鋁合金點蝕過程與稀土沉積的機理研究.pdf

1、點腐蝕(PittingCorrosion)是鈍化態(tài)金屬表面一種常見的腐蝕形態(tài)。根據(jù)點蝕發(fā)展過程的特點,可以將點蝕分為點蝕萌生(鈍化膜的溶解破裂)、亞穩(wěn)態(tài)點蝕、穩(wěn)態(tài)點蝕生長(或者點蝕區(qū)域金屬表面再鈍化)三個階段。工程應用中,鋁合金表面常發(fā)生點蝕,并可能引發(fā)其他惡性腐蝕形式。另一方面,由于稀土離子對鋁合金點蝕的有效抑制以及稀土元素的環(huán)境友好特性使鋁合金的稀土表面改性工藝廣受關(guān)注。為理解鋁合金表面點蝕發(fā)生發(fā)展過程中的重要階段和稀土離子抑制點蝕

2、發(fā)展機理兩方面的問題,本文進行了以下兩個主要方面的工作。一,點蝕過程研究:采用ExsituTEM研究鋁合金萌生點蝕的位置,并用鉛筆電極(pencilelectrode)模擬穩(wěn)態(tài)點蝕在NaCl溶液中的生長。二,稀土沉積研究:采用ExsituTEM研究稀土離子在鋁合金表面沉積的機理,并在鈰鹽的乙醇溶液中對鋁合金進行陰極電泳沉積稀土改性膜。
　　 采用ExsituTEM研究了鋁合金表面誘發(fā)局部腐蝕的金屬間化合物相顆粒的晶體結(jié)構(gòu)、EDS

3、成分、以及在含氯離子溶液中的腐蝕行為三者的關(guān)系。結(jié)果表明鋁合金表面的異質(zhì)相顆粒(如金屬間化合物相顆粒)確為局部腐蝕的誘發(fā)位置。一般而言,成分不同的異質(zhì)相顆粒在溶液中電化學電位不同,因此導致其在溶液中的腐蝕行為也不相同。而ExsituTEM觀察表明成分相似的金屬間化合物相顆粒也會在溶液中表現(xiàn)出不一致的局部腐蝕行為,進而對有此類現(xiàn)象的顆粒進行晶體結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)構(gòu)相差甚大。因此,腐蝕行為的差異可能源于成分相同但結(jié)構(gòu)相異的異質(zhì)相顆粒具有不

4、同的電化學電位。
　　 采用直徑為0.076cm的鋁絲制成鉛筆電極模擬鋁在NaCl溶液中點蝕生長動力學。電極測試過程中點蝕電流表現(xiàn)出暫態(tài)和準穩(wěn)態(tài)兩個階段。暫態(tài)過程電極表面的反應過程可以近似地用半無限擴散模型來解析。準穩(wěn)態(tài)過程電流-時間曲線為I正比于t-0.5,這說明鉛筆電極的點蝕生長是由某種反應產(chǎn)物的擴散/遷移控制。用顯微鏡精確聚焦技術(shù)測量點蝕坑深度校核用法拉第定律積分計算點蝕電流獲得的點蝕坑深度發(fā)現(xiàn)金屬鋁絲鉛筆電極點蝕生長的驅(qū)

5、動力并非和鐵基/鎳基合金的生長驅(qū)動力(由蝕坑內(nèi)外鹽濃度梯度驅(qū)動)一樣。鋁穩(wěn)態(tài)點蝕生長是點蝕坑內(nèi)化學反應析氫形成氣相在點蝕通道中的遷移速率控制。
　　 ExsituTEM研究了鋁合金在0.1MCe(NO3)3無水乙醇溶液中的行為,實驗確定鋁合金表面的異質(zhì)相是稀土離子吸附/沉積的優(yōu)先位置。在分析了鋁合金表面優(yōu)先吸附異質(zhì)相的性質(zhì)、沉積膜層的結(jié)構(gòu)和成分,以及鈰鹽乙醇溶液的特點后,認為稀土離子乙醇溶液中鋁合金表面的微原電池區(qū)域陰極反應不同

6、于水溶液中的陰極反應。在水溶液中反應優(yōu)先生成Ce2O3膜,而在乙醇溶液中是形成四價的氫氧化鈰后脫水生成CeO2膜。ExsituTEM觀察稀土離子沉積確定Ce離子表面沉積的影響因素有電位、pH值、和氧化劑等。
　　 采用陰極電泳對鋁合金快速沉積稀土改性膜。實驗結(jié)果表明在0.1MCe(NO3)3乙醇溶液中用12V電壓陰極電泳60秒能獲得保護性能優(yōu)異的稀土改性膜。EIS測試結(jié)果表明沉積稀土膜層改性的鋁合金試樣在0.1MNaCl溶液中3