钨铝合金在NaCI溶液中的电化学腐蚀行为研究

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铝及铝合金具有密度低、比强度高、耐蚀性较好、易加工成型等很多优点,在交通、工业、农业、医学等各个领域都有非常广泛的应用。本文所研究的材料为一种新型结构材料—钨铝合金,它是非常有发展前景的特种耐高温、高硬度、高耐磨、高强度轻质合金材料,有望成为新一代合金装甲材料和航空航天发动机结构材料。作为这样一种具有优良特性的新型结构材料,未来有希望广泛地应用于海洋开发中。而若想要使该种材料在复杂的海洋环境中服役,首先需要了解其在海水中的腐蚀行为,以避免或者降低因腐蚀带来的危害。在此之前未见有关该种合金在海水或者模拟海水中腐蚀方面的报道。因此,我们在实验室条件下,采用失重法以及电化学极化测试、电化学阻抗图谱、电化学噪声图谱等电化学手段研究了钨铝合金浸泡在不同NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并以2024铝合金及工业纯铝作为对比,以期对该种钨铝合金日后在海洋开发应用中提供一定的参考。论文共分为四大部分。论文第一部分通过传统的失重法测试了钨铝合金在3.5%NaCl溶液(pH=7,t=25°C±3°C)中的腐蚀速率,得到其腐蚀速率大小为0.077mm/a,分析得知其耐腐蚀性良好。文章第二部分采用电化学手段通过单因素控制变量法,并引进了2024铝合金、工业纯铝作为对比,使用动态极化曲线测量方法和电化学阻抗图谱测量方法研究了在不同温度(0°C、25°C、40°C、60°C)、不同盐度(2%wt.、3.5%wt.、5%wt.、6%wt.)、pH值(pH=3、5、7、9、11)的NaCl溶液中的浸泡初期的腐蚀行为。得到如下结论:在不同盐度下,腐蚀过程是相似的,表现为金属阳极的活性溶解,自腐蚀电位随盐度增加正移,自腐蚀电流密度随盐度增加而增大。电化学阻抗图谱中,只存在一个电容抗,极化电阻随盐度增加减小。在不同温度下,腐蚀过程为铝阳极的溶解,随着温度升高自腐蚀电流增大,腐蚀加快。在强酸溶液中,出现明显感抗弧,表明不稳定点蚀形成;在碱性溶液中出现钝化区;酸性越强,腐蚀速率越快;碱性越强,腐蚀速率越快;碱性溶液中的电化学行为表现为两个容抗弧。与2024铝合金、工业纯铝相比,钨铝合金的耐腐蚀性能一般,只有在碱性条件下优于另外两种材料。文章的第三部分是通过电化学阻抗图谱、电化学噪声谱的测量对钨铝合金浸泡不同时间的腐蚀过程的观测研究。浸泡初期,钨铝合金的主要腐蚀形态为点蚀,极化电阻随浸泡时间的延长而减小,电感弧也呈现缩小的趋势;噪声图谱中白噪声水平出现升降反复的特征,点蚀程度随着浸泡时间的延长出现由强变弱的趋势。在空气中铝合金易行成氧化膜,但这种氧化膜稀疏多孔,起到保护作用非常小。阳极氧化后可以得到优质的氧化膜,因此文章的最后探索了阳极氧化法制备钨铝合金氧化膜,优化了阳极氧化的工艺参数,确定了较优的条件为20mA/cm2、70min,并在此基础上初步研究了热水封闭对氧化膜耐腐蚀性能的影响,得知封闭一定时间可以很好地增加氧化膜的耐腐蚀性能。
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