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原文传递船用高强高镁铝合金在模拟海水中恒应变条件下应力腐蚀行为研究

论文题名：	船用高强高镁铝合金在模拟海水中恒应变条件下应力腐蚀行为研究
关键词：	海洋船舶;高强高镁铝合金;恒应变条件;海水环境;腐蚀行为
摘要：	随着造船业的飞速发展，为了进一步提高船舶航速和可操作性，船舶的减重需求十分迫切。铝合金作为轻质结构材料，被广泛应用于海洋快艇，但是其局限性也逐渐显露出来，强度方面无法满足新时期海洋船舶对高强度铝合金的技术需要。近年来，国外开发出了高强高镁铝合金（AMg61）以满足这种材料需求。由于该材料通过添加较高含量的镁元素以析出第二相的技术途径实现了合金的强化，导致其在海洋环境下具有较强的腐蚀倾向，尤其是应力腐蚀倾向。为此，深入开展高强高镁铝合金在海洋环境中的应力腐蚀行为规律研究，为其腐蚀防护提供技术基础支撑，具有较为重要的研究价值和现实意义。　　本文针对铝合金在海洋领域的应用与发展需求，综合利用电化学测试与微观表征技术手段，研究了新型船用高强高镁铝合金（AMg61）在模拟海水环境中恒应变条件下的应力腐蚀行为，主要研究内容和研究结果如下：　　1、利用失重分析、结构表征和电化学测试，研究了无载荷AMg61合金在模拟海水中的腐蚀行为。结果表明，其腐蚀速率先增大后趋于稳定，然后有所下降，其腐蚀动力学拟合方程为C=0.00429t0.89389。腐蚀自AMg61第二相粒子周围发生，以晶间腐蚀为主，形成并发展成为绕晶粒的环状裂纹，随后发展为点蚀，蚀孔处Fe、Mn元素含量可达5%；浸泡后期蚀孔直径可达164.61μm，深度可达91.06μm。同时，金属基体不断发生均匀腐蚀，最终与点蚀产物一起形成剥层腐蚀。其在模拟海水中表现为钝性材料，Eb处于-0.73~-0.70V之间，ipass最大为1.25×10-4A；在浸泡初期，阻抗模值先增加后减小并最终趋于稳定，最大模值可达5142Ω。　　2、利用腐蚀形貌和化学成分表征、电化学测试等，研究了AMg61合金在模拟海水中，施加挠度分别为3mm、6mm、9mm恒应变条件下的应力腐蚀行为。结果表明，(Fe,Mn)Al6相发展为有层状结构的环形圆胞状蚀孔，中心产物存在裂纹，蚀孔处Fe、Mn元素含量可达12%及5%；富Si相发展为带有穿晶裂纹的相，O元素含量明显低于其他区域；基体中富Mg相处生成大量圆胞状及凹状氧化产物膜。AMg61表面氧化膜存在生成、覆盖、破裂、剥离、再生成的变化过程，最终达到动态平衡；其表面存在双层甚至多层膜，并存在呈张开状或龟裂状的裂纹。均匀腐蚀与局部腐蚀交替发生，并逐渐转变为均匀腐蚀。腐蚀速率先降低后升高，然后在一定的范围内上下波动，其Eb值处于-0.784~-0.728V之间，ipass处于1.97×10-5~1.21×10-4A之间；随着膜层的生成和破坏，相关电化学参数及腐蚀速率也随之发生变化。阻抗模值Z处于109~19492Ωcm2之间，其最大值与最小值均发生于挠度为3mm试样，随着外加应力的增加，模值变化趋于稳定；噪声电阻Rn最高可达35859Ω，其中9mm试样变化区间最小，极化电阻Rp最稳定；白噪声W最低值发生于9mm试样，最高值发生于3mm试样，即外加应力越小，试样腐蚀速率越快。　　3、基于以上试验结果，对有无载荷条件下铝合金的腐蚀行为规律进行了对比分析。结果表明，与无载合金相比，受载合金表面腐蚀产物形貌与元素含量区别大，腐蚀迅速且剧烈，产物膜层加厚并出现裂纹；电解液通过不断扩展的裂缝进入到膜层内部，与基体接触并生成新的产物膜，原产物膜开始但未完全脱落，表面存在多层膜，对基体保护性高。受载合金钝化膜存在时间短，后续产物膜变换速度快，腐蚀速率上下波动；无载的产物膜脱落速度慢。蚀孔形貌相似，均为层状环形圆胞状，但受载合金中心产物存在裂纹。在模拟海洋环境中均表现出钝性，受载合金电化学反应更复杂。外加应力的增大对AMg61生成的各类膜层的破坏性增大；但无论是否受载，AMg61表面原先存在的钝化膜以及新生成的氧化产物膜，均对基体有着一定的保护作用。
作者：	吕晓丹
专业：	材料科学与工程
导师：	刘斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京化工大学
学位年度：	2022