鋁合金微弧氧化層耐海水沖蝕性能的研究王思然

左康江+韓飛彪+朱宏強(qiáng)+楊旭

摘 要：采用失重法研究了沖刷速度和溫度對鋁合金微弧氧化層在海水中沖刷腐蝕速率的影響，結(jié)合對試樣表面腐蝕形貌的觀察，對鋁合金微弧氧化層在海水中沖蝕行為進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，鋁合金微弧氧化層在海水中的耐蝕性與海水的沖蝕速度和海水的溫度有密切聯(lián)系，微弧氧化層的耐蝕性隨沖蝕速度的增大和沖蝕溫度的升高而降低。

關(guān)鍵詞：鋁合金微弧氧化層 海水 溫度 沖刷速度 沖刷腐蝕

中圖分類號：TG17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（b）-0057-03

海水中含有大量的腐蝕性氯離子，鋁合金在海水中因氧化膜的破裂而極易發(fā)生局部腐蝕，因此，研究海水沖蝕環(huán)境下鋁合金微弧氧化層的腐蝕行為對海洋工程事業(yè)顯得尤為重要[1]。此實(shí)驗(yàn)以人造海水沖蝕速度和溫度為變量，研究鋁合金微弧氧化層在不同條件下的腐蝕情況，通過失重法研究試樣沖蝕前后的質(zhì)量變化，并利用掃面電鏡對沖蝕后的試樣表面腐蝕程度進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用標(biāo)準(zhǔn)牌號為LF4的鋁鎂系防銹鋁，制成15 mm×15 mm×2 mm的試片，用金相砂紙打磨，清水沖洗后放入超聲波清洗機(jī)中清洗，再用酒精棉花擦干后置于烘干機(jī)中烘干備用（未封孔處理）。

1.2 微弧氧化層制備

微弧氧化實(shí)驗(yàn)電解液配方為：硅酸鈉40 g、氫氧化鈉25 g、乙二胺四乙酸二鈉25 g、去離子水5 L。在氧化時間30 min條件下，設(shè)置參數(shù)如表1、表2所示，制備試樣。

1.3 海水沖蝕實(shí)驗(yàn)

制備人造海水20 L。人造海水配方為：氯化鈉26.726 g/L，氯化鎂2.26 g/L，硫酸鎂3.248 g/L，氯化鈣1.153 g/L，碳酸氫鈉0.198 g/L，氯化鉀0.721 g/L，另含溴化鈉、硼酸、硅酸鈉、磷酸、六氯化二鋁、硝酸鋰等微量，將其溶于自來水中。

求得沖蝕速度5 m/s、7 m/s、9 m/s、11 m/s，在沖蝕機(jī)上對應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別為208 r/min、290 r/min、374 r/min、460 r/min，因此取轉(zhuǎn)速分別為210 r/min、290 r/min、375 r/min、460 r/min共4種轉(zhuǎn)速。每一轉(zhuǎn)速的試樣沖蝕時間設(shè)定為12 h。

第二組：速度恒為7 m/s，即290 r/min，沖蝕溫度分別為25 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃，共4種溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 沖蝕失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果

鋁合金微弧氧化層在海水中沖蝕失重分析結(jié)果如表3所示。

鋁合金微弧氧化層在海水環(huán)境中以局部腐蝕為主，腐蝕失重數(shù)值較小，但可以初步評價鋁合金在一般海水環(huán)境中的耐蝕性能，且其對縫隙腐蝕比較敏感，縫隙腐蝕一般出現(xiàn)在試樣表面的附著物、沉積物下面或者試樣未封孔處[1，2]。

2.2 沖蝕失重與沖蝕速度關(guān)系

鋁合金微弧氧化層在海水中沖蝕失重與沖蝕速度關(guān)系如圖1所示。

研究發(fā)現(xiàn)鋁合金微弧氧化層在靜止海水中的耐蝕性比較好，腐蝕速率相對較小，隨著沖蝕速度的增加，耐蝕性迅速下降，當(dāng)沖蝕速度為2 m/s時，LF2鋁合金試樣的平均腐蝕速率近乎于靜水中的8倍[2，3]。因此，在一定范圍內(nèi)，沖蝕失重隨沖蝕速度的增加而增加。

2.3 沖蝕失重與沖蝕溫度關(guān)系

鋁合金微弧氧化層在海水中沖蝕失重與沖蝕溫度關(guān)系如圖2所示。

溫度是直接影響反應(yīng)速率和傳質(zhì)過程的動力學(xué)常數(shù)，溫度每上升10 ℃或者每上升30 ℃，受動力學(xué)控制的金屬的腐蝕速度和受擴(kuò)散控制的金屬的腐蝕速度分別增加1倍。因此，在一定條件下，腐蝕速度增加，沖蝕失重的質(zhì)量隨之增加[3]。

溫度不僅直接影響著腐蝕速度，還可能通過影響反應(yīng)物和產(chǎn)物的溶解性，改變腐蝕產(chǎn)物和鈣質(zhì)水垢的性能達(dá)到影響腐蝕速度的效果。同時，隨溫度的升高，氧的溶解度高低也影響腐蝕速度[3，4]。

除此之外，隨沖蝕時間的延長，試樣表面無明顯的腐蝕物堆積，但出現(xiàn)試樣表面輕微變黑，表面出現(xiàn)變黑是由于在腐蝕初期生成腐蝕產(chǎn)物薄膜導(dǎo)致的，這一現(xiàn)象與海水浸泡實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相似。

當(dāng)試樣表面有較多的劃痕、凹坑等缺陷（試樣微弧氧化層損壞）時，則腐蝕最先從缺陷處開始發(fā)生，隨腐蝕時間的延長，表面出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑，隨腐蝕膜增厚腐蝕產(chǎn)物變多時漸漸表現(xiàn)為白色[4，5]。

3 結(jié)語

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，對鋁合金微弧氧化層的耐腐蝕性能要求越來越高。此實(shí)驗(yàn)以天然海水中的基本成分配置實(shí)驗(yàn)所用海水，人工模擬海水的速度和溫度變化對鋁合金微弧氧化層的耐沖蝕性能進(jìn)行了基本的研究和分析。雖然和真實(shí)的海洋環(huán)境相比實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)會有所出入，但對鋁合金微弧氧化層耐蝕性能的研究發(fā)展同樣做出了努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 張波，韓冰.LF4鋁合金在海水中的腐蝕性能研究[J].海洋科學(xué)，2005，29（7）：4-7.

[2] 韓東銳，張波，歐家才，等.微弧氧化鋁合金在海水中的腐蝕行為[J].腐蝕與防護(hù)，2010，6（31）：452-454.

[3] Ijssseling F P. General Guidelines for Corrosion Testing of Materials for Marine Applications[J].British Corrosion Journal，1989，24（1）：55-78.

[4] 彭文才.鋁合金深海腐蝕研究進(jìn)展[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2010，25（1）：59-62.

[5] 何明濤，孟惠民，俞宏英.鋁合金表面磨損對其耐海水腐蝕性的影響[C]//2014海洋材料腐蝕與防護(hù)大會.2014.