铝含量对镍铝青铜组织和耐蚀性的影响研究

摘要

镍铝青铜具有良好的耐蚀性及较好的力学性能，在航空航天、海洋工程、热交换器、医疗器械等很多领域都有广泛应用。 一般的商用镍铝青铜合金含有9～12 wt.%铝，但当镍铝青铜铝含量在此区间时，其组织及其他性质还是有明显差异。以往的大多数研究中主要关注热处理、pH、镍含量、表面处理、添加稀土元素对镍铝青铜耐蚀性的影响，关于铝含量对镍铝青铜的组织及耐蚀性影响的报道很少。 本文研究不同铝含量的镍铝青铜，通过电化学测试及物理性质分析了铝含量对镍铝青铜组织与耐蚀性的影响。采用中频炉制备含有5、7、9、11、13wt.%铝元素的NAB合金。观察NAB合金的金相显微组织，采用扫描电镜观察NAB合金的微观形貌，采用能谱仪分析不同组织化学成分，采用XRD分析物相结构。5～9 wt.%铝含量的镍铝青铜具有相似的显微组织，以α相为主，11～13 wt.%铝含量的镍铝青铜合金是以β相为基体，XRD的数据分析发现在11～13 wt.%Al的NAB合金中存在少量三元化合物的τ相，符合Al7Cu23Ni和Al7Cu4Ni的特征衍射峰。 采用C350电化学工作站测量来研究不同铝含量的NAB合金在3.5wt.%中性盐溶液中的耐蚀性。样品抛光后浸泡在中性盐水中，待开路电位稳定后分别测量浸泡时间为20分钟的开路电位、动电位扫描和浸泡时间为30天的动电位扫描，同时测量未经极化的样品浸泡时间为6～30天（每隔6天）的电化学交流阻抗谱。用塔菲尔传统法拟合动电位扫描曲线获得到塔菲尔常数和腐蚀速率，比较合金的耐蚀性。用Zsimpwin匹配对应等效电路分析拟合电化学阻抗数据，根据所得的电阻数值大小来判断表面的腐蚀过程和耐蚀性。研究表明浸泡初期各样品腐蚀产物没有形成，腐蚀特征没有明显表现，各样品显示出相似的腐蚀速率及腐蚀特征。随着浸泡时间的增长，腐蚀产物的生成状况及稳定性表现出明显差异，腐蚀速率数值差别较大。 本文还采用扫描电镜和能谱仪对腐蚀后样品的形貌进行观察和腐蚀产物成分分析，分析结果讨论NAB合金的腐蚀机理。样品的耐蚀性随着浸泡时间延长而增加，是由于合金表面产生的Cu2O和Al2O3对金属基体的保护作用，合金的主要腐蚀产物为非保护性碱式氯化铜Cu2(OH)3Cl，显示出双菱形颗粒。 分析合金组织变化和电化学测试结果获得NAB合金的腐蚀机理如下：在3.5%NaCl溶液中，α相耐蚀性最好，α+κ共析部分最先开始被侵蚀，β相耐蚀性小于α相，铝含量的增加会增加共析，产生γ2相，γ2相不耐蚀。所以，9 wt.%铝含量的镍铝青铜表面存在致密的Cu2O和Al2O3保护层且以α相为基体，不存在γ2相，表现出最好的耐蚀性。

目录

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