5083铝合金在不同模拟海水介质中的腐蚀行为研究

摘要

铝合金因其质轻、力学性能优良以及具有较好的耐蚀性等特点，在船舶行业呈现良好的发展势头。各国的造船行业越来越多的使用铝合金作为船体结构材料。但是铝合金存在的一些腐蚀问题制约了其在船舶行业的发展。5083铝合金常用于船舶的上层建筑，这种材料在服役于不同海域时，腐蚀速率存在差异，在某些特定海域存在点腐蚀速率过快的情况，称为海水电解质效应。针对这一问题，研究5083铝合金在不同模拟海水情况下的点腐蚀行为，为铝船腐蚀防护以及开发新型船用铝合金提供理论依据。
　　采用析因分析试验及动电位极化曲线、电化学阻抗谱（EIS)等测试方法，研究了海水环境因素中的典型阴离子（Cl-、HCO3-、SO42-）交互作用对5083铝合金耐蚀性的影响。结果表明：三种阴离子中，C l-、HCO3-对铝合金点蚀起促进作用。Cl-与HCO3-交互作用时，在Cl-浓度一定的情况下，随着HCO3-浓度的增加，5083铝合金耐蚀性呈现出上升→下降→再上升的趋势，在70～90 mg·L-1时耐蚀性能明显降低，在HCO3-浓度一定的情况下，Cl-浓度较低时5083铝合金耐蚀性比Cl-浓度较高时差；在C l-、HCO3-浓度较低情况下，SO42-具有抑制腐蚀的作用，当Cl-、HCO3-浓度较高时，SO42-抑制腐蚀的作用不明显。
　　利用扫描电子显微镜（SEM）以及X射线光电子能谱（XPS），研究了5083铝合金在不同浓度Cl-以及HCO3-侵蚀下合金表面形貌及表面成分。结果表明：β相直径为亚微米级，主要沿晶界处分布，化学性质活泼，在腐蚀介质中会快速发生溶解，形成直径约1μm的小蚀孔，孔径远小于实际5083铝合金板所形成的肉眼可见的蚀坑；Mg2Si相较为稳定，在SEM观察中没有发生明显变化；Al-Mn-Fe相在5083铝合金中分布较为广泛，尺寸在5-30μm之间，经电解液浸泡后Al-Mn-Fe相周围基体发生溶解。当 HCO3-浓度较低时，基体腐蚀情况比 HCO3-浓度较高时严重。长期浸泡后Al-Mn-Fe相会从基体脱落，脱落后形成的蚀坑尺寸与实际5083铝合金板所形成的肉眼可见的蚀坑尺寸接近；未腐蚀的5083铝合金表面为 Al2O3覆盖，经电解液侵蚀以后合金表面生成 AlOOH。当 HCO3-浓度较低时，合金表面钝化膜发生活性溶解，导致基体裸露，腐蚀敏感性增强，当HCO3-浓度较高时，Al2O3钝化膜增多增厚，腐蚀速率降低。
　　利用扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）研究了5083铝合金在不同浓度HCO3-下表面合金相的微区腐蚀电位。结果表明：5083铝合金表面合金相与基体存在一定电位差，电解液侵蚀以后基体及相间发生脱合金溶解，相间电位差下降。在腐蚀介质中β相电位相对较低，充当阳极，优先溶解。β相中Mg溶解后并未嵌入氧化膜中而是穿过氧化膜直接进入电解液，与电解液中的HC O3-发生反应，生成MgCO3；当HCO3-浓度较高时，Al-Mn-Fe相电位略高于基体电位，而HCO3-浓度较低时，Al-Mn-Fe相电位较基体电位高很多，尤其是HCO3-浓度在90 mg·L-1时 Al-Mn-Fe相与基体电位差最大；青岛海域 HCO3-浓度较高，Al-Mn-Fe相与Al基体电位差较小，5083铝合金点蚀速率较慢，厦门海域 HCO3-浓度较低， Al-Mn-Fe相与Al基体电位差较大，5083铝合金点蚀速率较快。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 海水环境因素

1.3 铝合金的特点及应用

1.4 铝合金腐蚀问题研究方法

1.5 本文的研究内容

第2章 实验及表征

2.1 实验仪器与试剂

2.2 实验方法与表征

第3章 海水环境中典型阴离子对508 3铝合金腐蚀性能影响研究

3.1 动电位极化测试结果及分析

3.2 电化学阻抗谱测试结果及分析

3.3 本章小结

第4章 不同电解液条件下5083铝合金表面形貌及成分分析

4.1 不同浓度Cl-与HCO3-条件下5083铝合金表面腐蚀形貌分析

4.2不同浓度HCO3-条件下5083铝合金表面腐蚀成分分析

4.3 本章小结

第5章 5083铝合金表面微区腐蚀电位分析及腐蚀过程研究

5.1 5083铝合金表面微区腐蚀电位分析

5.2 5083铝合金表面微区腐蚀过程研究

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2 创新点

6.3 不足和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况