研究鎳鋁青銅合金的海水腐蝕行為

1、鎳鋁青銅合金在海水中的腐蝕行為

文獻(xiàn)“報(bào)道了鑄造鎳鋁古銅合金的腐蝕，而在商含朵質(zhì)的海水中高強(qiáng)度黃銅脫成分腐蝕的傾向比鎳鉛青銅要大得多”。鎳切青銅有良好的力學(xué)性能，添加不同的合命元索使共在含砂海水中不銹鋼有相當(dāng)?shù)哪臀g性能"。鎳鋁吉制在海水中表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐空泡腐蝕性能，網(wǎng)時(shí)也具有優(yōu)良的耐腐蝕疲勞性能回。因此，鎳鋁吉銅在船用螺旋槳中有若廣泛的應(yīng)用間。

1.1、靜態(tài)海水腐蝕

鎳鋁青銅在海水中耐蝕性優(yōu)異，Tuthill ”"指出，在含Cl的溶液中，Cu具有較為復(fù)朵的腐蝕過(guò)程，主要是山于銅表面形成復(fù)雜的保護(hù)膜，并認(rèn)為鎳鋁青銅最主要的電化學(xué)過(guò)程是銅的陽(yáng)極溶解，陰極主要為氧氣的還原，化學(xué)反應(yīng)式為: Cu+2C1~-e →CuCI: ; 02+2H0+2c →40H: 2CuCI~+20H→0u0+ H0+4CI, 在這個(gè)過(guò)程中形成了Cu:0保護(hù)膜。另外Al增加了Cu在海水中的耐腐蝕性能，化學(xué)反應(yīng)式為: A1+4C1 →AlCl +3e; A1C1+310-→Al (OHD)+3H +4C1，在這個(gè)過(guò)程中形成了A1(OH)。。Schissler等C1”認(rèn)為材料表面形成了厚度約為900-1000 nm咖的包含Al和Cu的保護(hù)膜(主要是Cu0和A120)，該保護(hù)膜使得鎳鋁青鋼具有較好的耐腐蝕性，但保護(hù)膜長(zhǎng)期暴露于海水中會(huì)形成Cu:(OH)LCl 和Cu(OHDCl之類的腐蝕產(chǎn)物，保護(hù)膜中的產(chǎn)物Cu:(OH):C1 可能會(huì);發(fā)生偏聚，形成島狀沉積啊。Yang 等“采用原位掃描振動(dòng)電極技術(shù)，研究了腐蝕產(chǎn)物膜在浸泡過(guò)程中局部電化學(xué)性質(zhì)的變化，K相在短時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定致密的保護(hù)膜，有效地防止了腐蝕的發(fā)生。而Ei-Meligi認(rèn)為鎳鋁青銅優(yōu)異的性能可能源于Ni0和Fe0s對(duì)合金非常明顯的保護(hù)作用。

1.2、空泡腐蝕

鎳鋁青鋼優(yōu)異的力學(xué)性能使共作為船用螺旋槳材料得到廣泛應(yīng)用， 常見(jiàn)的空泡腐蝕是高速運(yùn)行的螺旋槳加快周田水流速度所產(chǎn)生的破壞，與螺旋槳接觸的水體各部分壓力不均勻引起氣泡迅速產(chǎn)生并破火，且該過(guò)程持續(xù)產(chǎn)生的沖擊力會(huì)破壞金屬表而層，導(dǎo)致材 料的變形與質(zhì)量損失，空泡腐蝕的發(fā)生過(guò)程如圖1"所示。Wood 等網(wǎng)設(shè)計(jì)了.種全塑性空化隧道，用于研究鎳鋁節(jié)銅表面的空泡腐蝕，金屬表面起初因’i泡破裂發(fā)生腐蝕破壞，當(dāng)存在輕度腐蝕時(shí)，空泡沖山與腐蝕破壞的協(xié)同效應(yīng)最為顯著，嚴(yán)重的二次空泡腐蝕會(huì)對(duì)螺旋槳的工作效率產(chǎn)生較大影響。Song繁“研究了鉤態(tài)鎳鋁古銅合企和經(jīng)摩擦攪拌處照的鎳鋁古銅(FSP-NAB)在蒸館水和3. 5%\acCl溶液中的空泡腐蝕過(guò)程，F(xiàn)SP-NAB 由于微觀結(jié)構(gòu)史加細(xì)化和均勻，其在蒸餾水和3. 5%NaCl溶液中的累計(jì)質(zhì)量損失為鑄態(tài)NAB的2/3和1/2，鑄態(tài)MB的質(zhì)量損火上要是山J大K顆粒的脫落、大而深的空洞和K裂紋。Al-Hashem等”利用杠聲空化裝置礬究了鎳鋁古銅的微結(jié)構(gòu)對(duì)其在海水中空泡腐蝕行為的影響，長(zhǎng)時(shí)間空泡使合金表而非常粗糙，產(chǎn)生大的空穴或凹坑，切性撕裂和a相性狀晶粒邊界的腐蝕，在與K沉淀相鄰的a相中觀察到5 10μm長(zhǎng)的微裂紋，這些裂紋是從空脫的底部開(kāi)始的，使合金受到的破壞更加嚴(yán)重。ZChang等“認(rèn)為遭受初期空泡腐蝕損傷后的a相中存在大量的位錯(cuò)和變形李品，這些位錯(cuò)和變形李品可以阻止疲勞裂紋的形核和擴(kuò)展，從而使鎳鋁青銅具有優(yōu)異的耐空泡腐蝕性能。

1.3、沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是腐蝕流體與材料表面高速作用而對(duì)材料造成的損傷，以及材料表而受因相顆粒沖擊造成材料損耗*。螺旋槳高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在表面保護(hù)膜或腐蝕產(chǎn)物膜遭受腐蝕損耗后，材料腐蝕速度會(huì)進(jìn)一步加快。沖刷腐蝕是流體作用下的機(jī)械磨損與電化學(xué)腐蝕協(xié)同作用產(chǎn)生的腐蝕結(jié)果，對(duì)常見(jiàn)應(yīng)用環(huán)境中的鎳韶青銅合金的危害性較大。

杜鵬等x采用旋轉(zhuǎn)圓桶沖刷腐蝕試驗(yàn)機(jī)研究了不同流速海水沖刷銅鎳合金的腐蝕行為，認(rèn)為合會(huì)的商蝕速率在靜態(tài)海水中明顯低于在流動(dòng)海水中，流速增大會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外雙層腐蝕保護(hù)膜磨損、腐蝕迷率增大，腐蝕受用極反應(yīng)和傳質(zhì)過(guò)程控制，海水的切力會(huì)降低材料表面腐蝕保護(hù)膜的保護(hù)作用，使得腐蝕速率變大。維婭楠'I在舟山海水腐蝕試驗(yàn)站，利用模擬沖刷腐蝕測(cè)試系統(tǒng)研究了侗合余的沖刷腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)共沖刷腐蝕網(wǎng)時(shí)受流速和泥沙含量的影響，腐蝕速率與海水流速呈正線性關(guān)系，H試驗(yàn)結(jié)果|j實(shí)海沖制腐蝕失審結(jié)果致。

2、提高鎳鋁青銅耐海水腐蝕性能的方法

在海洋工況條件下，與材料接觸的水體各部分產(chǎn)生壓力不均勻的現(xiàn)象，針對(duì)鎳鋁古銅的常見(jiàn)工況，空泡腐蝕'”為共較為常見(jiàn)的腐蝕類型?，F(xiàn)階段，通常采用鑄造加工工藝控制M.則、添加Sn.Cr.稀土等微量元素“以及表面處理等方法，來(lái)提高鎳鋁吉制合金的耐海水腐蝕性能。

2.1、鑄造加工工藝控制

鎳鋁青銅的溶體流動(dòng)性好，不容易產(chǎn)生支晶偏析，在獲得一*定 形狀的前提下，可以采取鑄造加工改善材料的力學(xué)性能。鎳鋁青銅合金通常應(yīng)用于船用螺旋槳和海水泵泵體方面，鑄造件的鑄造工藝繁瑣，操作難度大。鎳鋁青銅易于收縮形成集中縮孔，按照合理的爐襯、氣氛和加科順序，再配合溶劑覆蓋、精煉和除氣措施快速熔煉，熔煉過(guò)程選擇有效的冒口設(shè)計(jì),同時(shí)設(shè)置冷鐵，促進(jìn)補(bǔ)縮，消除縮孔，產(chǎn)生細(xì)小均勻的組織，能使連續(xù)的Kπ 共析相球化，提高鎳鋁青銅的機(jī)械性能和耐侵蝕-腐蝕性能。

2.2、表面改性

海洋工程中應(yīng)用的鑄態(tài)鎳鋁青銅存在晶粒粗大、疏松和應(yīng)力集中等問(wèn)題”"，常見(jiàn)的局部腐蝕對(duì)鎳鋁青銅有較大影響”。腐蝕一般開(kāi)始于材料表面，且腐蝕過(guò)程通常不受基體結(jié)構(gòu)的影響，而表面處理可以不改變基體結(jié)構(gòu)，并有效簡(jiǎn)化防腐蝕策略，因而該類方法被廣泛應(yīng)用于鎳鋁青銅的腐蝕防護(hù)。常見(jiàn)的表而處理方法有攪拌摩擦處理3、物理氣相沉積技術(shù)(VD)"!.超音速火焰熱噴涂”、激光表面處理洞、電沉積網(wǎng)等，這幾種表面處理方法可以使表層材料晶粒細(xì)化。組織均勻，從而有效提高表層材料的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。

3、結(jié)語(yǔ)

在耐苛刻海水腐蝕環(huán)境條件方面，鎳鋁青銅合金無(wú)疑是最現(xiàn)想的銅合金材料。針對(duì)鎳鋁青銅合金綜合性能提升的技術(shù)需要，將來(lái)可以將新合金元素改性和合金元素含量的精準(zhǔn)控制作為重點(diǎn)研究方向，并嘗試通過(guò)摻雜不同合金元素來(lái)開(kāi)發(fā)出不同系列的新型鎳鋁青銅合金，逐漸完善我國(guó)海洋環(huán)境用銅鎳合金材料體系。同時(shí)，應(yīng)不斷加強(qiáng)合金組織調(diào)控、表面改性等方面的應(yīng)用研究工作，并與新型合金開(kāi)發(fā)工作緊密結(jié)合，進(jìn)-.步提高鋼鎳合金耐空泡腐蝕和沖刷腐蝕的性能，研制開(kāi)發(fā)出綜合性能優(yōu)異的新型銅鎳合金材料，以滿足新時(shí)期不同海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用需求。