B04 aluminium alloy and 30CrMnSiA steel after corrosion

Table5Depthofcorrosionpitsonsurfaceofspecimensafteralternateimmersiontestμm

3 數(shù)值模擬分析

3.1 數(shù)學(xué)模型

鋁合金和鋼耦合后，電位差導(dǎo)致介質(zhì)中腐蝕電場的形成，于是就有帶電粒子i在電場作用下發(fā)生定向的電遷移運(yùn)動(dòng)。已知溶液中粒子的總傳輸通量Ni滿足Nernst-Planck方程：

(3)

式中：Di為擴(kuò)散系數(shù)；zi為電荷數(shù)；F為法拉第常數(shù)；ui為遷移率；ci為離子濃度；φ為電勢；U為溶液流動(dòng)速度。

式(3)可整理為

(4)

式(4)描述了實(shí)驗(yàn)中試驗(yàn)件周圍電場的電勢分布規(guī)律。利用Comsol軟件通過有限元法對其進(jìn)行求解，求解域?yàn)樵囼?yàn)件所處溶液，以兩種實(shí)驗(yàn)材料的極化曲線作為邊界條件即可獲得電位與電流密度的關(guān)系。

3.2 模型的計(jì)算

基于穩(wěn)態(tài)腐蝕場，以實(shí)驗(yàn)測得7B04鋁合金極化曲線的陽極區(qū)和30CrMnSiA鋼的陰極區(qū)作為邊界條件，與電偶腐蝕原理相結(jié)合，建立7B04鋁合金與30CrMnSiA鋼的電偶腐蝕模型，計(jì)算得到兩種金屬耦合后電極表面電位分布和電偶電流值，此處限于篇幅，僅以NaCl濃度為3.5%時(shí)的電位分布為例， 如圖7及表6所示。對比可得，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為接近，為保證模型可靠準(zhǔn)確，需進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖7 電極表面電位分布
Fig.7 Electrode surface potential distribution

()

Table6CalculationresultsofgalvaniccurrentinNaClsolutionwithdifferentconcentrations(arearatioofcathodetoanodeis1∶1)

Solutionconcentration/%0．350．53．57Galvaniccurrent/μA18．52021．58822．33317．923

3.3 模型驗(yàn)證

在實(shí)際情況中，飛機(jī)上耦接的鋁合金和鋼的面積比有很多可能，為了深入驗(yàn)證上述模型的準(zhǔn)確性，在陰陽極面積比為2∶1和5∶1條件下，測量電偶腐蝕的相關(guān)數(shù)據(jù)(見圖8和圖9)，將相應(yīng)陰陽極面積比下電偶電流和電位的計(jì)算結(jié)果列于表7中，并對實(shí)測結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，表中c為NaCl溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)， 當(dāng)陰極面

圖8 不同濃度NaCl溶液中電偶電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Fig.8 Experimental results of variation of galvanic current with time in NaCl solution with different concentrations

圖9 不同濃度NaCl溶液中電偶電位的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Fig.9 Experimental results of variation of galvanic potential with time in NaCl solution with different concentrations

()

ArearatioofcathodetoanodeEg/mVIg/μAc=0．35%c=0．5%c=3．5%c=7%c=0．35%c=0．5%c=3．5%c=7%2∶1-661．11-672．45-720．05-740．7435．99842．30245．11135．9845∶1-632．17-642．94-711．25-736．9790．463102．850111．55089．330

積增大時(shí)，電偶電位稍有升高，但是，電偶電流明顯增大。這是由于增大陰陽極比例，使得7B04鋁合金陽極極化值升高，更接近其點(diǎn)蝕電位，較小的電位變化就會(huì)引起電流密度的劇變。

采用折線圖的形式對比實(shí)測數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)(見圖10)，通過觀察可發(fā)現(xiàn)，利用模型計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)測得的情況基本一致。這說明溶液中建立的電偶腐蝕模型具有很高的精度，為腐蝕預(yù)測提供了一定的根據(jù)。在此基礎(chǔ)上，利用模型計(jì)算得到了多種陰陽極面積比條件下的電偶電流，如表8所示?？梢姡?同一種陰陽極面積比下，

圖10 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對比
Fig.10Experimental results compared with calculation results

Table8Calculationresultsofgalvaniccurrentwithdifferentarearatiosofcathodetoanodeinsolution

ArearatioofcathodetoanodeGalvaniccurrent/μAc=0．35%c=0．5%c=3．5%c=7%0．5∶118．53821．73622．23118．2521∶118．52021．58822．33317．9232∶136．96642．51144．73936．8613∶154．84062．93866．57353．4985∶190．463102．850111．55089．33010∶1176．620194．880223．790180．250

隨著濃度升高，電偶電流先逐步增大，到達(dá)一定區(qū)間后電偶電流反而減??；同一濃度下，隨著陰極面積的增大，電偶電流隨之增大?？紤]到將理論模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合取得了較好的效果，因此在計(jì)算多種面積比的當(dāng)量折算系數(shù)時(shí)繼續(xù)沿用這一方法。

4 當(dāng)量折算系數(shù)

結(jié)合法拉弗定律關(guān)于在電化學(xué)過程中，電荷的轉(zhuǎn)移和反應(yīng)物質(zhì)的變化量之間的等量關(guān)系[20]，得到當(dāng)量折算法的基本原理[21]。在文獻(xiàn)[7]的基礎(chǔ)上，可得到與鋼耦合后鋁合金的當(dāng)量折算系數(shù)為

(5)

式中：Is為自腐蝕電流；Ig為試驗(yàn)測量得到的電偶腐蝕電流；Iw為試樣在水介質(zhì)中的自腐蝕電流。

基于在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中試樣的工作面積為1 cm2，所以自腐蝕電流在數(shù)值上與所測得的自腐蝕電流密度相等。將未耦合的7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的折算系數(shù)列于表9中。

通過對比表9和文獻(xiàn)[22]中的數(shù)據(jù)可以看出，同類合金不同牌號的折算系數(shù)并不是完全相同的。由于鋼處于欠保護(hù)狀態(tài)，腐蝕程度有所減輕，但仍然發(fā)生一定程度的自腐蝕，所以不能直接通過自腐蝕電流和電偶電流來量化鋼表面的腐蝕電流。故而，在7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼的組合結(jié)構(gòu)中選取耦合后作為陽極的7B04鋁合金的當(dāng)量折算系數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)得到多種陰陽極面積比的情況下7B04鋁合金在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的當(dāng)量折算系數(shù)，結(jié)果見表10中?？紤]了電偶腐蝕之后，當(dāng)量折算系數(shù)明顯減小，鋁合金加速腐蝕，這與微觀腐蝕形貌的變化保持一致。

表9未耦合的7B04鋁合金和30CrMnSiA鋼在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的折算系數(shù)

Table9Conversioncoefficientof7B04aluminiumalloyand30CrMnSiAsteelinNaClsolutionwithdifferentconcentrationsandwaterwithoutgalvaniccorrosion

Solutionconcentration/%Conversioncoefficient7B04aluminiumalloy 30CrMnSiAsteel0．350．4639090．2466310．50．384670．2297753．50．245490．18988970．2290920．135167

表10 修正后的7B04鋁合金當(dāng)量折算系數(shù)

需要注意的是，基于電化學(xué)腐蝕規(guī)律的當(dāng)量折算法只適用于金屬基體[22]，通過分析可知，修正后的當(dāng)量折算理論主要用于異種金屬搭接件中作為陽極金屬的當(dāng)量折算系數(shù)的計(jì)算。由于不同牌號鋁合金第二相組分差異較大，腐蝕反應(yīng)隨之不同[23]，加之與不同金屬相耦合，因而，當(dāng)量折算系數(shù)需具體分析。

5 結(jié) 論

1) 通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)可得，隨著NaCl濃度升高，7B04鋁合金的自腐蝕電流增大，腐蝕加重，相同濃度下7B04鋁合金的自腐蝕電位比30CrMnSiA鋼更負(fù)，兩者接觸易發(fā)生電偶腐蝕。

2) 經(jīng)驗(yàn)證得到合理的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出不同陰陽極面積比下7B04鋁合金與30CrMnSiA鋼接觸的電偶電流。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬可知，Cl-濃度和陰極面積的增加均會(huì)加劇電偶腐蝕，相較而言，陰陽極面積比的影響更為強(qiáng)烈。故而工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)竭力避免“大陰極、小陽極”的情況。

3) 基于當(dāng)量折算系數(shù)法的原理，根據(jù)數(shù)值模擬得到的數(shù)據(jù)計(jì)算出不同陰陽極面積比的情況下與30CrMnSiA鋼耦合后7B04鋁合金在不同濃度NaCl溶液與水介質(zhì)中的當(dāng)量折算系數(shù)，相較于單一金屬的當(dāng)量折算系數(shù)明顯減小，為7B04鋁合金/30CrMnSiA鋼搭接件實(shí)驗(yàn)室加速實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行提供依據(jù)。

[1] 陳躍良, 王晨光, 張勇, 等. 鈦-鋼螺栓搭接件涂層腐蝕失效分析及影響[J]. 航空學(xué)報(bào), 2016, 37(11): 3528-3534.

CHEN Y L, WANG C G, ZHANG Y, et al. Coating corrosion failure analysis and influence research of titanium-steel bolted lap joints[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2016, 37(11): 3528-3534 (in Chinese).

[2] 趙海軍, 金平, 陳躍良. 飛機(jī)地面局部氣候環(huán)境研究[J]. 航空學(xué)報(bào), 2006, 27(5): 873-876.

ZHAO H J, JIN P, CHEN Y L. Study on local climate environment of aircraft ground[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2006, 27(5): 873-876 (in Chinese).

[3] CORVO F, PEREZ T, DZIB L R, et al. Outdoor-indoor corrosion of metals in tropical coastal atmospheres[J]. Corrosion Science, 2008, 50(1): 220-230.

[4] 張蕾, 陳群志, 宋恩鵬. 軍機(jī)某疲勞關(guān)鍵部位加速腐蝕當(dāng)量關(guān)系研究[J]. 強(qiáng)度與環(huán)境, 2009, 36(2): 45-50.

ZHANG L, CHEN Q Z, SONG E P. Study on accelerated corrosion equivalent relationship of some critical parts of military aircraft[J]. Structure & Environment Engineering, 2009, 36(2): 45-50 (in Chinese).

[5] 陳躍良, 段成美, 金平, 等. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)局部環(huán)境加速腐蝕當(dāng)量譜[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 31(3): 338-341.

CHEN Y L, DUAN C M, JIN P, et al. Local environment and accelerating corrosion equivalent spectrums of aircraft structure[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 1999, 31(3): 338-341 (in Chinese).

[6] 李金桂. 軍用飛機(jī)防腐蝕設(shè)計(jì)[J]. 材料工程, 1998(6):7-9.

LI J G. Anti corrosion design of military aircraft[J]. Journal of Materials Engineering, 1998(6): 7-9 (in Chinese).

[7] 陳躍良, 王哲夫, 卞貴學(xué), 等. 不同濃度NaCl溶液下典型鋁/鈦合金電偶腐蝕當(dāng)量折算關(guān)系[J]. 航空學(xué)報(bào), 2017, 38(3): 260-268.

CHEN Y L, WANG Z F, BIAN G X, et al. Equivalent conversion of galvanic corrosion of typical aluminium-titanium alloy in NaCl solution with different concentration[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2017, 38(3): 260-268 (in Chinese).

[8] 汝繼剛， 伊琳娜. 不同時(shí)效處理對7B04鋁合金腐蝕性能的影響[J]. 輕合金加工技術(shù)， 2004, 32(5): 45-47.

RU J G, YI L N. Effect of different ageing treatment on corrosion properties of 7B04 alloy[J]. Light Alloy Fabrication Technology, 2004, 32(5): 45-47 (in Chinese).

[9] 李昌范, 何宇廷, 張勝, 等. 7B04-T6鋁合金腐蝕疲勞交替壽命預(yù)測模型[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào), 2016, 31(5): 1073-1080.

LI C F, HE Y T, ZHANG S, et al. Prediction model of corrosion fatigue life of 7B04-T6 aluminium alloy[J]. Journal of Aerospace Power, 2016, 31(5): 1073-1080 (in Chinese).

[10] 劉明, 蔡健平, 孫志華, 等. 7B04鋁合金海洋性大氣腐蝕研究[J]. 裝備環(huán)境工程， 2010, 7(6): 163-166.

LIU M, CAI J P, SUN Z H， et al. Study on atmospheric corrosion of 7B04 aluminium alloy[J]. Equipment Environment Engineering, 2010, 7(6): 163-166 (in Chinese).

[11] 孫永慶, 楊志勇, 梁劍雄, 等. 中國商用飛機(jī)高強(qiáng)度不銹鋼的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào), 2009, 21(6): 1-5.

SUN Y Q, YANG Z Y, LIANG J X, et al. Current situation and development trend of high strength stainless steel for commercial aircraft in China[J]. Journal of Iron and Steel Research, 2009, 21(6): 1-5 (in Chinese).

[12] 曹楚南. 腐蝕電化學(xué)原理[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008: 165.

CAO C N. Corrosion electrochemistry principle[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2008: 165 (in Chinese).

[13] 李濤, 李曉剛, 董超芳, 等. Cl-含量對2A12鋁合金初期腐蝕行為的影響[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 31(12): 1576-1582.

LI T, LI X G, DONG C F, et al. Effect of Cl-content on the initial corrosion behavior of 2A12 aluminium alloy[J]. Journal of Engineering Science, 2009, 31(12): 1576-1582 (in Chinese).

[14] ZAID B, SAIDI D, BENZAID A, et al. Effects of pH and chloride concentration on pitting corrosion of AA6061 aluminium alloy[J]. Corrosion Science, 2008, 50(7): 1841-1847.

[15] GUILLAUMIN V, MANKOWSKI G. Localized corrosion of 6056 T6 aluminium alloy in chloride media[J]. Corrosion Science, 2000, 42(1): 105-125.

[16] 劉宇, 石勇, 李寧, 等. 5083鋁合金與2205不銹鋼在天然海水中的電偶腐蝕行為[J]. 腐蝕與防護(hù), 2012, 33(6): 532-534.

LIU Y, SHI Y, LI N, et al. Galvanic corrosion behavior of 5083 aluminium alloy and 2205 stainless steel in natural seawater[J]. Corrosion & Protection, 2012, 33(6): 532-534 (in Chinese).

[17] SONG G, JOHANNESSON B, HAPUGODA S, et al. Galvanic corrosion of magnesium alloy AZ91D in contact with an aluminium alloy, steel and zinc[J]. Corrosion Science, 2004, 46(4): 955-977.

[18] 戰(zhàn)廣深, 殷正安. NaCl溶液中氯離子濃度對鋁合金電偶腐蝕的影響[J]. 材料保護(hù), 1994(2): 20-23.

ZHAN G S, YIN Z A. Effect of chloride ion concentration on galvanic corrosion of aluminium alloy in NaCl solution[J]. Materials Protection, 1994(2): 20-23 (in Chinese).

[19] PERATTA A, HACK T, ADEY R, et al. Galvanic corrosion modelling for aircraft environments[C]∥The European Corrosion Congress, 2009.

[20] 馬洪運(yùn), 賈志軍, 吳旭冉, 等. 電化學(xué)基礎(chǔ)(Ⅰ)——物質(zhì)守恒與法拉第定律及其應(yīng)用[J]. 儲能科學(xué)與技術(shù), 2012, 1(2): 139-143.

MA H Y, JIA Z J, WU X R, et al. Mass conservation and Faraday’s Law—One of the fundamental theories of electrochemistry (Ⅰ) [J]. Energy Storage Science and Technology, 2012, 1(2): 139-143 (in Chinese).

[21] 劉文珽, 賀小帆. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕/老化控制與日歷延壽技術(shù)[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社, 2010: 80-81.

LIU W T, HE X F. Corrosion/aging control and prolonging the calendar life technology for aircraft structures[M]. Beijing: National Defence Industry Press, 2010: 80-81 (in Chinese).

[22] 劉文珽. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)日歷壽命體系評定技術(shù)[M]. 北京： 航空工業(yè)出版社, 2004: 106-108.

LIU W T. Calendar life system assessment technique for aircraft structures[M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2004: 106-108 (in Chinese).

[23] 李勁風(fēng), 鄭子樵, 任文達(dá). 第二相在鋁合金局部腐蝕中的作用機(jī)制[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2005, 19(2): 81-83.

LI J F, ZHENG Z Q, REN W D. Mechanism of second phase in localized corrosion of aluminum alloy[J]. Materials Review, 2005, 19(2): 81-83 (in Chinese).

Influenceofgalvanicactiononequivalentconversioncoefficientof7B04aluminumalloycoupledwith30CrMnSiAsteel

CHENYueliang*,ZHAOHongjun,BIANGuixue,ZHANGYong

QingdaoExtension,NavalAeronauticalEngineeringInstitute,Qingdao266041,China

Thepotentiodynamicpolarizationtechniquewasusedtomeasurethepolarizationcurvesof7B04aluminumalloyand30CrMnSiAsteelindifferentconcentrationofNaClsolutionandaqueousmedia.Thegalvaniccurrentof7B04aluminumalloycontactedwith30CrMnSiAsteelinNaClsolutionwithdifferentconcentrationsanddifferentarearatioswerecalculatedbynumericalsimulationandelectrochemicalexperiment.Micromorphologyof7B04aluminumalloycoupledwith30CrMnSiAsteelornotaftercorrosionwasobservedbyScanningElectronMicroscopy(SEM).Basedontheequivalentconversioncoefficientmethod,whilethemathematicalmodelwasestablishedbyusingthepolarizationcurveastheboundarycondition,theequivalentconversioncoefficientof7B04aluminumalloycoupledwith30CrMnSiAsteelinNaClsolutionwithdifferentconcentrations,aqueousmedia,anddifferentarearatiosofcathodetoanodewereinvestigated.ResultsshowthattheincreaseofCl-concentrationandcathodeareacanaggravategalvaniccorrosion,andtheratioofanodetocathodeareawasmoreintensecomparatively.Furthermore,the7B04aluminumalloyafterbeingcoupledwith30CrMnSiAsteelacceleratedcorrosion,andtheequivalentconversioncoefficientof7B04aluminumalloyinNaClsolutionwithdifferentconcentrationsandaqueousmediatendedtodecreasetodifferentdegrees.

7B04aluminumalloy;30CrMnSiAsteel;galvanicaction;electrochemicalproperties;numericalsimulation;equivalentconversioncoefficient

2017-04-25；

2017-05-08；

2017-07-17；Publishedonline2017-09-011039

URL：http://hkxb.buaa.edu.cn/CN/html/20171230.html

NationalNaturalScienceFoundationofChina(51377503)

.E-mailcyl0532@sina.com

http://hkxb.buaa.edu.cnhkxb@buaa.edu.cn

10.7527/S1000-6893.2017.421358

2017-04-25；退修日期2017-05-08；錄用日期2017-07-17；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間2017-09-011039

http://hkxb.buaa.edu.cn/CN/html/20171230.html

國家自然科學(xué)基金(51377503)

.E-mailcyl0532@sina.com

陳躍良，趙紅君，卞貴學(xué)，等. 電偶效應(yīng)對與30CrMnSiA鋼耦合的7B04鋁合金當(dāng)量折算系數(shù)的影響J. 航空學(xué)報(bào)，2017,38(12):421358.CHENYL,ZHAOHJ,BIANGX,etal.Influenceofgalvanicactiononequivalentconversioncoefficientof7B04aluminumalloycoupledwith30CrMnSiAsteelJ.ActaAeronauticaetAstronauticaSinica,2017,38(12):421358.

TG172.2；V252

A

1000-6893(2017)12-421358-10

李世秋)