深海环境下金属及合金材料腐蚀研究进展

综述了深海环境下溶解氧含量、温度、pH、溶解CO2含量、含盐度、静压力、流速以及生物环境等各项因素对金属及合金材料腐蚀的影响,认为溶解氧含量通常为金属及合金材料腐蚀的最主要因素;重点介绍了实海暴露方法和室内模拟加速腐蚀方法在深海环境下的研究进展及具体应用,指出最好将室内模拟加速腐蚀试验和实海暴露方法相结合,同时体现二者的优势以研究金属及合金材料的腐蚀行为;总结了深海环境下金属及合金材料的腐蚀状况,对其防护手段-阴极保护及涂层保护进行了概述.     

ZAlSi7Mg1A合金锶变质的研究

用０．０３～０．０８％Ｓｒ对ＺＡｌＳｉ７Ｍｇ１Ａ合金进行变质，其变质工艺为：先用Ｃ２Ｃｌ６除气，静置扒渣后加Ｓｒ，并同时通氩气，其流量为３～６Ｌ／ｍｉｎ，直至出炉浇注。该工艺可保证合金变质良好、无气，合金的综合性能较Ｎａ变质有提高。     

ZAlSi7Mg经电熔剂净化后成分及力学性能的研究

依据正交实验研究了电熔剂净化法时渣剂种类、渣层厚度和电流强度对ZAlSi7Mg合金元素的影响,利用直读光谱仪和万能力学试验机测量了ZAlSi7Mg净化前后的化学成分及力学性能。研究发现,经电熔剂净化过的ZAlSi7Mg合金中,Si、Fe、Cu、Mn含量基本不变,Mg元素含量波动较明显;在净化过程中,各影响因素对合金元素含量的影响作用从大到小为电流大小,渣剂种类,渣层厚度;净化后的铝合金抗拉强度为286.8 MPa,同时伸长率也有一定程度地提高,均明显高于净化前的。     

N6 和 Monel400 镍合金在中国南海深海环境下的腐蚀行为研究

通过实海暴露实验,研究了N6纯Ni和Monel400镍合金在中国南海海域800和1200 m深海环境下的长周期 (3 a) 腐蚀行为。采用SEM,EDS和XRD技术,分别进行了腐蚀形貌观察,腐蚀产物成分和相组成分析。结果表明：在深海环境下,Monel400镍合金的耐局部腐蚀能力要优于N6纯Ni。N6纯Ni在绿色腐蚀产物膜 (由NiCl₂6H₂O组成,还覆盖有少量的CaCO₃和MgCO₃等无机盐类) 下发生了很严重的隧道腐蚀,甚至出现了局部穿孔现象。Monel400镍合金表面生成了宽浅型的点蚀坑,点蚀坑上覆盖有由 (CuNi)₂Cl(OH)₃组成的腐蚀产物。N6纯Ni和Monel400镍合金的最大点蚀坑深度均随水深的增加而降低。     

Y对ZAlSi7Mg合金组织和力学性能的影响

利用热分析方法对ZAlSi7Mg-xY(x=0.1%、0.3%、0.5%,质量分数,下同)合金的凝固过程进行了研究;采用光学显微镜和扫描电子显微镜对合金显微组织进行观察;测试了T6热处理前后合金的室温力学性能。结果表明,随着钇含量增加,ZAlSi7Mg合金液相线的变化不大,固相线及共晶点显著下降,固液凝固区间增大。钇含量为0.1%时合金组织及综合力学性能最好,随着钇含量进一步增加,合金组织中出现大块含Y化合物,并于晶界处聚集,合金的力学性能尤其是伸长率明显降低。     

表面沉积氯化钠的7A04铝合金在模拟环境中的腐蚀行为

在实验室模拟条件下((25±2) ℃,相对湿度(95±5)%),采用增重法、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱和X射线衍射等方法研究氯化钠和几种模拟环境气氛对7A04铝合金大气腐蚀行为的影响,并对其腐蚀机理进行讨论.结果表明:表面沉积氯化钠的7A04铝合金在几种模拟气氛环境中均明显地加速了材料的腐蚀;随腐蚀时间的延长,腐蚀产物不断增多;腐蚀产物微观形貌呈团块状且凹凸不平;腐蚀增重?m/A与暴露时间t之间符合指数衰减规律;气氛腐蚀性由强到弱的顺序为50×10-6 SO2＞1%CO2＞空气.     

铸造方法对ZAlSi6Cu4Mg力学性能的影响

采用重力砂型铸造、金属型铸造和电磁低压铸造三种不同的铸造方法对ZAlSi6Cu4Mg性能的影响进行研究.结果表明,采用自制的金属型和电磁低压铸造获得的合金的综合性能较好,突出了电磁低压铸造的优点.     

LC4铝合金在模拟污染大气环境中的腐蚀行为

通过干湿周浸循环加速腐蚀试验,用NaHSO3和NaCl分别模拟对大气腐蚀有明显影响的两种大气污染组分SO2和Cl-.利用失重分析、表面形貌观察和腐蚀产物分析,研究了LC4铝合金在模拟污染大气环境中的腐蚀行为和机理.研究发现,在0.02 mol/L NaHSO3和0.02 mol/L NaHSO3＋0.006 mol/L NaCl两种加速腐蚀介质中,不论包铝层存在与否,LC4腐蚀失重均与腐蚀时间有线性关系;Cl-在HSO3-存在的情况能够更有效产生点蚀源,破坏LC4表面的氧化膜,加速LC4腐蚀;试样放置的角度对LC4腐蚀有较大的影响.     

深海环境钢材腐蚀行为评价技术

采用电化学、人工神经网络和数据库方法研究了5种海洋工程钢材在5000m深海环境中非现场腐蚀行为评价技术.结果表明,温度、溶解氧、盐度和pH值是评价5种海洋工程钢材海水腐蚀行为的主要介质参数.根据这一结果,用人工神经网络技术建立了温度、溶解氧、盐度和pH值与5种海洋工程钢材海水腐蚀速度的相关数据库MCM-CORRDB03,并采用WOA海洋要素分布数据集建立了MCM-GOCEANDB03全海域海水腐蚀参数数据库,进而使用MCM-CORRDB03和MCM-GOCEANDB03两个数据库评价了5种海洋工程钢材在5000 m深海环境腐蚀行为,证实了5种钢材均在700 m左右存在最低腐蚀速度,以及溶解氧对钢材深海腐蚀行为具有最主要的影响.结果表明,结合采用多种非现场方法可以可靠评价深海环境钢材的腐蚀行为.     

深海环境5A06铝合金腐蚀行为与表面特性

通过自主研制的高效串型深海环境试验装置在西太平洋深海自然环境下开展了5A06铝合金的腐蚀行为实验,分析了5A06铝合金在500,800,1200和2000 m深海环境下暴露1 a的腐蚀形貌、腐蚀规律和电化学行为。实海结果显示,5A06铝合金的腐蚀形式以点蚀为主,平均腐蚀速率随海水深度增加先升高后降低,最大值出现在水深500 m处,为17μm/a,是浅表海水环境下的3.1倍;而在800～2000 m水深范围,5A06铝合金腐蚀状况大大减弱,腐蚀速率在0.9～1.4μm/a水平,800 m时仅为浅表海水的0.21倍,2000 m时则为0.14倍。电化学测试结果显示,试样自腐蚀电位随海水深度增加而正移,2000 m深度下达到-0.640 V (vs. Ag/AgCl);电荷转移阻抗随着试验深度的增加而显著增大,2000 m深度下达到了最大值,为1.91×108Ω·cm²。     

304 不锈钢在模拟深海和浅海环境中的应力腐蚀行为

目的研究304不锈钢在模拟深海和浅海中的应力腐蚀开裂(SCC)行为。方法通过控制不同环境因素模拟南海某海域环境,利用动电位扫描、交流阻抗谱、慢应变速率拉伸(SSRT)及SEM表面分析等手段进行研究。结果 304不锈钢在模拟海水溶液中呈现钝化状态,出现应力腐蚀敏感性,且裂纹扩展方式为穿晶开裂。在深海中的SCC机制为氢致开裂,浅海中的SCC机制主要为阳极溶解。结论 304不锈钢在深海与浅海中的SCC机制不同,但两者的SCC敏感性相近且相对较低,在模拟海水环境中的应用不受海水深度限制。     

预先热处理对ZAlSi12Cu2Mg1铝合金微弧氧化层的影响

对ZAlSi12Cu2Mg1铝合金分别按T1和T6进行预先热处理,然后在NaOH-Na2SiO3电解液体系下进行表面微弧氧化,并对微弧氧化层的结构及性能进行分析.利用电涡流测厚仪测量氧化层的厚度,用显微硬度计测量氧化层截面的显微硬度,并进行截面形貌观察,用XRD分析氧化层相组成.结果表明：在微弧氧化前,该合金进行的预先热处理对后续的微弧氧化影响很显著;在合金表面获得了较厚的微弧氧化层,氧化层与基体互相镶嵌,并结合良好.氧化层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3、Al、Al2SiO5及非晶相组成.经T6处理合金所获得的微弧氧化层的结构和性能优于经T1处理的.     

ADC12铝合金在水蒸汽中的腐蚀行为

铸态和固溶化处理的ADC12铝合金在90℃水蒸汽中的腐蚀试验表明：铸态铝合金基体腐蚀是以Al-Cu为基的第二相化合物，而以Al-Fe为基的化合物不会引起基体腐蚀；经固溶化处理的铝合金基体腐蚀是由Al-Fe为基的化合物引起的，并且是以含Cu的Al-Fe化合物周围优先被腐蚀。     

907A低合金钢在模拟深海环境中的腐蚀行为及机理

利用自制试验装置,通过静态失重试验、电化学测试,研究了907A低合金钢在模拟1 000 m深海环境中的腐蚀行为,并对其腐蚀机理进行了分析。结果表明：907A低合金钢在模拟深海环境中的腐蚀速率随浸泡时间的延长而逐渐减小,最终趋于稳定,致密均匀的锈层有效遏制了腐蚀性离子向基体渗透,起到防护作用;腐蚀产物主要以α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄为主,随着浸泡时间的延长,γ-FeOOH向α-FeOOH的转化使907A钢的腐蚀速率降低;浸泡初期907A钢表面主要发生点蚀,点蚀萌生于基体与夹杂物界面处,随着浸泡时间的延长,点蚀逐渐转变为均匀腐蚀。     

A7N01铝合金焊接接头中不同区域在不同介质中的电化学腐蚀行为

为了积累A7N01铝合金及其焊接接头在不同介质中的电化学腐蚀数据,采用ER5356焊丝分别焊接了A7N01-T5和A7N01-T4铝合金。采用动电位扫描法分别测试了2种铝合金焊接接头中的母材及焊缝分别在5%(质量分数)NaCl,Na2SO4,NaNO3溶液中的极化曲线,并计算出相应的电化学参数。结果表明:2种铝合金焊接接头中母材在3种腐蚀溶液中的腐蚀倾向大于焊缝,腐蚀速率也快于焊缝;Cl-,SO2-4和NO-3对2种铝合金焊接接头中的母材及焊缝的腐蚀加速作用依次减弱;A7N01-T5母材在3种腐蚀介质中的耐蚀性优于A7N01-T4母材的。     

基于岸基与远洋移动平台的7B04铝合金腐蚀行为比较研究

目的 研究动态海洋大气环境与静态海洋大气环境对7B04铝合金腐蚀行为的影响.方法 采用7B04铝合金,分别在远洋船舶移动平台和万宁站海洋平台开展1年户外大气暴露试验,利用腐蚀形貌、腐蚀失重、力学性能表征7B04铝合金在海洋大气环境中的腐蚀规律和行为.结果 经过1年的户外大气暴露试验,在动态和静态两种海洋大气环境作用下,7B04铝合金的腐蚀类型均为点蚀,且远洋船舶移动平台7B04铝合金的腐蚀程度更严重.在远洋船舶移动平台开展动态自然环境试验的7B04铝合金腐蚀速率为67.4μm/a,在万宁站海洋平台开展静态自然环境试验的7B04铝合金腐蚀速率为16.6403μm/a,远洋船舶移动平台7B04铝合金的腐蚀速率约为万宁站海洋平台的4倍.远洋船舶移动平台试验7B04铝合金的拉伸强度、规定塑性延伸强度和断后伸长率保留率分别为91％、87.5％和54.3％.结论 7B04铝合金在远洋船舶移动平台和万宁站海洋平台的腐蚀类型均为点蚀,远洋船舶移动平台的动态海洋大气腐蚀性强于静态海洋大气,且对7B04铝合金力学性能的降低主要体现在断后伸长率方面,可显著加速7B04铝合金的腐蚀.     

金属材料在模拟深海中的腐蚀电位

利用自行研制的多通道电位自动采集装置,测试了19种金属材料在8 MPa模拟深海环境中的腐蚀电位,分析了腐蚀电位变化规律,得出了试验用金属材料在模拟深海中的腐蚀电位序。结果表明：碳钢、低合金钢、铝合金、铜合金及铝阳极均迅速达到稳定电位,电位波动较小;不锈钢和镍基合金在试验初期的腐蚀电位较正,随着浸泡时间的延长,腐蚀电位明显减小,电位变化幅度较大;金属材料在模拟深海环境中仅存在一个状态稳定电位,稳定腐蚀电位从低到高顺序大致为：铝阳极、铝合金、碳钢、低合金钢、高强不锈钢、铜合金、不锈钢、镍基合金。     

铝及铝合金在熔融钠中的腐蚀行为

研究了纯铝,Ａｌ－Ｓｉ和Ａｌ－Ｍｇ合金在３５０～４５０℃熔融钠中的腐蚀行为,采用ＯＭ,ＸＲＤ,ＥＤＡＸ和ＥＰＭＡ分析了腐蚀产物的组织形貌和合金元素的分布,实验结果表明高纯铝受到轻微的腐蚀,并非完全“免蚀”,工业纯铝的腐蚀较明显,主要发生在杂质偏聚的晶界附近,铝合金的腐蚀程度取决于杂质元素尤其是硅的含量,铝中添加一定量的镁并用向量锆细化晶粒可改善合金对熔融钠的耐蚀性,铝和铝合金的腐蚀产物经测定的Ａｌ