铝合金焊接件在热带海洋大气环境中的腐蚀行为

摘要

热带海洋大气环境属高温、高湿、高盐雾、高光照辐射的苛刻腐蚀环境，对金属材料造成严重的腐蚀。而6061铝合金具有比强度高、质量轻、耐腐蚀性能好等优点，主要应用于海洋大气环境中，在我国船舶上层建筑和海洋装备工程中得到了广泛的应用。材料装备的制造离不开焊接这一加工方法，而焊接的加工必然带来组织的变化，进而导致材料耐蚀性的变化。因此，通过实验室模拟热带海洋大气环境，重点研究铝合金焊接后腐蚀行为变化，对于指导铝合金的实际应用具有一定的意义。 本研究采用不同工艺参数的熔化极惰性气体保护焊（简称MIG焊）和搅拌摩擦焊（简称FSW焊）对6061铝合金进行焊接，选取力学性能和耐局部腐蚀性能较优的焊接接头开展周期浸润腐蚀试验，同时结合紫外光照射试验，利用SEM、XRD、EDS和电化学性能测试等手段，研究焊接前后材料在高温、高湿和高盐雾环境中腐蚀行为的变化及其发生机理，以及紫外光对材料腐蚀行为的影响。研究结果表明： MIG焊焊接工艺参数为焊接电流110A，焊接电压19V，焊接速度0.4m.min-1表现出较优的力学性能和较高的抗局部腐蚀性能；FSW焊在焊接工艺参数为旋转速度600r.min-1和1000r.min-1，焊接速度150cm.min-1，表现出的力学性能和抗局部腐蚀性能相似，因而选择这一种MIG焊工艺和两种FSW焊工艺接头作为后续模拟实验的试样进行研究。 在模拟热带海洋大气环境下，实验周期内，铝合金母材及两种搅拌摩擦焊接头均为较低的腐蚀速率，在中期腐蚀速率明显增加，后期腐蚀速率减缓，而MIG-2接头腐蚀初期表现为较高腐蚀速率，中期进入平缓期，后期腐蚀速率明显增加；母材及其焊接接头腐蚀形式均表现为点蚀，腐蚀严重程度：MIG-2工艺接头＞FSW-2工艺接头＞FSW-1工艺接头＞母材；母材及其焊接接头腐蚀产物相似，均为Al(OH)3，并伴有少量的Al2(SO4)3、AlCl3和Al2O3，Al2O3和Al(OH)3结构致密对基体有一定保护作用，Al2(SO4)3和AlCl3结构疏松，加速腐蚀的发生；实验室模拟热带海洋大气环境腐蚀失重符合大气腐蚀规律公式W=Atn，拟合得到的动力学方程一定程度可预测腐蚀寿命。 紫外光照和黑暗对比试验结果表明，6061铝合金及其接头在黑暗条件下腐蚀失重均低于光照条件,在实验30天时间内，母材紫外照射失重达到黑暗条件下300%，MIG-2接头达到181%,FSW-1接头达到155%，FSW-2接头达到158%；在紫外和黑暗条件下腐蚀产物的成分类似,主要为Al2O3，并还有少量的AlCl3，Al(OH)3和AlO(OH)；紫外照射能促进6061铝合金及其接头腐蚀的发生。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2 铝合金及其焊接接头的腐蚀研究

1.2.1 铝合金点蚀

1.2.2铝合金晶间腐蚀

1.2.3铝合金剥蚀

1.2.4铝合金焊接接头耐蚀性能

1.3 大气腐蚀试验的研究方法

1.3.1 室外现场暴露实验

1.3.2 室内加速模拟实验

1.3.3 分析测试手段

1.4 本课题研究目的与意义

1.5 本课题主要内容

第2章 实验设备材料及研究方法

2.1实验材料

2.2 焊接工艺及参数设定

2.2.1 MIG焊工艺参数

2.2.2 FSW焊工艺参数

2.3 分析测试方法

2.3.1 金相组织分析

2.3.2 力学性能测试

2.3.3 电化学测试

2.3.4 晶间腐蚀测试

2.3.5 腐蚀失重测试

2.3.6 腐蚀形貌表征

第3章 6061-T6铝合金MIG焊接头组织力学与局部腐蚀性能研究

3.1 引言

3.2焊接接头金相显微组织分析

3.3 焊接接头接头力学性能及端口形貌分析

3.3.1 焊接接头拉伸性能分析

3.3.2 焊接接头接头端口形貌分析

3.4 焊接接头显微硬度分析

3.5 焊接接头局部腐蚀性能研究

3.5.1 焊接接头晶间腐蚀敏感性分析

3.5.2 焊接接头点蚀敏感性分析

3.6 本章小结

第4章 6061-T6铝合金FSW焊接头组织力学与局部腐蚀性能研究

4.1 引言

4.2 焊接接头金相显微组织分析

4.3 焊接接头力学性能及断口形貌分析

4.3.1 焊接接头拉伸性能分析

4.3.2 焊接接头端口形貌分析

4.4 焊接接头显微硬度分析

4.5 焊接接头局部腐蚀性能研究

4.5.1焊接接头晶间腐蚀敏感性分析

4.5.2 焊接接头点蚀敏感性分析

4.6 本章小结

第5章 模拟热带海洋大气环境的腐蚀试验研究

5.1 引言

5.2 加速模拟实验设计

5.2.1 环境谱参数选择

5.2.2 当量折算的原理及系数

5.2.3 加速模拟环境条件和时间的确定

5.2.4 周期浸润实验

5.3 腐蚀失重结果

5.4 腐蚀形貌分析

5.5.1 原始腐蚀表面形貌

5.5.2 去除腐蚀产物表面形貌

5.5 腐蚀产物分析

5.6 带腐蚀产物试样电化学测试

5.6.1 极化曲线测试

5.6.2 交流阻抗测试

5.7 腐蚀动力学方程

5.8 本章小结

第6章 紫外辐射对6061-T6铝合金及其焊接接头腐蚀影响

6.1 引言

6.2 紫外辐射试验设计

6.2.1 试样制备

6.2.2 大气腐蚀暴露实验

6.3 腐蚀失重结果

6.4 腐蚀形貌分析

6.4.1 原始腐蚀表面形貌

6.4.2 去除腐蚀产物表面形貌

6.5 腐蚀产物分析

6.6 带腐蚀产物试样电化学测试

6.6.1 极化曲线测试

6.6.2 交流阻抗测试

6.7 机理分析

6.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文

致谢