一种铝合金海水加速腐蚀试验方法与流程

技术特征：

1.一种铝合金海水加速腐蚀试验方法，其特征在于：其实施步骤如下：

步骤一、海水加速腐蚀试验方案设计；

步骤二、海水加速腐蚀试验；

步骤三、对海水加速腐蚀试验后的试样进行力学性能测试、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物成分测试；

根据确定的海水加速腐蚀试验条件：温度60℃，盐度为3％，充氧条件，将5A06铝镁合金板材加工为3种不同形状与尺寸的试样，投浸在海水加速腐蚀溶液中经历7个不同的腐蚀周期，取出后做力学性能测试、腐蚀微观形貌观察与腐蚀产物成分测试，其中力学性能测试包括拉伸试验和疲劳试验；根据GBT228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》，设计了拉伸试样的尺寸及测试指标；根据国标GB 3075-82《金属轴向疲劳试验方法》确定了疲劳试验条件；通过腐蚀微观形貌观察，判断腐蚀类型、确定腐蚀的严重程度；通过腐蚀产物成分测试，推测腐蚀过程所发生的化学反应，为确定加速腐蚀机理提供依据；

步骤四、对力学性能测试、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物成分测试结果进行分析；

步骤五、由测试与观察结果推测铝合金海水加速腐蚀机理；

由腐蚀微观形貌观察得出轻微的点蚀坑首先出现在腐蚀1d的合金表面，标志着腐蚀的开始，随着蚀孔的增大加深，在腐蚀16d的合金表面观察到晶间腐蚀迹象，在腐蚀32d的合金表面出现金属剥落的现象；所以，5A06铝镁合金在海水中经历了点蚀-晶间腐蚀-剥蚀的过程；铝合金板材全浸初期，一方面，海水中溶解氧吸附合金表面生成钝化膜保护基体，另一方面，海水中Cl^-攻击合金表面缺陷应力集中的区域，点蚀核初形成，之后发生点蚀自催化反应，蚀核长大，进一步发展为晶间腐蚀，随着腐蚀产物的体积不断增大与堆积，局部区域，其体积大于所消耗的金属，楔入效应产生的外推力撑起未腐蚀金属层，使其剥落；

步骤六、验证海水加速腐蚀机理一致性；

本试验研究采取提高温度、盐度、溶解氧的方式对海水腐蚀试验进行加速，表征5A06铝镁合金腐蚀行为的参数包括：抗拉强度、屈服强度、疲劳寿命、腐蚀类型和腐蚀产物成分；在腐蚀周期内，抗拉强度和屈服强度随腐蚀时间的变化呈先增大后下降的趋势，其中强度的下降率均在6％以内；疲劳寿命对腐蚀的敏感性很强，海水加速腐蚀后，疲劳寿命明显下降，随时间增大，偶有升高，最终呈下降趋势；5A06铝镁合金在海水中腐蚀经历点蚀-晶间腐蚀-剥蚀的历程，与自然环境下铝合金在海水中发生腐蚀的腐蚀行为一致；

通过以上步骤，本发明由增重试验进行海水加速腐蚀试验方案设计得到了最佳的海水加速腐蚀试验条件，在此条件下进行了海水加速腐蚀试验，通过材料的力学性能测试表征、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物成分测试分析了铝合金的海水加速腐蚀试验机理，通过对比分析得到了此海水加速腐蚀试验符合加速腐蚀机理一致性，解决了多因素综合作用下铝合金海水加速腐蚀机理不明确的实际问题，为铝合金在海水环境下服役时的腐蚀防护提供了技术基础。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金海水加速腐蚀试验方法，其特征在于：在步骤一中所述的“海水加速腐蚀试验方案设计”，其具体作法如下：

步骤1.1、将5A06铝合金原始板材切割为尺寸100mm×50mm×3mm的增重试样，每组试验包含3个平行试样，对平行试样进行打孔标识；

步骤1.2、将海水进行蒸馏，配置成盐度为3.8％，4.8％，6.0％的腐蚀溶液各2000ml，分别盛装在3个1000ml的烧杯中，备用；

步骤1.3、将增重试样经丙酮、无水酒精清洗后，置于烘箱内烘干，测量试样的长、宽、厚，并称重，初始重量记为M₀(mg)，之后将试样悬挂在盛三种不同盐度加速腐蚀溶液的烧杯内，弯曲铜线使得所有试样全部浸入腐蚀溶液中，后将烧杯用保鲜膜封口；

步骤1.4、设置恒温水浴锅的温度为40℃，将步骤1.3中的烧杯置于水浴锅内；对于充氧组试验，需在保鲜膜上开孔，然后将与充气泵连接的软质塑料管插入腐蚀溶液中以输入空气；对于静置组，不作开孔处理；

步骤1.5、腐蚀周期设为1周，期间注意观察溶液变化，每天测量盐度值，及时调整，使腐蚀溶液的盐度值保持不变；

步骤1.6、腐蚀结束后，将试样取出，烘干，称重记为M_t(mg)；

步骤1.7、改变恒温水浴锅温度，重复以上步骤，获得50℃和60℃下的增重试验数据；

步骤1.8、根据下列公式对试验数据进行处理：

其中，v(mg/mm²·d)为腐蚀速率；M_t(mg)为腐蚀后试样的重量；M₀(mg)为试样的初始重量；A(mm²)为试样全浸表面积；T(d)为腐蚀时间；对每组试验三个平行试样的数据取平均值，得到5A06铝合金在不同浓度、不同温度、不同溶解氧条件下腐蚀的速率；

根据腐蚀速率结果，选定腐蚀速率最大的加速试验条件：温度60℃，盐度6.0wt.％，充氧条件作为本次海水加速腐蚀试验条件。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金海水加速腐蚀试验方法，其特征在于：在步骤二中所述的“海水加速腐蚀试验”，其具体作法如下：

步骤2.1、准备海水加速腐蚀试验的三种试样；根据GBT228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》，设计了拉伸试样的尺寸及测试指标；拉伸试样的平行长度L_c＝60mm，原始标距L₀＝30mm，横截面S₀＝45mm²，宽度b＝15mm，厚度a＝3mm；根据国标GB 3075-82《金属轴向疲劳试验方法》，疲劳试样工作段宽度为10mm，微观形貌观察的试样尺寸为10mm×10mm×3mm；

步骤2.2、进行海水加速腐蚀试验；试验条件为温度60℃，盐度6.0％，充氧条件；总共包含7个腐蚀周期：1d，2d，4d，8d，12d，16d，32d；对于力学性能测试的试样，每个腐蚀周期设置两个平行试样，按设定的周期取样；对于微观测试的腐蚀小试样，腐蚀第1天，取样6次，分别为20min，40min，1h，2h，4h，8h，之后每天取样1次；试样在投放以前，都经过无水乙醇、丙酮清洗，腐蚀过程中，及时观察腐蚀溶液变化，更新腐蚀溶液；

步骤2.3、用于力学测试的试样提取后使用酸洗的方法去除腐蚀产物，酸洗液：磷酸(H₃PO₄，比重1.70)50ml，铬酐(CrO₃)20g，加水至1L；浸泡10min后，经蒸馏水、无水乙醇清洗，吹干，用于微观测试的腐蚀小试样，提取后，用蒸馏水冲洗，烘干。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金海水加速腐蚀试验方法，其特征在于：在步骤四中所述的“对力学性能测试、腐蚀微观形貌观察和腐蚀产物成分测试结果进行分析”，其具体作法如下：

步骤4.1、从拉伸实验的结果知有，应力-应变曲线没有明显的塑形屈服点，在拉伸试验中采用非比例延伸率为0.2％时的应力值作为其屈服强度；根据测试结果，5A06铝合金在海水加速腐蚀试验后，抗拉强度随腐蚀时间呈现先上升后下降的趋势，屈服强度的变化趋势也是如此；在有限的腐蚀时间内，合金腐蚀前后的抗拉强度和屈服强度的变化幅度均在6％以内，其中在腐蚀周期16d时，抗拉强度达到最大，增长幅度为6％，在32d时，抗拉强度下降了1.7％；腐蚀8d，屈服强度达到最大，增长幅度为5.4％，在32d时，屈服强度基本恢复到初始状态；这说明试样的抗拉强度和屈服强度在经过加速腐蚀后有轻微下降，但是下降程度不显著；

步骤4.2、试样经海水加速腐蚀试验后，相比未腐蚀的试样，疲劳寿命有明显的下降；腐蚀周期1d后，疲劳寿命骤降，随着腐蚀时间的增长，疲劳寿命呈现下降-升高-再下降的变化趋势，这说明，该种铝合金的疲劳性能对海水腐蚀比较敏感；疲劳试样是经线切割制样后进行海水加速腐蚀试验的，机械加工后的试样，其工作段纵截面处存在很多加工痕迹，呈条纹状，这种局部缺陷，应力集中，在海水加速腐蚀试验中充当重要角色，是腐蚀发生的主要区域；机械加工造成的表面缺陷，由于电化学不均一，易形成局部电池，在缺陷处发生局部腐蚀，由于腐蚀的阴极/阳极面积比很大，这种腐蚀易发生，不易控制；因此，标准疲劳试样的5A06铝合金，经海水加速腐蚀试验后，其疲劳寿命的下降符合技术预测；

步骤4.3、由腐蚀微观形貌能观察到，腐蚀周期1d后，合金表面除了明显的打磨痕迹外，还出现轻微的点蚀坑，呈圆斑状，分布比较稀疏，腐蚀产物不明显；腐蚀2d后，白色的腐蚀产物零散地附着在合金表面，形貌为圆胞状，此时，腐蚀坑的密度和深度都有增加，圆斑状的蚀坑处有腐蚀产物聚集；腐蚀到4d，圆胞状的腐蚀产物不断向外扩展延伸，体积增大，呈圆团状，大量的腐蚀产物呈片状覆盖在合金表面，点蚀进展观察不太明显，并且发现，腐蚀产物大多聚集在打磨的划痕处；腐蚀进行到8d，腐蚀产物膜致密，将合金基体保护在腐蚀层下，这阻碍了腐蚀的进程，腐蚀12d后，局部腐蚀产物膜出现破裂的迹象，腐蚀16d后，蚀坑的密度和深度进一步增加，并且出现晶间腐蚀的形貌；腐蚀发生至32d时，腐蚀产物膜有明显的减薄，蚀坑分布很密集，其深度相对第1天加深很多，并且局部观察到剥层腐蚀的迹象；由此可见，5A06铝镁合金在海水加速腐蚀试验中的腐蚀由点蚀开始，进一步发展成晶间腐蚀，而腐蚀产物的分布不均匀造成未溶解的基体金属分层剥落，产生剥层腐蚀；

步骤4.4、腐蚀产物成分测试结果显示，腐蚀产物包含O、Mg、Al、Cl四种元素，观察发现，腐蚀坑内元素O和Cl的含量均大于基体表面处，这说明O和Cl参与了腐蚀反应，会产生Al₂O₃和AlCl₃，AlCl₃溶于水，所以最终覆盖在合金表面的不溶性的腐蚀产物膜包括Al₂O₃及其水合物Al(OH)₃；合金表面的Mg和Al的含量均大于蚀坑内，Mg(OH)₂又是难溶性物质，所以海水中合金表面生成的腐蚀产物膜主要是Al(OH)₃和少量Mg(OH)₂及氯化物；腐蚀1d，蚀坑内外，Mg的相对含量相差65％，Al的含量相差8％，腐蚀12d，其数据分别为64％和10％，因此，Mg的相对消耗量远大于Al。