镍铝青铜合金在模拟海水中的空泡腐蚀行为研究
随着国家对海洋资源开发与利用的日益重视，海洋船舶制造业得到了快速发展。船舶在海洋环境中服役，遭受到各种腐蚀条件的作用与破坏。其中，空泡腐蚀由于是电化学腐蚀与力学冲击的综合作用结果，成为海洋环境中破坏力最强的腐蚀类型。镍铝青铜合金具有良好的力学性能、耐蚀性能和防海生物污损性能，在船舶螺旋桨、海水泵等遭受空泡腐蚀的部位得到应用。但是，随着海洋船舶航行速度、工况环境、使用要求的不断提高，对发展新型耐空泡腐蚀材料的需求十分迫切。近年来，发展了一些新型镍铝青铜合金，展现出潜在的应用前景。但是，这些合金在海水环境中的空泡腐蚀行为尚缺乏较为系统的试验与研究，在批量投入海洋装备与海洋工程应用之前，非常有必要针对镍铝青铜合金在海水环境中的空泡腐蚀行为规律开展相关研究工作，为材料的应用和腐蚀控制提供技术支撑。 本论文选取具有较好应用前景的QAl10-4-4（合金中各元素占比Cu79.84%，Al10.51%，Fe3.5%，Ni6.14%）和QAl9-4-4-2（Cu79.94%，Al8.76%，Fe3.40%，Ni5.53%，Mn2.38%）两种典型镍铝青铜合金材料，综合运用电化学测试与微观表征技术手段，较为系统地研究了两种合金在模拟海水中的静态腐蚀和空泡腐蚀行为，并基于两种合金空泡腐蚀行为与耐蚀性能的对比分析，探究了镍铝合金材料耐空泡腐蚀的机理。主要研究内容和研究结果如下： 1.针对在实验室开展镍铝青铜合金模拟空泡腐蚀试验的需要，参照ASTMG32-10标准定制了专用的超声波空泡发生装置，并集成循环水冷却装置实现了温度控制，建立了空泡腐蚀在线测试平台，解决了模拟空泡腐蚀环境和在线测试的技术难题。 2.利用EIS、极化曲线、电化学噪声等研究了QAl10-4-4镍铝青铜在静态海水中的腐蚀行为，结果表明，QAl10-4-4镍铝青铜在静态海水中会随着浸泡时间的增加而形成一层具有保护性的腐蚀产物膜，从而使金属具有良好的耐腐蚀性能，合金在海水中浸泡240h后电荷转移电阻达到最大值38930Ω·cm2，腐蚀电流密度达到最小值9.3246×10-7A·cm-2。在此基础上，利用EIS、极化曲线、SEM、超景深显微镜、XRD等研究了QAl10-4-4镍铝青铜在模拟海水中的空泡腐蚀行为，结果表明，相比于静态海水腐蚀，空泡腐蚀对合金表面的破坏程度更为严重，空蚀最严重时其电荷转移电阻达到最小值95.21Ω·cm2，腐蚀电流密度达到最大值1.8912×10-4A·cm-2，腐蚀最大深度为75μm。 3.利用EIS、极化曲线、电化学噪声等研究了QAl9-4-4-2镍铝青铜在静态海水中的腐蚀行为，结果表明，QAl9-4-4-2镍铝青铜在静态海水中会随着浸泡时间的增加而形成一层具有保护性的腐蚀产物膜，从而使金属具有良好的耐腐蚀性能，合金在海水中浸泡240h后电荷转移电阻达到最大值91710Ω·cm2，腐蚀电流密度达到最小值4.3107×10-7A·cm-2。在此基础上，利用EIS、极化曲线、SEM、超景深显微镜、XRD等研究了QAl9-4-4-2镍铝青铜在模拟海水中的空泡腐蚀行为，结果表明，相比于静态海水腐蚀，空泡腐蚀对合金表面的破坏程度更为严重，空蚀最严重时其电荷转移电阻达到最小值119.7Ω·cm2，腐蚀电流密度达到最大值1.3199×10-4A·cm-2，腐蚀最大深度为50μm。 4.基于以上试验与研究结果，对两种镍铝青铜材料耐空泡腐蚀性能进行了对比分析，并探究了合金耐空泡腐蚀的机理。腐蚀失重、极化曲线、EIS和腐蚀形貌测试的结果表明，QAl9-4-4-2的耐空泡腐蚀性能好于QAl10-4-4。EDS的测试结果表明，QAl9-4-4-2特有的Mn元素，对合金的耐空泡腐蚀性能产生了显著的影响。另外，XRD的测试结果表明，QAl10-4-4中的α相、β’相和κ相受空泡腐蚀破坏更严重。综合以上测试与分析结果，QAl9-4-4-2合金耐空泡腐蚀的机理如下：QAl9-4-4-2镍铝青铜中的κ相尺寸更细化，硬度更高的κ相不仅能够在空泡腐蚀环境条件下更稳定的存在，而且还能有效减缓空泡腐蚀过程中其它相的腐蚀损坏，相较于QAl10-4-4镍铝青铜而言，Mn元素的存在使得QAl9-4-4-2镍铝青铜的κ相细化，所以QAl9-4-4-2镍铝青铜具有更好的耐腐蚀性能。
镍铝青铜;静态腐蚀;空泡腐蚀;海水环境;腐蚀性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
刘斌
2022
中文
TG172.9
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）