腐蚀产物膜对镍铝青铜腐蚀行为的影响

发布时间：2020-05-11 20:04

【摘要】：自20世纪40年代起,铸态镍铝青铜由于其优异的机械性能和耐海洋腐蚀性能,替代黄铜成为船舶螺旋桨的主要材料。其优异的耐蚀性能得益于镍铝青铜合金在含氯溶液中,伴随着腐蚀的发生,可在表面生成保护性的腐蚀产物膜。喷丸作为一种成本低廉、不受工件形状限制的表面处理工艺,被广泛应用于提高工件机械性能、耐蚀性能和抗疲劳性能。本文首先采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射技术和X射线光电子能谱仪等对镍铝青铜的微观组织、相成分以及在3.5 wt.%氯化钠溶液中浸泡生成腐蚀产物膜层的形貌、成分、价态进行分析,并结合电化学手段分析膜层对镍铝青铜合金耐蚀性的提高作用;其次通过扫描振动电极技术(SVET)观察破损镍铝青铜腐蚀产物膜的自修为行为,并通过原子力显微镜(AFM)对新鲜镍铝青铜表面各相腐蚀差异和膜层生长行为进行原位观察;最后讨论了喷丸处理对镍铝青铜膜层生长和耐蚀性的影响。研究结果表明:铸态镍铝青铜中主要包含粗大的富铜α基体相、残余β’马氏体相、富铁铝镍的玫瑰花型κ_Ⅱ相、富铝镍的层片状κ_Ⅲ相和微小的κ_Ⅳ相。镍铝青铜浸泡48小时生成的腐蚀产物膜较薄,可观察到残余β’相与α+κ_Ⅲ共析区中的α相位置的腐蚀坑。浸泡240小时后腐蚀产物膜达到一定厚度,腐蚀坑被完全覆盖,形成均一的蜂窝状表面结构。随着浸泡时间的增长,膜层逐渐增厚,耐蚀性不断提高。SVET原位腐蚀观察发现,当浸泡240小时生成的均匀腐蚀产物膜被划破1.5mm圆孔时,划痕区域与完好膜层覆盖区域形成电偶对,划痕区域作为阳极被不断腐蚀,同时腐蚀产物膜修复,自修复速率与阳极腐蚀速率间呈竞争关系。浸泡150min后,膜层完成自修复。AFM原位观察发现镍铝青铜中存在残余β’-α、α-κ_Ⅱ、α-κ_Ⅲ三对腐蚀电偶(前者发生阳极腐蚀)。腐蚀产物膜在浸泡150min时大面积覆盖基体表面,抑制了进一步的腐蚀。采用0.6mm和2mm直径钢丸对镍铝青铜进行喷丸处理发现,喷丸细晶化、残余压应力状态、喷丸硬化以及喷丸引起的粗糙度对腐蚀产生综合影响。其中残余压应力抑制腐蚀,而粗糙度和细晶化加速腐蚀与腐蚀产物膜的生成。浸泡120小时后,0.6mm喷丸样品生成较厚且致密的腐蚀产物膜,耐蚀性明显高于未喷丸样品,而具有过高粗糙度的2mm喷丸样品膜层疏松,保护性差,引起局部腐蚀,耐蚀性较未喷丸样品差。
【图文】：

腐蚀产物膜对镍铝青铜腐蚀行为的影响

a）Cu-Al-5Ni-5Fe体系的图；b）Cu-Al体系的图

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图 1-3 a）铸态镍铝青的显微织示意图 b）当 Fe 含量小于 5 wt.%时铸态镍铝青的显微织金照片[16]Fig. 1-3 a) Schematic representation of the distribution of phases in as-cast NAB and b) the phasedistribution of as-cast NAB without κⅠ.Hasan 等[17]通过光学显微镜（OM）观察镍铝青铜的组织形貌并通过透射电子显微镜（TEM）对镍铝青铜的物相进行研究发现，室温下镍铝青铜主要包含 α 相、残余 β’相和 κ 相。其中柱状晶 α 相为富含 Cu 元素的面心立方（fcc）结构，晶格常数为 3.64 0.04 。κⅠ相通常呈直径 20~50μm 的玫瑰花形，富含 Fe、Al 元素，但 Al 元素含量不超过 25 wt.%，同时 κⅠ相非单晶结构，其中包含体心立方（bcc）结构的富 Fe 无序固溶体、DO3结构的 Fe3Al 和 B2 结构的 FeAl。κⅡ相形状与 κⅠ相似，但尺寸较小，直径为 5~10μm，，晶体结构是以 Fe3Al 为基的 DO3结构，点阵常数为 5.71 0.06 。κⅢ相呈片状或退化为沿直线分布的球状，与层片 α 相组成共析产物，分布在 α/α 或 α/β 相界，其晶体结构是以 NiAl 为基的 B2 结构，点阵常数为 2.88 0.03 。κⅣ相是分布在 α 基体中尺寸小于 2μm 的细小颗粒，成分与结构均与 κⅡ相相似。残余 β’相是具有 3R 或 2H 结构的马氏体，其中 3R 马氏体中包含高密度的以 NiAl 为基的 B2 结构析出物，该析出物大小由冷速决定，点阵常数为
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178

【参考文献】