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快速凝固AA8009耐热铝合金及其焊缝的耐腐蚀性能

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2005年第5期

论文作者:丁荣辉 黎文献 路彦军 肖于德 谭敦强

文章页码:784 - 789

关键词:AA8009合金;快速凝固;耐热铝合金;焊缝;耐腐蚀性能

Key words:AA8009 alloy; rapid solidification; high temperature aluminum alloy; weld;corrosion-resistance property

摘    要:通过剥落腐蚀实验、极化曲线测定和腐蚀形貌观察,研究了AA8009合金(Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si)及其氩弧焊和电子束焊件的耐腐蚀性能,并与LF6和2024合金的耐腐蚀性能做了比较。实验结果表明:快速凝固AA8009耐热铝合金的耐腐蚀性能是最好的,这是由于该合金具有弥散分布、高含量的Al12(Fe, V)3Si增强相,该相的存在大大减少了合金形成腐蚀原电池的可能性。而LF6和2024合金由于在晶界处有析出相形成而降低了它们的耐蚀性。同时, AA8009合金电子束焊缝的抗蚀性要明显优于氩弧焊的抗蚀性。

Abstract: The corrosion-resistance property of AA8009 alloy and the tungsten inert gas welding (TIG) and electron beam welding(EBW) welds were studied by means of exfoliation corrosion, polarization curve test and analysis of corrosion surface, and compared with those of LF6 and 2024 alloys. The results show that corrosion-resistance property of rapidly solidified high temperature AA8009 is the best among them, because of the dispersion distribution and high-containing of reinforced Al12(Fe, V)3Si phase, which decreases the possibility of corrosion galvanic cell. And the precipitation phases in the grain boundary of LF6 and 2024 alloys deteriorate their corrosion-resistance. Meanwhile the welded seam corrosion-resistance property of EBW of AA8009 alloy is better than that of TIG.

基金信息:国家“973”重点基础研究发展规划项目



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快速凝固AA8009耐热铝合金及其焊缝的耐腐蚀性能

丁荣辉, 黎文献, 路彦军, 肖于德, 谭敦强

(中南大学 材料科学与工程学院, 湖南 长沙, 410083)

摘要: 通过剥落腐蚀实验、 极化曲线测定和腐蚀形貌观察, 研究了AA8009合金(Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si)及其氩弧焊和电子束焊件的耐腐蚀性能, 并与LF6和2024合金的耐腐蚀性能做了比较。 实验结果表明: 快速凝固AA8009耐热铝合金的耐腐蚀性能是最好的, 这是由于该合金具有弥散分布、 高含量的Al12(Fe, V)3Si增强相, 该相的存在大大减少了合金形成腐蚀原电池的可能性。 而LF6和2024合金由于在晶界处有析出相形成而降低了它们的耐蚀性。 同时, AA8009合金电子束焊缝的抗蚀性要明显优于氩弧焊的抗蚀性。

关键词: AA8009合金; 快速凝固; 耐热铝合金; 焊缝; 耐腐蚀性能

中图分类号:TG401 文献标识码:A 文章编号: 1672-7207(2005)05-0784-06

Corrosion-resistance property of rapidly solidified high temperature AA8009 alloy and its welds

DING Rong-hui, LI Wen-xian, LU Yan-jun, Xiao Yu-de, TAN Dun-qiang

(School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: The corrosion-resistance property of AA8009 alloy and the tungsten inert gas welding(TIG) and electron beam welding(EBW) welds were studied by means of exfoliation corrosion, polarization curve test and analysis of corrosion surface, and compared with those of LF6 and 2024 alloys. The results show that corrosion-resistance property of rapidly solidified high temperature AA8009 is the best among them, because of the dispersion distribution and high-containing of reinforced Al12(Fe, V)3Si phase, which decreases the possibility of corrosion galvanic cell. And the precipitation phases in the grain boundary of LF6 and 2024 alloys deteriorate their corrosion-resistance. Meanwhile the welded seam corrosion-resistance property of EBW of AA8009 alloy is better than that of TIG.

Key words: AA8009 alloy; rapid solidification; high temperature aluminum alloy; weld; corrosion-resistance property

   随着现代航天航空科学技术的不断发展, 人们对高比强、 耐高温、 耐腐蚀的轻质结构材料的要求愈来愈高, 以进一步提高航天飞行器的飞行速度和承载能力。 由于传统铸造冶金生产的耐热铝合金(如AA2618, AA2219等)难以满足这些要求[1], 所以, 20世纪70年代中期的快速凝固耐热铝合金[2, 3]的研究得到了快速的发展。 其中, AA8009合金(Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si)[4]引起了人们的广泛关注。 目前, 人们采用雾化和喷射沉积工艺制备[CM(22] AA8009合金。 该合金具有传统耐热铝合金无法比拟的高温性能, 即在425 ℃的高温条件下仍能满足要求。 该合金具有良好的室温、 高温强度, 而且表现出极佳的热稳定性和抗蠕变能力, 高刚度、 高断裂性和强化相粗化速率小等良好的综合性能, 在航天、 航空以及汽车工业中有广泛的应用前景; 同时人们对该合金进行了大量的研究[5-9]。 随着对AA8009合金研究的深入, 人们在使用过程中不可避免的要遇到该合金的连接问题, 鉴于普通焊接易造成焊缝和热影响区组织平衡化, 且材料中氧、 氢含量高, 会严重影响焊接质量, 因而目前人们多采用钨极氩弧焊、 高密能束(如激光、 电子束)焊接和固态(摩擦或扩散)焊接工艺来研究该合金的连接工艺[10-12]

在此, 作者研究了快速凝固AA8009耐热铝合金的耐腐蚀性能, 以及该合金用钨极氩弧焊和电子束焊焊接的焊缝的耐腐蚀性能。

1 实 验

1.1 实验材料

实验用的快速凝固AA8009(Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si)(质量分数, %, 下同)耐热铝合金采用喷射沉积方法制备。 制备出的坯锭经过挤压、 热轧、 中间退火、 冷轧、 去应力退火一系列工序, 制成1 mm厚的板材。 LF6合金(Al-5.84 Mg)和2024合金(Al-4.3Cu-1.5Mg)是由西南铝提供的1 mm轧制板材。

1.2 实验方法

1.2.1 合金剥落腐蚀实验

采用标准HB5455-90对AA8009, LF6和2024合金进行剥落腐蚀试验。 每种合金取2个平行试样, 试样尺寸为100 mm×30 mm。 实验前将试样放入50 ℃, 10%(体积分数)氢氧化钠溶液中腐蚀2~3 min后用水洗净; 再在30%(体积分数)硝酸溶液中浸亮, 洗净并干燥。 腐蚀溶液的配置方法为: 用蒸馏水溶解234 g NaCl和50 g KNO3, 加68%的硝酸6.5 mL, 然后稀释至1 L。

1.2.2 合金腐蚀电化学实验

在室温下测试AA8009合金、 LF6和2024三种合金的阳极极化曲线之前, 将试样用砂纸打磨, 用丙酮、 蒸馏水清洗, 干燥。 试样的工作面为10 mm×10 mm, 非工作段表面用氯丁橡胶封闭。 所用的介质环境为3.5%(质量分数)的NaCl水溶液, 其pH值范围在7~7.5。

合金腐蚀电化学实验采用英国Solartron公司1287型恒电位仪测量动电位扫描极化曲线, 采用三电极系统: 饱和甘汞电极作为参比电极, Pt箔作为辅助极板, 试样为工作电极。 扫描速度为2 mV/s, 扫描范围为-1~0.5 mV/s, 采用Corrware和Corrview电化学测试分析软件采集并分析实验数据。 随后将试样放到蒸馏水中用超声波去除试样表面的腐蚀产物, 采用JSM-5600LV扫描电镜观察腐蚀后试样的形貌。

2 实验结果与分析

2.1 合金的耐腐蚀性能分析

2.1.1 合金剥落腐蚀结果分析

在不同时间点观测3种合金的表面剥落腐蚀情况。 2024合金试样腐蚀5 h时试样表面有较多点蚀出现; 12 h时表面点蚀面积增大; 24 h时表面产生较多松散的腐蚀产物; 48 h时剥落腐蚀现象更加明显, 试样表面绝大部分腐蚀得都很严重, 如图1(c)所示, 干燥后的试样表面有较多的白色腐蚀产物脱落; 72 h时试样整个表面都发生了严重的剥落腐蚀, 腐蚀溶液中漂有大量黑色、 松散的腐蚀产物; 120 h时, 从图2(c)可看到表面原有的腐蚀产物都已脱落, 试样内部也已经遭到了严重腐蚀。 耐腐蚀性能良好的LF6合金到48 h时, 试样表面出现轻微的点蚀, 极少量的面积处有浅的腐蚀坑出现, 见图1(b); 到72 h时表面腐蚀状况加重, 少量面积的腐蚀有剥落的倾向; 120 h时合金表面大面积区域发生了腐蚀, 见图2(b)。 而AA8009合金到48 h时, 试样表面变黑但观察不到有被腐蚀过的迹象, 见图1(a); 到72 h甚至120 h时, 试样表面也看不到有任何发生剥落的现象或倾向, 如图2(a)所示; 显然在剥落腐蚀液中AA8009合金表面生成了一层致密、 均匀的钝化膜, 该层钝化膜很好地阻止了合金被腐蚀, 从而使快速凝固耐热AA8009合金表现出优良的抗剥落腐蚀性能。

2.1.2 合金的电化学腐蚀性能测试结果分析

在阳极极化曲线测试过程中, AA8009, LF6和2024合金有不同的腐蚀现象, 如表1所示。 合金的极化曲线实验结果如图3所示。

由图3可以看出AA8009, LF6和2024合金的极化曲线都是逐渐上升的; 但AA8009合金的极化曲线相对于LF6和2024合金上升得很平缓。 这与剥落腐蚀的结果是一致的: AA8009合金的抗腐蚀性能最好, 其次是LF6合金, 2024合金的耐腐蚀性最差。

图 1   48 h时合金的剥落腐蚀宏观形貌

Fig. 1   Exfoliation corrosion macroscopic surface of alloys for 48 h

图 2   120 h时合金的剥落腐蚀宏观形貌

Fig. 2   Exfoliation corrosion macroscopic surface of alloys for 120 h

表 1   AA8009, LF6和2024合金腐蚀试样观察

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