铸铝在新型冷却液中的空泡腐蚀研究

发布时间：2020-04-28 11:02

【摘要】：空泡腐蚀的发生会严重影响电子液冷系统的正常运行。本文利用空泡腐蚀仪,采用失重法研究了铸铝在冷却液中的空泡腐蚀行为。在此基础上,通过腐蚀电化学技术,研究了在空化条件下,铸铝在冷却液中腐蚀电化学动力学过程。最后,采用现代表面分析技术,研究了铸铝在冷却介质中表面膜的形成机制以及空化作用下的损伤机制,揭示了电化学作用与流体力学之间的协同机制。研究结果表明:电化学腐蚀与空化作用之间的协同效应导致铸铝空泡腐蚀失重随空化作用时间的增大而增大,其空泡腐蚀速率随空化作用时间先增大后减小。缓蚀剂的添加能够抑制铸铝的空泡腐蚀,有利于防止铸铝的腐蚀。但是,并不能完全抑制腐蚀的发生。所以,电化学与空化作用之间的协同效应仍然会促进铸铝的空泡腐蚀。空化作用虽然使阴极氧扩散过程有所增强,但是却促进了铸铝发生钝化,抑制了其阳极过程。因此,腐蚀过程以阳极过程控制为主。当添加此阳极型缓蚀剂后,有效地抑制了铸铝的电化学腐蚀,从而降低了电化学腐蚀与空化作用间的协同效应,使铸铝在冷却液中的腐蚀减轻。在乙二醇基水溶液中,空化作用使铸铝表面氧化膜破坏,形成坑、洞,表现在电化学阻抗谱的低频处出现感抗弧,并且有两个时间常数。随着空化作用时间的增大,铸铝的反应电阻逐渐减小。进一步表明空化作用对电化学腐蚀具有促进作用。当添加缓蚀剂后,铸铝的电化学阻抗谱为一个变形的容抗弧,电极动力学过程为两个时间常数。一旦受到空化作用,其电化学阻抗谱在高频为一个容抗弧,中高频出现感抗弧,低频出现容抗弧,时间常数变为三个。表明在这种情况下,铸铝的空泡腐蚀机理更为复杂。在乙二醇基水溶液中,铸铝表面氧化膜成分主要是AlOOH、硅氧化物和硅酸盐。一旦发生空化作用,铸铝表面的硅氧化物和硅酸盐会逐渐脱落,在其表面形成坑、洞。同时,空化作用促进了 AlOOH和A1203的形成。阳极型缓蚀剂的添加,有利于促进铸铝表面AlOOH和A1203的形成,与氮和磷形成混合型的缓蚀膜,抑制了铸铝表面坑、洞和裂缝的形成,从而有效的减弱了铸铝的空泡腐蚀。研究进一步表明,铸铝在冷却介质中的空泡腐蚀受协同效应影响,并且是由腐蚀引起的磨损腐蚀控制。基于此,提出了铸铝在冷却介质中的腐蚀模型。
【图文】：

铸铝,药品,实验材料,乙二醇水溶液

２．１实验材料逡逑本实验采用的实验材料为铸铝（牌号为ＺＬ１０１），其元素组成如下表２－１所逡逑示；铸铝按照ＡＳＴＭＧ３２－１６标准加工，上端为方形，下端是螺杆，如下图２－１所逡逑示：逡逑表２－１铸铝成分表（Ｗｔ％）逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｓｔ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋（Ｗｔ％）逡逑Ｓｉ逦Ｆｅ逦Ｍｎ逦Ｍｇ逦Ｎｉ逦Ｚｎ逦Ｔｉ逦Ａ１逡逑５．５－６．５逦＜１．２逦＜０．８逦０．１－０．５逦＜０．５逦＜０．１逦＜０．２５逦余量逡逑ｍ：ｌ：＇逡逑雷ｍ逡逑图２－１铸锅逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ｃａｓｔ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ逡逑２．２实验介质和溶液配制逡逑２．２．１实验药品逡逑本实验需要两种冷却介质，，一种为乙二醇水溶液，另一种是添加了缓蚀剂的逡逑新型冷却液，其主要药品以及生产厂家如下表２－２。逡逑１５逡逑

空蚀,金属材料,超声波,空泡腐蚀

２．３．１空泡腐蚀仪器逡逑本实验采用的空泡腐蚀仪器按照ＡＳＴＭ邋Ｇ３２－１６标准，由无锡市华能超声电逡逑子有限公司制造，如下图２－２所示。该仪器由超声波装置和冷却装置两部分构成，逡逑超声波发生器将电信号转换成机械振动，再通过传动杆将振动传输到试样上，由逡逑此来模拟空泡腐蚀。同时，调节超声发生器的电压可以模拟不同强度的空泡腐蚀。逡逑■ｔｉｍｉ逡逑逦逡逑Ｉ逦１逡逑Ｉ邋Ｈｉ邋Ｊ逡逑W逡逑图２－２超声波金属材料空蚀机逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑２．３．２其他实验仪器和材料逡逑下表２－４是本实验中所用到的其他仪器和材料。逡逑１７逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178

【参考文献】