2A50鋁合金在含有較低氯離子濃度溶液中的腐蝕性能研究

馮一可

【摘 要】在含有鹵素離子的溶液中2A50鋁合金易發生腐蝕，具有明顯的局部腐蝕傾向。在某些特殊用途的、僅含有較低水平氯離子濃度（不高于50mg/L）的溶液中，對2A50鋁合金的耐晶間腐蝕和應力腐蝕的能力進行了考察。通過試驗可發現，即使是在含有較低Cl-濃度的溶液中，2A50鋁合金依然表現出明顯的晶間腐蝕和應力腐蝕傾向。在短時間內腐蝕形貌以點蝕和晶間腐蝕為主，但隨著時間的延長和加載應力的逐步增大，2A50鋁合金開始出現典型的應力腐蝕開裂形貌。

【關鍵字】鋁合金;氯離子濃度;晶間腐蝕;應力腐蝕

中圖分類號： TG172.3文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）17-0104-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.049

Research of Corrosion Resistance for Aluminum Alloy 2A50 in Solution with Lower Concentration of Chloride Ion

FENG Yi-ke

（Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry， Tianjin 300180， China）

【Abstract】Aluminum alloy has local corrosion tendency which corrosion behavior is easily found in solution with halide ions. This kind of aluminum alloy is studied in this paper to research its corrosion resistance， such as intergranular corrosion and stress corrosion in some special-purpose solution with lower concentration of Cl-. And obvious corrosion tendency of intergranular corrosion and stress corrosion of aluminum alloy 2A50 is found in solution even with very lower concentration of Cl-. In short cycles pitting and intergranular corrosion are easily found while the failure style mainly is stress corrosion cracking with time going and external stress increasing. Keywords： equipment failure; intergranular corrosion; stress corrosion.

【Key words】Aluminum alloy; The concentration of Cl-; Intergranular corrosion; Stress corrosion

2A50合金是高強度鍛鋁，在熱態下具有很高的可塑性，易于鍛造、沖壓，可以熱處理強化，在淬火及人工時效后的強度與硬鋁相似，機加工性能較好，但有擠壓效應，故縱向和橫向性能有所差異，耐全面腐蝕性能較好，但有局部腐蝕的傾向。本次研究針對某些特殊的使用條件，對2A50鋁合金處于Cl-濃度較低水平的溶液時所表現出的耐晶間腐蝕和應力腐蝕的性能予以考察。

1 試驗方案

1.1 試驗溶液的配置

在試驗過程中，通過蒸餾水配置了以下3種含有Cl-的溶液，分別為：Cl-濃度約0.5mg/L、5mg/L和50mg/L。

1.2 試樣的選取

試樣取某廠加工生產的2A50鋁合金模鍛件。

1.3 試樣的制備

晶間腐蝕試驗的試樣采用尺寸為40mm×25mm×10mm的試塊，在樣品的制備上比較簡單。

應力腐蝕試驗的試樣在制備上按照GB/T 22640-2008《鋁合金加工產品的環形試樣應力腐蝕試驗方法》規定的方法在2A50鋁合金模鍛件上取C型環樣。設計C環試樣的外徑為30mm，寬度為20mm，厚度為2mm。試樣的主表面粗糙度不得大于0.8μm。試樣不得有劃痕、凹坑、毛刺等缺陷，加工過程中應避免試樣產生塑性變形。為避免異種金屬易發生的電偶腐蝕，螺栓和螺母同樣采用2A50鋁合金模鍛件加工制成。

1.4 試驗標準及方案

參照GB/T 7998-2005《鋁合金晶間腐蝕測定方法》和HB 5255-83《鋁合金晶間腐蝕及晶間腐蝕傾向的測定》，考察2A50鋁合金試樣在所配置的3種含有較低Cl-濃度的溶液中耐晶間腐蝕的能力，詳細試驗方案見表1。

按照GB/T 22640-2008《鋁合金加工產品的環形試樣應力腐蝕試驗方法》，考察2A50鋁合金試樣在所配置的3種含有較低Cl-濃度的溶液中的耐應力腐蝕的能力。

由于GB/T 22640-2008《鋁合金加工產品的環形試樣應力腐蝕試驗方法》文中提及6005A合金施加的試驗應力為縱向Rp0.2的75%，因此考慮在本試驗中參照2A50鋁合金原材料的Rp0.2，按其30%、50%、70%和90%來制定相應的加載應力，具體試驗方案見表2。

C環的徑向壓縮量和加力后C環的外徑可由下式求得。

2 試驗結果

2.1 晶間腐蝕試驗

通過晶間腐蝕試驗可以發現，隨著時間的延長和溶液中Cl-濃度的升高，介質2和3在試驗終止時均發現了典型的晶間腐蝕網絡，見圖1～圖3。

2.2 應力腐蝕試驗

在經過不同試驗周期后，部分試樣肉眼即可觀察到明顯的應力腐蝕開裂現象。將發生應力腐蝕破壞的試樣在掃描電鏡下觀察，可以獲得典型的應力腐蝕形貌，如圖4～圖7所示。

3 現象分析

晶間腐蝕試驗結果的共性在于，試驗在未加載應力的情況下，各Cl-濃度的溶液中晶間腐蝕試樣僅存在點蝕和晶間腐蝕，試樣自身的殘余應力尚不足以使晶間腐蝕溶液中的試樣出現應力腐蝕開裂。

對鋁及鋁合金而言，鹵素離子是引起點蝕的主要原因。Cl-的侵蝕性要高于其他鹵素離子。Cl-的破壞作用主要表現在對鋁及其合金氧化膜的破壞[1]。在含Cl-的溶液中，Cl-首先在鋁及其合金的表面進行吸附，然后與氧化膜晶格中的Al3+或者Al（OH）3中的Al3+發生化學反應，使得氧化膜溶解、減薄，最終使鋁及鋁合金的基體暴露于腐蝕介質中[2]。

通過匯總后應力腐蝕開裂的形貌可以發現，發生應力腐蝕的原因并非是Cl-濃度過高或者加載應力過大的某個單一因素造成的，而是二者共同作用完成的，甚至可能是包含了二者的多因素共同作用的結果。

通過較長周期的應力腐蝕試驗可以發現，4000小時后由2A50鋁合金制成的C環試樣同時存在點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等多種局部腐蝕形態，在不同Cl-濃度的溶液中，試樣所表現出的耐腐蝕性并不完全相同。但隨著試驗時間的延長和應力的逐步增大，C環試樣更多的出現狹長裂紋。

4 結論

對于已經完成的2A50鋁合金的晶間腐蝕試驗和C環應力腐蝕試驗，可以得出以下結論：

（1）在含有較低Cl-濃度的溶液中，2A50鋁合金依然表現出明顯的晶間腐蝕敏感性和應力腐蝕敏感性;

（2）在含有較低Cl-濃度的溶液中，短時間內2A50鋁合金的局部腐蝕主要表現為點蝕和晶間腐蝕。隨著時間的延長和加載應力的逐步增大，鋁合金開始出現典型的應力腐蝕開裂形貌。

【參考文獻】

[1]天華化工機械及自動化研究設計院主編，腐蝕與防護手冊，化學工業出版社，2009.

[2]張琦，李荻.2091-T651鋁鋰合金晶間腐蝕電化學機理.