模拟动态海水中高镁铝合金(5383)腐蚀行为及其机理研究

摘要

我国海洋资源丰富，海上运输行业优越，随着经济的发展，海上贸易来往也更加频繁，因此船舶作为海上运输的主力发挥巨大作用，而高镁铝合金(5383)因其具有优良的物理以及机械性能从而代替钢作为运输行业的主要材料。然而高镁铝合金(5383)在海洋领域得到广泛运用的同时仍然存在很多缺陷，苛刻海洋环境中存在着大量的活性阴离子以及金属阳离子会对铝合金造成严重的腐蚀，因此如何有效的检测高镁铝合金在海洋环境中的腐蚀特征以及腐蚀速率，对材料的使用寿命以及服役状态作出有效评估，将对进一步开发和利用海洋资源具有重要的研究意义。本论文主要采用了电化学极化曲线、电化学噪声(EN)、电化学阻抗谱(EIS)等电化学方法对高镁铝合金(5383)在模拟动态海水中的腐蚀行为进行研究，采用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等技术对5383铝合金的腐蚀形貌进行观察，得出以下主要结论:
　　(1)基于高镁铝合金(5383)在模拟动态海水中的电化学极化曲线研究，发现5383铝合金在模拟动态海水中的腐蚀主要是阴极过程为腐蚀过程的控制步骤，是氧扩散控制的，其耐蚀性能整体上随着海水流速的增大表现出增强的趋势，但不同阶段相对不同。
　　(2)基于高镁铝合金(5383)在模拟动态海水中的电化学阻抗研究，发现5383铝合金在不同流速下的模拟动态海水中的腐蚀可以分为四个阶段:a）腐蚀初期，EIS谱高频与低频出现了两个明显的容抗弧，高频区域容抗弧远远大于低频区域，阻抗模值逐渐减小，说明海水中的侵蚀性离子开始攻击电极表面的氧化膜，处于点蚀诱导期;b）腐蚀中期，高频容抗弧明显收缩，低频容抗弧先增大后减小，阻抗模值出现先增大后减小的变化，说明点蚀发生，并且伴有腐蚀产物的生成;c）腐蚀过渡期，一般只能看到一个容抗弧，且弧的半径处于波动状态，阻抗模值处于波动状态，说明随着腐蚀时间的进行腐蚀产物膜对高镁铝合金基体起到保护作用，腐蚀处于亚稳定状态;d）腐蚀后期，有且只能看到一个容抗弧，弧的半径呈增大趋势但是变化幅度不大，基本保持不变，阻抗模值基本不变，腐蚀处于达到稳定状态。
　　(3)基于高镁铝合金(5383)在模拟动态海水中的电化学噪声研究，利用小波分析对5383铝合金在模拟动态海水中不同流速下的电化学噪声信号进行分析获得的EDP谱图，EDP谱图可以清晰的表明D1到D8晶胞所占的能量比例，反映了点蚀的萌生以及发展、腐蚀产物在电极表面的的聚集以及脱落现象，而不同流速下5383铝合金电极表面能量分布规律大致相似的。a）腐蚀初期，5383铝合金电极表面能量主要集中在高阶晶胞D5-D8上，表明海水中侵蚀性离子逐渐开始向电极表面扩散，从而达到电极表面氧化膜的活性点，点蚀开始萌生;b）腐蚀中期，能量主要集中在低阶晶胞D1-D4上，属于点蚀的发展阶段;c）腐蚀过渡期，能量主要集中在高阶晶胞上，同时能量分布也比较高，说明点蚀逐渐过渡为均匀腐蚀;d）腐蚀后期。电极表面能量主要集中在高阶晶胞D5-D8上，此时是产生的大量的金属氧化物以及氢化物在阳极区域的堆积阶段，从而形成比较致密的腐蚀产物膜对基体起到保护作用，此时腐蚀由亚稳定状态过渡为稳定状态。
　　(4)高镁铝合金(5383)腐蚀形貌EDS分析表明:电极表面的白色块状物质主要是Al-Mn-Fe-Si金属间化合物，对清洗后的腐蚀坑内元素分析可知腐蚀坑是高镁铝合金基体。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 高镁铝合金的特点、种类及应用

1．2．1 高镁铝合金的特点及分类

1．2．2 高镁铝合金的应用

1．3 高镁铝合金海水中的腐蚀类型及研究进展

1．3．1 均匀腐蚀及研究进展

1．3．2 点蚀腐蚀及研究进展

1．3．3 电偶腐蚀及研究进展

1．3．4 冲刷腐蚀及研究进展

1．4 高镁铝合金在海水中的影响因素

1．5 电化学腐蚀检测技术的应用

1．5．1 电化学极化技术

1．5．2 电化学阻抗谱技术

1．5．3 电化学噪声技术

1．6 课题的提出以及研究路线

1．6．1 研究路线

第二章 试验方法

2．1 实验试剂与设备

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验材料

2．1．3 模拟海水组成及其含量

2．1．4 实验仪器设备

2．2 实验设备的组装与研究方法

2．2．1 电极的制备

2．2．2 电化学极化测试

2．2．3 电化学阻抗(EIS)测试

2．2．4 电化学噪声(EN)测试

2．2．5 腐蚀形貌观察

2．2．6 实验设备的组装

第三章 5383铝合金在模拟流动海水中的电化学极化研究

3．1 高镁铝合金(5383)在低流速下的模拟流动海水中的极化曲线

3．2 高镁铝台金(5383)在中等流速下的模拟流动海水中的极化曲线

3．3 高镁铝台金(5383)在高流速下的模拟流动海水中的极化曲线

3．4 本章小结

第四章 5383铝合金在模拟流动海水中的电化学阻抗研究

4．1 高镁铝合金(5383)在低流速下的模拟流动海水中的电化学阻抗谱

4．1．1 高镁铝合金(5383)在低流速下模拟流动海水中等效电路图分析

4．1．2 拟合等效电路各主要参数变化规律讨论

4．2 高镁铝合金(5383)在中等流速下的模拟流动海水中的电化学阻抗谱

4．2．1 高镁铝合金(5383)在中等流速下的模拟流动海水中的等效电路图分析

4．3 高镁铝合金(5383)在高流速下的模拟流动海水中的电化学阻抗谱

4．3．1 高镁铝合金(5383)在高流速下的模拟流动海水中的等效电路图分析

第五章 5383铝合金在模拟流动海水中的电化学噪声研究

5．1 高镁铝合金(5383)在低流速下的模拟流动海水中的电位噪声曲线

5．1．1 能量密度(EDP)的计算

5．2 高镁铝合金在中等流速下的模拟流动海水中的电位噪声曲线

5．2．1 能量密度(EDP)的计算

5．3 高镁铝合金(5383)在高流速下的模拟流动海水中的电位噪声曲线

5．3．1 能量密度(EDP)的计算

5．4 本章小结

第六章 5383铝合金在模拟动态海水中进行SEM分析

6．1 高镁铝合金(5383)在模拟流动海水中的腐蚀形貌分析

6．2 高镁铝合金(5383)腐蚀形貌EDS分析

6．3 本章小结

第七章 总结

参考文献

致谢

作者简介