合金元素（Fe、Mn、La）对B10白铜合金耐蚀性能的影响
发布时间：2020-12-07 11:23
铜镍合金凭借其良好的耐腐蚀性能、出色的加工性能以及优异的导热性而被广泛应用于各个领域,例如海水管道、海水淡化厂、发电厂和船体中的热交换器和冷凝器。铜镍合金具有良好耐腐蚀能的主要原因是其表面会生成钝化膜,这层保护膜可以作为环境介质中侵蚀性离子和基体间的腐蚀阻挡层,从而减缓了基体腐蚀。目前,海洋工程的飞速发展对铜镍合金耐蚀性能提出了更高的要求,进一步提高铜镍合金耐蚀性能仍是当前研究的目标。添加合金元素是一种提高白铜合金耐蚀性能最直接有效的方法。Fe、Mn元素是铜镍合金中最常见的合金元素,它们不但可以提高铜镍合金的机械性能还可以改善铜镍合金的耐蚀性能。白铜表面生成的钝化膜是影响其腐蚀性能的关键因素。但是到目前为止,Fe、Mn合金元素对于白铜合金表面钝化膜层影响的研究还比较少;稀土元素具有冶金工业“维生素”的美誉,被认为可以进一步优化合金的各项性能,目前关于稀土元素对铜镍合金耐腐蚀性能影响的研究鲜见报道。基于以上原因,本文制备了不同Fe、Mn、La含量的B10白铜合金,采用极化曲线、交流阻抗谱等测试方法研究了添加这三种合金元素对B10白铜合金样品的电化学腐蚀性能的影响,结合X射线衍射仪、X射线...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜镍合金在充气与除气海水中腐蚀过程[11]
第一章绪论4图1.2静止、流动和潮汐区海水中B90-10和B70-30铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化。1.3环境因素对铜镍合金腐蚀性能的影响1.3.1Cl-和S2-的影响近几十年里，科研人员就已经对铜镍合金在不同腐蚀介质中的腐蚀行为进行了广泛深入的研究，发现合金表面钝化膜的结构和性质，与合金所处的服役环境和时间有直接的联系。Cl-和S2-是海洋环境中最常见的两种攻击型离子，容易诱发金属材料的均匀腐蚀和点蚀。Badawy[15]研究了中性溶液中，氯离子浓度对铜镍合金腐蚀行为的影响，发现合金的腐蚀电流与氯离子浓度呈抛物线形式变化，即氯离子浓度在0.3mol/dm3以下时，腐蚀速率随氯离子浓度增加而逐渐增大，继续加大氯离子浓度则腐蚀速率缓慢下降。下降的原因是由于CuCl水解生成了致密的Cu2O，其具有钝化作用能够有效阻挡Cl-进一步侵蚀。随着腐蚀时间的延长，或者阳极电位的增加，氯离子将很可能造成Cu2O局部破坏。Badawy发现Cu-65Ni合金表面钝化膜点蚀破裂电位随着氯离子浓度增加而逐渐负移，并且满足（1.7）关系式。=+（1.7）对此，badawy的解释是：Cl-的吸附增加了钝化膜上的电势差，从而提高了金属离子从膜内扩散到膜外的移动速率，促进了更多阳离子空位的产生，进而导致合金表面更容易发生点蚀。North和Pryor则认为[16]，Cl-取代了Cu2O晶格中的O2-，产生的电荷不平衡会导致晶格中的Cu+进入溶液中，Cu2O将产生新的阳离子空位。阳离子空位的增加会导致阳离子扩散至溶液中的势垒降低，加速表面膜的溶解。Yuan[17]对B30在不同模拟海水腐蚀介质中的腐蚀行为进行研究，发现在清洁无污染的海水环境中，B30合金的表面的氧化膜具有保护性，明显降低了腐蚀速率。而在污染海水中，由于硫离子与阴阳极的反应，B30的腐蚀速率显著升高。Sayed[18]研
第一章绪论7解度增加；在侵蚀坑内，容易形成具有自催化效应的活化-钝化电池，加速金属的局部腐蚀[34,35]。B.C.Syrett和S.Wing[36]发现在含硫和曝气的流动海水中，铜镍合金的局部腐蚀更加剧烈，并且存在一个临界的破裂电势Eb。当腐蚀电势小于临界破裂电势时，合金发生均匀腐蚀；反之，则发生局部腐蚀，并且随着流速的增大、腐蚀时间的延长，材料发生局部腐蚀的几率越大[37]。1.4合金元素对铜镍合金腐蚀性能的影响1.4.1镍元素的影响Ni作为易钝化元素，加入纯铜中能够增强铜合金的钝化性能。Beccaria和Crousier[38,39]在中性氯化钠溶液中对不同Ni含量的白铜合金进行极化曲线测试时发现，铜镍合金的极化曲线中存在一个钝化平台，并且随着合金中Ni含量的增多，钝化平台越宽，维钝电流密度越低。见图1.3。图1.3不同Ni含量的铜镍合金及纯铜在中性NaCl溶液中的极化曲线Ismail等[40]研究发现，在碱性硫酸盐溶液中，铜镍合金耐蚀性能随Ni含量的增加而增加，并且随着浸没时间的增加，钝化膜的电阻也增大。Badawy[15]发现，铜镍合金在中性氯化钠溶液中也有类似的规律。McCafferty[41]提出了一种数学模型来解释镍二元合金的钝化机理，他根据氧化膜中的-Ni-O-Ni-桥的网络提钝化度的概念，并且基于在氧化膜中形成-Ni-O-Ni-桥及其连接性的假设建立模型，得出为了避免钝化层中的不连续性，合金应包含至少27wt.％的Ni。Murakami[42]等研究了Ni对铜合金流动诱导的局部腐蚀行为的影响，他发现镍含量太高会引起点蚀。
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海装备微生物腐蚀研究现状及发展趋势[J]. 赵文静,江锦波,孟祥铠,金杰,彭旭东. 腐蚀科学与防护技术. 2019(03)
[2]Evolution of the Corrosion Product Film and Its Effect on the Erosion–Corrosion Behavior of Two Commercial 90Cu–10Ni Tubes in Seawater[J]. Okpo O.Ekerenam,Ai-Li Ma,Yu-Gui Zheng,Si-Yu He,Peter C.Okafor. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2018(11)
[3]锰元素对铜镍合金电化学性能的影响[J]. 张荣伟,孙军伟,李升燕,张迎晖,朱志云. 有色金属科学与工程. 2018(04)
[4]Fe含量对CuNi10FeMn1合金组织与性能的影响[J]. 姜雁斌,谢建新. 中国有色金属学报. 2016(08)
[5]Effects of Fe content on the microstructure and properties of CuN i10FeM n1 alloy tubes fabricated by HCCM horizontal continuous casting[J]. Yan-bin Jiang,Jun Xu,Xin-hua Liu,Jian-xin Xie. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(04)
[6]稀土钇含量对B10铜合金组织和性能的影响[J]. 张强,余新泉,陈君,冯秀梅,沈睿,张发伦. 机械工程材料. 2015(01)
[7]铜合金腐蚀的影响因素及研究状况[J]. 顾彩香,张小磊,赵向博. 船舶工程. 2014(03)
[8]Influence of Rare Earth Elements on Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Cu-15Ni Alloy[J]. 董旭刚,周杰,余盈燕,胡永毅,莫安军. Journal of Donghua University(English Edition). 2013(03)
[9]pH值对Cu-17Ni-3Al-X耐磨铸造铜合金腐蚀的影响[J]. 罗宗强,辛保亮,张卫文,李元元. 华南理工大学学报(自然科学版). 2011(11)
[10]钽阳极氧化膜的半导体性研究[J]. 庄朋强,肖占文,朱向东,范红松,张兴栋. 电子元件与材料. 2011(08)
硕士论文
[1]B10合金在模拟海水中的冲刷腐蚀研究[D]. 尹承军.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：2903159
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜镍合金在充气与除气海水中腐蚀过程[11]
第一章绪论4图1.2静止、流动和潮汐区海水中B90-10和B70-30铜镍合金的腐蚀速率随时间的变化。1.3环境因素对铜镍合金腐蚀性能的影响1.3.1Cl-和S2-的影响近几十年里，科研人员就已经对铜镍合金在不同腐蚀介质中的腐蚀行为进行了广泛深入的研究，发现合金表面钝化膜的结构和性质，与合金所处的服役环境和时间有直接的联系。Cl-和S2-是海洋环境中最常见的两种攻击型离子，容易诱发金属材料的均匀腐蚀和点蚀。Badawy[15]研究了中性溶液中，氯离子浓度对铜镍合金腐蚀行为的影响，发现合金的腐蚀电流与氯离子浓度呈抛物线形式变化，即氯离子浓度在0.3mol/dm3以下时，腐蚀速率随氯离子浓度增加而逐渐增大，继续加大氯离子浓度则腐蚀速率缓慢下降。下降的原因是由于CuCl水解生成了致密的Cu2O，其具有钝化作用能够有效阻挡Cl-进一步侵蚀。随着腐蚀时间的延长，或者阳极电位的增加，氯离子将很可能造成Cu2O局部破坏。Badawy发现Cu-65Ni合金表面钝化膜点蚀破裂电位随着氯离子浓度增加而逐渐负移，并且满足（1.7）关系式。=+（1.7）对此，badawy的解释是：Cl-的吸附增加了钝化膜上的电势差，从而提高了金属离子从膜内扩散到膜外的移动速率，促进了更多阳离子空位的产生，进而导致合金表面更容易发生点蚀。North和Pryor则认为[16]，Cl-取代了Cu2O晶格中的O2-，产生的电荷不平衡会导致晶格中的Cu+进入溶液中，Cu2O将产生新的阳离子空位。阳离子空位的增加会导致阳离子扩散至溶液中的势垒降低，加速表面膜的溶解。Yuan[17]对B30在不同模拟海水腐蚀介质中的腐蚀行为进行研究，发现在清洁无污染的海水环境中，B30合金的表面的氧化膜具有保护性，明显降低了腐蚀速率。而在污染海水中，由于硫离子与阴阳极的反应，B30的腐蚀速率显著升高。Sayed[18]研
第一章绪论7解度增加；在侵蚀坑内，容易形成具有自催化效应的活化-钝化电池，加速金属的局部腐蚀[34,35]。B.C.Syrett和S.Wing[36]发现在含硫和曝气的流动海水中，铜镍合金的局部腐蚀更加剧烈，并且存在一个临界的破裂电势Eb。当腐蚀电势小于临界破裂电势时，合金发生均匀腐蚀；反之，则发生局部腐蚀，并且随着流速的增大、腐蚀时间的延长，材料发生局部腐蚀的几率越大[37]。1.4合金元素对铜镍合金腐蚀性能的影响1.4.1镍元素的影响Ni作为易钝化元素，加入纯铜中能够增强铜合金的钝化性能。Beccaria和Crousier[38,39]在中性氯化钠溶液中对不同Ni含量的白铜合金进行极化曲线测试时发现，铜镍合金的极化曲线中存在一个钝化平台，并且随着合金中Ni含量的增多，钝化平台越宽，维钝电流密度越低。见图1.3。图1.3不同Ni含量的铜镍合金及纯铜在中性NaCl溶液中的极化曲线Ismail等[40]研究发现，在碱性硫酸盐溶液中，铜镍合金耐蚀性能随Ni含量的增加而增加，并且随着浸没时间的增加，钝化膜的电阻也增大。Badawy[15]发现，铜镍合金在中性氯化钠溶液中也有类似的规律。McCafferty[41]提出了一种数学模型来解释镍二元合金的钝化机理，他根据氧化膜中的-Ni-O-Ni-桥的网络提钝化度的概念，并且基于在氧化膜中形成-Ni-O-Ni-桥及其连接性的假设建立模型，得出为了避免钝化层中的不连续性，合金应包含至少27wt.％的Ni。Murakami[42]等研究了Ni对铜合金流动诱导的局部腐蚀行为的影响，他发现镍含量太高会引起点蚀。
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海装备微生物腐蚀研究现状及发展趋势[J]. 赵文静,江锦波,孟祥铠,金杰,彭旭东. 腐蚀科学与防护技术. 2019(03)
[2]Evolution of the Corrosion Product Film and Its Effect on the Erosion–Corrosion Behavior of Two Commercial 90Cu–10Ni Tubes in Seawater[J]. Okpo O.Ekerenam,Ai-Li Ma,Yu-Gui Zheng,Si-Yu He,Peter C.Okafor. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2018(11)
[3]锰元素对铜镍合金电化学性能的影响[J]. 张荣伟,孙军伟,李升燕,张迎晖,朱志云. 有色金属科学与工程. 2018(04)
[4]Fe含量对CuNi10FeMn1合金组织与性能的影响[J]. 姜雁斌,谢建新. 中国有色金属学报. 2016(08)
[5]Effects of Fe content on the microstructure and properties of CuN i10FeM n1 alloy tubes fabricated by HCCM horizontal continuous casting[J]. Yan-bin Jiang,Jun Xu,Xin-hua Liu,Jian-xin Xie. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(04)
[6]稀土钇含量对B10铜合金组织和性能的影响[J]. 张强,余新泉,陈君,冯秀梅,沈睿,张发伦. 机械工程材料. 2015(01)
[7]铜合金腐蚀的影响因素及研究状况[J]. 顾彩香,张小磊,赵向博. 船舶工程. 2014(03)
[8]Influence of Rare Earth Elements on Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Cu-15Ni Alloy[J]. 董旭刚,周杰,余盈燕,胡永毅,莫安军. Journal of Donghua University(English Edition). 2013(03)
[9]pH值对Cu-17Ni-3Al-X耐磨铸造铜合金腐蚀的影响[J]. 罗宗强,辛保亮,张卫文,李元元. 华南理工大学学报(自然科学版). 2011(11)
[10]钽阳极氧化膜的半导体性研究[J]. 庄朋强,肖占文,朱向东,范红松,张兴栋. 电子元件与材料. 2011(08)
硕士论文
[1]B10合金在模拟海水中的冲刷腐蚀研究[D]. 尹承军.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：2903159
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