B4C/6061 Al复合材料腐蚀行为研究

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B4C/Al复合材料因具备比强度高,密度小,热中子吸收能力好等优点,被广泛应用于航空航天领域。但复合材料在使用过程中避免不了与外界环境相接触,腐蚀问题成为限制复合材料应用的主要原因。目前国内外研究,集中在复合材料力学性能研究,复合材料的腐蚀行为和机理亟需进一步开展。三种体积分数5%,10%和15%的B4C/6061 Al复合材料通过热压烧结的方法制备。对复合材料进行不同时效状态处理,分析了时效状态和增强体含量对复合材料腐蚀行为的影响规律。复合材料腐蚀分别在盐雾箱和电化学工作站中展开,并结合SEM和TEM分析了复合材料腐蚀前后的组织形貌,统计了腐蚀坑宽度;利用激光共聚焦表征了复合材料腐蚀后形貌和高度变化。最后,根据失重分析和电化学参数评价复合材料耐蚀性大小关系。研究结果表明,随着B4C含量的增加,复合材料组织比较致密且增强体分布较为均匀。随着B4C体积分数的增加,复合材料的抗拉强度,屈服强度和弹性模量提高。复合材料的断裂机制均为基体的韧性断裂和增强体的解理断裂。在盐雾环境下,复合材料的质量损失随着腐蚀时间的延长和B4C含量的增加而增加。电化学测试的结果表明,随着B4C含量的增加,复合材料的腐蚀电流密度增加,腐蚀电位下降。盐雾腐蚀和电化学测试结果均表明,三种体积分数的复合材料腐蚀敏感性大小关系为15vo.l%>10vol.%>5vol.%。同样,以15vol.%B4C/6061 Al复合材料为例,研究了时效状态对其性能的影响。峰时效态的复合材料硬度最高,欠时效态的复合材料硬度最低,这与复合材料基体析出相密切相关。TEM表征结果可知,峰时效态的复合材料析出相为β″相,过时效态的复合材料析出相为β′相。盐雾环境下腐蚀,复合材料的质量损失和腐蚀坑宽度变化表明,复合材料腐蚀速率大小关系为过时效>峰时效>欠时效。电化学测试得到的规律与盐雾环境下腐蚀得到的规律一致。相比增强体含量的影响,时效状态对复合材料腐蚀行为的影响较小。B4C/6061 Al复合材料腐蚀机理为:一方面,B4C加入阻碍了在复合材料表面形成连续的氧化膜,界面位置成为腐蚀敏感区,Cl-会优先腐蚀Al基体形成腐蚀坑;另一方面,B4C/6061 Al复合材料主要析出相首先发生阳极溶解,之后与Al电偶耦合,Al被腐蚀。随着B4C含量和时效时间的延长,复合材料内部界面和析出相数量增加,腐蚀的活性位点增加,腐蚀程度增加。由于析出相的尺寸较小,时效状态改变对复合材料腐蚀行为的影响要小于B4C含量改变的影响。
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