連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中的腐蝕行為

黃海友，聶銘君，欒燕燕，謝建新

(北京科技大學 新材料技術研究院 材料先進制備技術教育部重點實驗室，北京 100083)

連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中的腐蝕行為

黃海友，聶銘君，欒燕燕，謝建新

(北京科技大學 新材料技術研究院 材料先進制備技術教育部重點實驗室，北京 100083)

采用靜態浸泡腐蝕實驗、電化學分析方法等研究連續定向凝固方法制備的具有連續柱狀晶組織的Cu-12%Al(質量分數，下同)合金在3.5%NaCl(質量分數)溶液和10%HCl(體積分數)溶液中的耐腐蝕性能及腐蝕機理。結果表明：Cu-12%Al合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蝕性能可達到耐蝕級。雖然在40 ℃以下的10%HCl溶液中該合金的耐腐蝕性能可達到耐蝕級，但在40 ℃以上的10%HCl溶液中的耐腐蝕性能欠佳。連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金的耐腐蝕性能優于Al含量為5%～11%的傳統鋁青銅和QBe2合金的耐腐蝕性能，但劣于QBe2.15合金的耐腐蝕性能。在3.5% NaCl溶液和10%HCl中連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金的自腐蝕電位分別為?271 mV(vs SCE)和?333 mV (vs SCE)。腐蝕發生后試樣表面的Al元素含量明顯下降，腐蝕機制為脫鋁腐蝕。

Cu-12%Al合金；連續柱狀晶組織；耐腐蝕性能；脫鋁腐蝕

鋁青銅由于具有優良的力學性能、耐腐蝕性能和耐磨性能，被廣泛應用于機械制造、交通運輸、船舶海洋和電力電器等眾多領域，是現代工業中應用極其廣泛的銅合金[1?2]。隨著鋁含量的升高，鋁青銅的強度、彈性性能和形狀記憶性能都得到大幅度提高，但塑性急劇變差。例如，使用傳統鑄造方法制備的多晶82.7Cu-13Al-4.3Fe高鋁青銅合金的室溫拉伸伸長率僅為1%[3]，極大地制約了該合金的應用。季燈平等[4]和劉景平等[5]采用連續定向凝固方法制備了具有連續柱狀晶組織的Cu-12%Al高鋁青銅合金(鋁含量高于9%的鋁青銅，一般稱為高鋁青銅)，發現該合金具有優良的物理和力學性能：室溫拉伸伸長率達到20%，是普通鑄造高鋁青銅合金QAl11-6-6的2.5倍；彈性模量達到168 GPa，比典型的鈹青銅QBe2(約120 GPa)提高了40%以上；電導率達到22.2%IACS，遠高于QAl9-4、QAl10-3-1.5、QAl10-4-4等合金的電導率[6]。該合金有望發展成為一種新型易加工的高彈高導材料，例如，在導電彈性元件領域作為鈹青銅的替代材料具有潛在的應用前景。

由于鋁青銅表現出較好的耐腐蝕性能，在船舶、海洋工業和化工領域中具有廣泛應用。同時，在腐蝕環境中的應用又推動了鋁青銅腐蝕行為和腐蝕機理的研究。到目前為止，鋁青銅耐腐蝕性能與腐蝕機理的研究主要集中在鋁含量低于9.4%的低鋁青銅[7?9]，而對高鋁青銅合金耐腐蝕性能的研究還遠遠不足[10?12]。普通鑄造方法制備的高鋁青銅合金可能由多相組成，不同相之間由于腐蝕電位的不同，會造成選擇性腐蝕[11]。而且，不同組織鋁青銅合金的腐蝕機理也不相同，例如單相α-鋁青銅合金基本不發生脫鋁腐蝕，而多相鋁青銅則有脫鋁腐蝕傾向[13?14]。連續定向凝固技術制備的Cu-12%Al高鋁青銅合金具有不同于普通鑄造合金的組織形貌(連續柱狀晶組織)和相組成，這些特殊的組織特征有效改善了高鋁青銅合金的物理和力學性能[4?5,15]，但具有連續柱狀晶組織的高鋁青銅的耐腐蝕性能和腐蝕機理都有待研究。為此，本文作者研究具有連續柱狀晶組織的Cu-12%Al合金在20～80 ℃溫度范圍內，人造海水環境(3.5%NaCl溶液，質量分數)和酸性環境(10%HCl溶液，體積分數)中的耐腐蝕性能和腐蝕機理。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗采用99.9%的純Cu和純Al作為原料，采用真空熔煉和氬氣保護下拉式連續定向凝固技術制備Cu-12%Al合金線材，具體設備和制備流程見文獻[4]。坯料的制備工藝參數如下：熔體溫度1 100 ℃，拉坯速度45 mm/min，結晶器長度59 mm，冷卻距離8 mm，冷卻水溫20 ℃，冷卻水流量400 L/h。制備出的線材直徑為6 mm。采用比色法對坯料化學成分進行分析，Al含量為11.99%(質量分數)，其余為Cu。

1.2 靜態腐蝕實驗

從坯料上截取d6.0 mm×30 mm的圓柱試樣進行靜態腐蝕實驗，實驗前采用水磨砂紙將試樣工作面打磨至光亮，用乙醇和去離子水經超聲清洗，干燥后逐一編號。使用螺旋測微儀對每個試樣的直徑和高度進行測量，并計算工作面面積；使用精度為0.1 mg的電子天平稱量試樣初始質量。腐蝕介質為3.5%NaCl溶液和10%HCl溶液，分別采用去離子水、分析純NaCl和分析純濃HCl溶液配制。將試樣懸掛，放入腐蝕介質中浸泡(腐蝕溶液體積與試樣面積的比不小于20 mL/cm2)，實驗溫度分別為20、40、60和80 ℃，實驗持續時間為168 h。腐蝕后的試樣先用去離子水沖洗，然后用軟毛刷去除表面腐蝕產物，再用19%HCl(體積分數)溶液超聲波清洗1 min，干燥后稱量。按式(1)計算腐蝕速率[16]

其中：D為按深度計的腐蝕速率(mm/a)；v=(w0?w1)/(St)為按質量計的腐蝕速率(g/(m2·h))，w0試樣的初始質量(g)，w1為清除腐蝕產物后試樣的質量(g)；S為試樣的工作面面積(m2)；t為腐蝕時間(h)；ρ為金屬的密度(g/cm3)。

去除表面腐蝕產物后的試樣表面形貌觀察、橫截面觀察和成分分析使用帶EDAX9100能譜分析儀的S2520掃描電子顯微鏡(SEM)。將腐蝕后的試樣用環氧樹脂封裝后，使用砂紙打磨掉1 mm左右，拋光后進行橫截面觀察。

1.3 電化學分析

將坯料加工成尺寸為5 mm×20 mm×4 mm的試樣進行電化學分析。實驗前用水磨砂紙將試樣工作面打磨至光亮，再用蒸餾水及丙酮清洗，干燥后將試樣及與儀器連接的導線用704膠封裝，有效工作表面積約為1 cm2，封裝后再次用蒸餾水及丙酮清洗工作表面，干燥后采用PS?168B型電化學測試系統測定極化曲線，電解池為三電極系統，試樣作為工作電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑電極。掃描速率為0.5 mV/s，掃描范圍為?700～1 500 mV(相對自腐蝕電位，從負到正)。實驗溫度為室溫 (18 ℃)。所用腐蝕介質與靜態腐蝕實驗的相同。

2 實驗

2.1 定向凝固Cu-12%Al合金的組織

鑄態Cu-12%Al合金的組織形貌如圖1所示。由圖1可知，在本工藝條件下制備的Cu-12%Al合金具有連續柱狀晶組織，晶界與凝固方向基本平行，不含橫向(與凝固方向垂直)晶界，平均晶粒直徑為1 mm左右。對鑄態Cu-12%Al合金樣品的橫截面進行XRD分析表明，合金組織為單一的1β′馬氏體相，如圖2所示。

圖1 定向凝固制備的Cu-12%Al合金的金相組織(SD表示合金鑄坯凝固方向，白色箭頭為縱向(與凝固方向平行)晶界)Fig. 1 Micrographs of Cu-12%Al alloy fabricated by continuous unidirectional solidification (SD denotes solidification direction, and white arrows point to longitudinal grain boundaries): (a) Cross section; (b) Longitudinal section

2.2 靜態腐蝕

連續定向凝固制備的Cu-12%Al合金腐蝕前和在3.5%NaCl和10%HCl溶液中于不同溫度下浸泡168 h去除表面腐蝕產物后的表面腐蝕形貌分別如圖3和4所示。由圖3和4可以看出，隨著溫度的升高，合金的腐蝕程度不斷增加。在10%HCl溶液中試樣的腐蝕程度明顯比相同溫度下3.5%NaCl溶液中的高。

圖2 定向凝固Cu-12%Al合金的XRD譜Fig. 2 XRD pattern of Cu-12%Al alloy fabricated by continuous unidirectional solidification

圖3 腐蝕前Cu-12%Al合金的表面形貌Fig. 3 Surface morphology of Cu-12%Al alloy before corrosion

對腐蝕后的合金試樣采用SEM能譜對其表面成分進行分析，不同腐蝕條件下試樣表面Al元素的含量列于表1。由表1可知，腐蝕后，合金組織中的A1元素含量明顯降低。隨著腐蝕程度的加深，Al元素含量降低。

為了進一步研究合金的脫鋁腐蝕行為，對腐蝕后樣品的橫截面形貌進行觀察，發現在兩種腐蝕溶液中，當腐蝕發生后，樣品表面會形成一層貧鋁富銅的表面層，稱之為脫鋁層，如圖5所示。在3.5%NaCl溶液中，不同溫度下的脫鋁層平均厚度基本相同，約為100 μm，如圖5(a)所示。這說明，在中性溶液中，脫鋁腐蝕速率隨溫度變化不明顯。在10%HCl溶液中，隨溫度升高，脫鋁層厚度減小，如圖5(b)和(c)所示。這說明，在酸性溶液中，隨著溫度的升高，Cu元素的腐蝕速率明顯加快，造成脫鋁層變薄。

圖4 不同腐蝕條件下Cu-12%Al合金的表面形貌Fig. 4 Surface morphologies of Cu-12%Al alloy under different corrosion conditions: (a) 20 ℃, 3.5%NaCl; (b) 20 ℃, 10%HCl; (c) 40 ℃, 3.5%NaCl; (d) 40 ℃, 10% HCl; (e) 60℃, 3.5%NaCl; (f) 60 ℃, 10%HCl; (g) 80 ℃, 3.5%NaCl; (h) 80 ℃, 10%HCl

表1 不同溫度下腐蝕后合金組織中Al元素的含量Table 1 Al contents on alloy surface after corrosion

圖5 經腐蝕后Cu-12%Al合金的橫截面形貌Fig. 5 Cross-section micrographs of Cu-12%Al alloy after corrosion (Three pictures in right hand of (a) illustrate results of local composition analysis, red and green colors denote Cu and Al, respectively): (a) 60℃, 3.5%NaCl; (b) 20 ℃, 10%HCl; (c) 60 ℃, 10%HCl

將實驗數據代入式(1)后可以計算出合金在不同溫度下的腐蝕速率，結果如圖6所示。由圖6可知，當溫度由20 ℃上升到80 ℃時，高鋁青銅合金的腐蝕速率也隨之加快，分別由0.056 mm/a增加到0.12 mm/a (3.5%NaCl)和0.086 mm/a增加到3.20 mm/a (10% HCl)。在3.5% NaCl溶液中，腐蝕速率隨溫度的上升基本呈線性緩慢上升；而在10%HCl溶液中，當溫度低于40 ℃時，腐蝕速率變化較緩，而當溫度高于40 ℃，腐蝕速率迅速加快。

2.3 電化學分析

采用PS?168B型電化學測試系統測得Cu-12%Al高鋁青銅合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中的極化曲線，結果分別如圖7(a)和(b)所示。

由極化曲線可得，Cu-12%Al合金在腐蝕介質中的穩定電位ER(自然腐蝕電位)為?271 mV (vs SCE) (3.5%NaCl)和?333 mV (vs SCE) (10%HCl)。在陰極極化區，從陰極極化曲線可以看出，在不同介質中發生了不同的去極化還原反應。在3.5%NaCl溶液中為溶解氧的去極化還原；而在10%HCl溶液中發生的是H+的去極化還原。在陽極極化區，在實驗掃描電位范圍內，兩種溶液中合金的電化學行為均以陽極溶解過程為主，并存在活化?鈍化轉換區(圖7中曲線AB段，28～78 mV(vs SCE) (3.5%NaCl)、?63～?45 mV(vs SCE) (10%HCl))。在陽極極化區，隨著電位的升高，試樣表面先發生溶解，生成的腐蝕產物附著在試樣表面，對腐蝕的進行有一定的阻礙作用，故電流密度出現先增大后減小趨勢；但是腐蝕產物不十分致密，不足以阻擋腐蝕的繼續進行，隨著電位的升高(B點后)，電流密度繼續增大。

圖6 Cu-12%Al合金腐蝕速率隨溫度的變化Fig. 6 Variation of corrosion rate of Cu-12%Al alloy with temperature

3 討論

3.1 連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金的耐腐蝕性能

由圖6中的數據可知，連續定向凝固制備的連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金在3.5%NaCl溶液中達到腐蝕4級標準中的耐蝕級(0.05～0.5 mm/a)[16]，具有較好的耐腐蝕性能。Cu-12%Al合金在40℃以下的10% HCl溶液中的耐腐蝕性能也可以達到耐蝕級，但在40℃以上的10%HCl溶液中的耐腐蝕性能欠佳。

圖7 Cu-12%Al合金的極化曲線Fig. 7 Polarization curves of Cu-12%Al alloy in different solutions: (a) 3.5% NaCl; (b) 10% HCl

表2 不同Al含量鋁青銅與鈹青銅在10%HCl溶液中的耐腐蝕性能比較Table 2 Comparison of corrosion resistance of Al bronze and Be bronze with different Al contents in 10%HCl solution

表2所列為Cu-12%Al合金在10%HCl溶液中耐腐蝕性能與其他牌號的鋁青銅合金和鈹青銅耐腐蝕性能的比較。可以看出，使用定向凝固方法制備的Cu-12%Al合金比鋁含量更低的其他牌號鋁青銅和QBe2具有更好的耐腐蝕性能。這主要有如下兩個原因：1)連續定向凝固方法能夠有效降低鑄造組織中的氣孔和縮孔等嚴重影響材料耐腐蝕性能的鑄造缺陷，從而改善材料的耐腐蝕性能；2)使用普通鑄造方法制備的鋁青銅一般由(α+γ2)共析相、β1′相和α相等多種合金相組成。有研究表明，(α+γ2)共析相為優先腐蝕相，而β1′相的耐腐蝕性能較優[10,18]，定向凝固方法制備的高鋁青銅Cu-12%Al合金組織為單一的β1′相，合金內部無不同合金相引起的電位差，避免了多相組織中選擇性腐蝕的發生，從而使合金具有更高的電化學穩定性和更優的耐腐蝕性能。

3.2 連續柱狀晶組織Cu-12%Al合金的腐蝕機理

實驗過程中發現經3.5%NaCl溶液腐蝕后的試樣表面有白色絮狀物生成，部分腐蝕產物從表面脫落，形成白色沉淀物，腐蝕后溶液仍為無色。對白色腐蝕產物進行定性分析的結果表明，腐蝕產物為Al(OH)3。用19%HCl溶液去除腐蝕產物后，試樣表面呈現純銅的顏色。這些現象表明：在NaCl溶液中Cu-12%Al合金的Al元素發生了選擇性腐蝕，即氧的去極化腐蝕，反應式如下：

由圖5(a)可以更清楚地看出，當脫鋁腐蝕發生后，合金表面形成了一層貧鋁富銅的脫鋁層，隨著腐蝕的進行，脫鋁層不斷增厚。富銅的脫鋁層在3.5%NaCl中性溶液中具有較好的穩定性，不發生溶解。因此，腐蝕后溶液為無色，較厚的脫鋁層能夠起到降低腐蝕速率、保護基體的作用。因此，Cu-12%Al合金在NaCl溶液中具有較好的耐腐蝕性能。

經10%HCl溶液浸泡腐蝕后，試樣表面呈紅色，沒有產生腐蝕產物沉淀，溶液呈綠色，試樣表面有氣泡產生，腐蝕后溶液中含有Al3+和Cu2+。這些現象表明：Cu-12%Al合金在10%HCl溶液中不僅發生了Al元素選擇性腐蝕，而且Cu元素也參與了腐蝕反應。與3.5%NaCl溶液中發生的氧去極化腐蝕不同，合金在HCl溶液中發生的是如下氫的去極化腐蝕：

與在3.5%NaCl溶液中一樣，由于脫鋁反應的發生，合金表面也形成了一層脫鋁層(見圖5(b)和(c))。但是，富銅脫鋁層能夠被10%HCl溶液溶解，而且隨著溫度的升高，溶解速度加快。脫鋁層的不斷溶解使其對基體的保護作用減弱，腐蝕反應能夠不斷進行，因此，在10%HCl溶液中，Cu-12%Al合金的耐腐蝕性能較差。

4 結論

1) 高鋁青銅Cu-12%Al合金在20～80 ℃的3.5% NaCl溶液中具有較好的耐腐蝕性能，達到耐蝕級。在40 ℃以下的10%HCl溶液中也可達到耐蝕級，但在40℃以上的10%HCl溶液中其耐腐蝕性能欠佳。

2) 高鋁青銅Cu-12%Al合金的腐蝕速率隨溫度的升高而增大，當溫度由20 ℃上升到80 ℃時，其腐蝕速率由0.056 mm/a增加到0.12 mm/a (3.5%NaCl)和由0.086 mm/a增加到3.20 mm/a (10%HCl)。

3) 腐蝕發生后，合金組織中的Al含量明顯下降，高鋁青銅Cu-12%Al合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中均發生脫鋁腐蝕。

4) 高鋁青銅Cu-12%Al合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中的自腐蝕電位分別為?271 mV (vs SCE)和?333 mV (vs SCE)。

REFERENCES

[1]鐘衛佳. 銅加工技術實用手冊[M]. 北京: 冶金工業出版社, 2007: 165?180. ZHONG Wei-jia. Utility handbook of copper processing techniques [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2007: 165?180.

[2]劉 平, 任鳳章, 賈淑果, 等. 銅合金及其應用[M]. 北京: 化學工業出版社, 2007: 84?91. LIU Ping, REN Feng-zhang, JIA Su-guo, et al. Copper alloy and its application [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2007: 84?91.

[3]DAVIS J R. Copper and copper alloys [M]. Ohio: ASM International, 2001: 557.

[4]季燈平, 劉雪峰, 謝建新, 余均武, 李衛河, 榮鳴雷. Cu-12%Al鋁青銅線材的連續定向凝固制備[J]. 金屬學報, 2006, 42(12): 336?341. JI Deng-ping, LIU Xue-feng, XIE Jian-xin, YU Jun-wu, LI Wei-he, RONG Ming-lei. Preparation of Cu-12%Al Al bronze wires by continuous unidirectional solidification [J]. Acta Metallurgica Sinica, 2006, 42(12): 336?341.

[5]劉錦平, 劉雪峰, 黃海友, 謝建新. 工藝參數對連續定向凝固Cu-12%Al線材表面質量、組織和性能的影響[J]. 北京科技大學學報, 2011, 33(5): 593?599. LIU Jin-ping, LIU Xue-feng, HUANG Hai-you, XIE Jian-xin. Effects of process parameters on the surface quality, microstructure and mechanical properties of Cu-12%Al wires fabricated by continuous unidirectional solidification [J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2011, 33(5): 593?599.

[6]黃伯云, 李成功, 石力開. 有色金屬材料手冊[M]. 北京: 化學工業出版社, 2009: 351?370. HUANG Bu-yun, LI Cheng-gong, SHI Li-kuai. Nonferrous metals handbook [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2009: 351?370.

[7]ATEYA B G, ASHOUR E A, SAYED S M. Stress corrosion behavior ofα-aluminum bronze in saline water [J]. Corrosion, 1994, 50(1): 20?25.

[8]STUPNISEK-LISAC E, GALI’C N, GASPARAC R. Corrosion inhibition of copper in hydrochloric acid under flow conditions [J]. Corrosion, 2000, 56(11): 1105?1111.

[9]AL-HASHEM A, CACERES P G, RIAD W T, SHALABY H M. Cavitation corrosion behavior of cast nickel-aluminum bronze in seawater [J]. Corrosion, 1995, 51(5): 331?342.

[10]路 陽, 袁利華, 李文生, 金玉花. 高鋁青銅Cu-14%Al-X合金在3.5%NaCl溶液中的腐蝕性能[J]. 機械工程學報, 2005, 14(9): 42?45. LU Yang, YUAN Li-hua, LI Wen-sheng, JIN Yu-hua. Corrosion resistance of Cu-14%Al-X Al-bronze alloy in 3.5%NaCl solution [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2005, 14(9): 42?45.

[11]李文生, 王智平, 路 陽, 袁利華, 徐建林, 魏迪生, 高鋁青銅Cu-14Al-X 合金在3.5%NaCl 溶液中的腐蝕行為[J]. 中國有色金屬學報, 2006, 16(3): 511?517. LI Wen-sheng, WANG Zhi-ping, LU Yang, YUAN Li-hua, XU Jian-lin, WEI Di-sheng. Corrosion behavior of Cu-14Al-X bronze alloy in 3.5%NaCl solution [J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2006, 16(3): 511?517.

[12]LI Wen-sheng, WANG Zhi-ping, LU Yang, YUAN Li-hua, XIAO Rong-zhen, ZHAO Xu-dong. Corrosion and wear behaviors of Al-bronzes in 5.0%H2SO4solution [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2009, 19(2): 311?318.

[13]韓 忠, 趙 暉, 林海潮. QAl9-2合金脫鋁腐蝕的TEM研究[J]. 中國有色金屬學報, 2001, 11(3): 428?432. HAN Zhong, ZHAO Hui, LIN Hai-chao. TEM observation on dealuminification corrosion of QAl9-2 alloy in marine environment [J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2001, 11(3): 428?432.

[14]韓 忠, 何毓璠, 林海潮, 趙 暉. QAl-9-2合金在3.5%NaCl溶液中脫合金腐蝕研究[J], 金屬學報, 2000, 36(5): 521?524. HAN Zhong, HE Yu-fan, LIN Hai-chao, ZHAO Hui. Study on dealloying corrosion of QAl-9-2 alloy in 3.5%NaCl solution [J]. Acta Metallurgica Sinica, 2000, 36(5): 521?524.

[15]WANG Y, HUANG H Y, XIE J X. Enhanced room-temperature tensile ductility of columnar-grained polycrystalline Cu-12%Al alloy through texture control by Ohno continuous casting process [J]. Materials Letters, 2011, 65(7): 1123?1126.

[16]天華化工機械及自動化研究設計院. 腐蝕與防護手冊: 第1卷. 腐蝕理論、試驗及監測[M]. 第2版. 北京: 化學工業出版社, 2009: 264. Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation. Handbook for corrosion and protection: Vol.1. Corrosion theory, testing and monitoring [M]. 2nd ed. Beijing: Chemical Industry Press, 2009: 264.

[17]《重有色金屬材料加工手冊》編寫組. 重有色金屬材料加工手冊(第一分冊)[M]. 北京: 冶金工業出版社, 1979: 188?189. Writing Group of Heavy Nonferrous Materials Processing Manual. Heavy nonferrous materials processing manual (Vol.1) [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1979: 188?189.

[18]于 輝, 董颯英, 黃國勝, 孫明先, 王廷勇. 鋁青銅在3.5%NaCI溶液中的脫成分腐蝕行為[J]. 中國腐蝕與防護學報, 2003, 23(6): 345?349. YU Hui, DONG Sa-ying, HUANG Guo-sheng, SUN Ming-xian, WANG Ting-yong. Corrosion behavior of Al-bronze in 3.5% NaCl solution [J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2003, 23(6): 345?349.

(編輯 陳衛萍)

Corrosion behavior of continuous columnar-grained Cu-12%Al alloy in 3.5%NaCl and 10%HCl solutions

HUANG Hai-you, NIE Ming-jun, LUAN Yan-yan, XIE Jian-xin
(Key Laboratory for Advanced Materials Processing, Ministry of Education, Institute of Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

The corrosion resistances and corrosion mechanism of a Cu-12%Al (mass fraction) alloy with continuous columnar-grained (CCG) microstructure fabricated by unidirectional solidification casting were investigated by static immersing tests and electrochemistry analysis in 3.5%NaCl (mass fraction) and 10%HCl (volume fraction) solutions. The results show that the corrosion resistances of the CCG Cu-12%Al alloy in 3.5%NaCl solution can achieve corrosionresistant level. The corrosion resistances in 10%HCl solution at a temperature below 40 ℃ can achieve corrosion-resistant level, however, if the temperature is above 40 ℃, the alloy has poor corrosion resistance in 10%HCl solution. In 10%HCl solution, the corrosion resistance of the CCG Cu-12%Al alloy is superior to that of the conventional Al bronzes with Al content of 5%～11% and QBe2 alloy, but inferior to that of QBe2.15 alloy. The corrosion potentials of the CCG Cu-12%Al alloy are ?271 mV (vs SCE) in 3.5%NaCl and ?333 mV (vs SCE) in 10%HCl. The content of Al in the surface layer of the alloy significantly decreases after corrosion, which proves that the Cu-12%Al alloy suffers dealuminization corrosion in 3.5%NaCl and 10%HCl solutions.

Cu-12%Al alloy; continuous columnar-grained microstructure; corrosion resistance; dealuminization corrosion

TG142.41

A

國家重點基礎研究發展計劃資助項目(2011CB606300)；國家自然科學基金資助項目(51104015)；國家“十二五”科技支撐計劃資助項目(2011BAE23B00)；中央高校基本科研業務費資助項目(FRF-TP-10-002B)

2011-10-20；

2012-05-25

謝建新，教授，博士；電話：010-62332254；E-mail: jxxie@mater.ustb.edu.cn

1004-0609(2012)09-2469-08