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1、LY12cz鋁合金晶間腐蝕模擬試驗(yàn)研究1)李 荻 張 琦 王弟珍 郭寶蘭 張玉梅（北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程系） 摘 要 用金屬間化合物θ（CuAl2）、S（Al2CuMg）、MnAl6與純Al（L1）組成多電極體系，以模擬LY12cz合金的晶界區(qū).通過(guò)電化學(xué)測(cè)試、SEM和能譜分析等方法研究了該合金晶間腐蝕機(jī)理.證實(shí)其晶間腐蝕是由沿晶界偏析的強(qiáng)化相與貧Cu區(qū)所組成的多電極體系引起的.在含Cl－離子的中性溶液中，S相是導(dǎo)致晶間腐蝕的主要陽(yáng)極相.S相首先發(fā)生陽(yáng)極溶解，隨后，貧銅區(qū)、MnAl6相逐步隨S相一起溶解.以這種
2、方式沿晶界形成了陽(yáng)極溶解通道，導(dǎo)致晶間腐蝕. 關(guān)鍵詞 晶間腐蝕；模擬試驗(yàn)；機(jī)理；多電極體系；LY12cz鋁合金 分類(lèi)號(hào) TG17 按照通常的腐蝕理論分析，可推測(cè)LY12鋁合金自然時(shí)效處理后，主要強(qiáng)化相S相（Al2CuMg）、θ相(CuAl2）和少量MnAl6將在晶界析出，晶界周?chē)霈F(xiàn)無(wú)沉積帶（貧銅區(qū)）.合金暴露在腐蝕性介質(zhì)中時(shí)，有可能發(fā)生晶間腐蝕及剝蝕，其中晶內(nèi)基體和正電性的相，如CuAl2可能作為陰極，而負(fù)電性的相，如晶界貧銅區(qū)，可能作為陽(yáng)極，組成腐蝕微電池，形成沿晶界的陽(yáng)極溶解通道而發(fā)生晶間腐蝕.為了證實(shí)以上觀(guān)點(diǎn)和深
3、入了解LY12鋁合金晶間腐蝕機(jī)理，本文用多電極體系腐蝕試驗(yàn)來(lái)模擬LY12cz的晶間腐蝕，得到了一些有意義的規(guī)律. 1實(shí)驗(yàn) 用純金屬為原料分別冶煉制成金屬間化合物S相（Al2CuMg）、θ相(CuAl2）和MnAl6相〔1〕，以工業(yè)純鋁（L1）模擬晶界貧銅區(qū)，以L(fǎng)Y12cz模擬晶內(nèi)，以上述各金屬間化合物按下列面積比組成多電極體系，以模擬LY12cz合金晶界區(qū).面積比的選定參照了金相圖譜與有關(guān)資料〔2〕.晶內(nèi)（LY12）∶貧銅區(qū)（L1）∶S相∶θ相∶MnAl6=160∶4∶2∶2∶1 將制備好的多電極體系分別浸泡在3.5%NaC
4、l和0.5%(NH4)2SO4混合水溶液中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)周期為24h，面容比為40ml/cm2. 用FDO-2電偶腐蝕計(jì)和自制的專(zhuān)用接線(xiàn)板實(shí)時(shí)測(cè)量多電極體系的耦合電位Eg、耦合電流Ig、各電極的自腐蝕電位及各陽(yáng)極相的陽(yáng)極電流隨浸泡時(shí)間的變化. 用S-530型掃描電鏡觀(guān)測(cè)試樣的腐蝕形貌，用LinkISISEDAX能譜儀分析試樣表面成分. 2 結(jié)果與討論 電化學(xué)測(cè)試結(jié)果如圖1和圖2所示. 多電極耦合電位Eg隨浸泡時(shí)間逐漸變正，并趨于穩(wěn)定（圖1）. 耦合電流Ig隨時(shí)間的變化（圖2）則表明多電極體系浸入溶液后，陽(yáng)極相以很大
5、的速度迅速腐蝕，然后腐蝕速度逐漸減小，趨于穩(wěn)定值.圖1 多電極體系的耦合電位Eg與各電極腐蝕電位E隨時(shí)間t的變化 用Eg與各電極的腐蝕電位比較，不難看出，在前6 h里，S相單獨(dú)作為陽(yáng)極，其它幾相共同組成陰極.6 h后純鋁的腐蝕電位變得比Eg負(fù)，與S相一起成為陽(yáng)極，遭受腐蝕.10 h后MnAl6也成為陽(yáng)極.表1 多電極模擬體系浸泡24h后的電極表面成分分析(原子百分?jǐn)?shù)） 注:由于儀器精度所限，H元素未檢出.圖2 多電極耦合電流Ig隨時(shí)間t的變化 雖然在后一階段，純Al、MnAl6和S相一起作為陽(yáng)極，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得通過(guò)純Al和
6、MnAl6的陽(yáng)極電流都非常小，分別小于1.5 μA/cm2和1.0 μA/cm2，且隨時(shí)間不斷減少，遠(yuǎn)小于流過(guò)S相的電流（＞100 μA/cm2)，流過(guò)S相的總電流僅比Ig略小一點(diǎn).所以Ig主要由S相的陽(yáng)極電流控制，S相的陽(yáng)極溶解速度遠(yuǎn)大于純Al和MnAl6.試驗(yàn)過(guò)程中也觀(guān)察到，試驗(yàn)一開(kāi)始S相就迅速溶解，而其它電極表面則無(wú)明顯變化. 觀(guān)察實(shí)驗(yàn)后的電極表面，發(fā)現(xiàn)LY12合金表面無(wú)明顯變化，純Al表面有少量的點(diǎn)蝕坑(圖3)，CuAl2表面變黑，MnAl6表面有少量蝕點(diǎn)，而S相表面的腐蝕十分嚴(yán)重，表面變黑，有龜裂與剝落（圖4）.這些現(xiàn)
7、象與前面的分析是一致的. 圖3 多電極模擬試驗(yàn)24h后純鋁的腐蝕形貌(×3)圖4 多電極模擬試驗(yàn)24h后S相（Al2CuMg）的腐蝕形貌對(duì)腐蝕電極表面成分進(jìn)行能譜分析的結(jié)果見(jiàn)表1.從表1可以推測(cè)： 1)S相的腐蝕產(chǎn)物中主要是氫氧化鋁，氧化鋁和少量的硫化物；而裂縫內(nèi)Cu的含量很高，產(chǎn)物和裂縫中均未發(fā)現(xiàn)Mg.這說(shuō)明S相陽(yáng)極溶解的主要是Al和Mg，其中大部分Al以氫氧化鋁的形式沉積下來(lái)，而Mg和少部分Al形成可溶性產(chǎn)物進(jìn)入溶液中.Cu則成為陰極加速Al，Mg的溶解，隨著Al、Mg的溶解，暴露出來(lái)的Cu被陰極吸氧反應(yīng)的中間產(chǎn)物氧化.
8、 2)純Al的蝕孔內(nèi)除有少量的氧化物、硫化物和氯化物外，主要是金屬Al，而腐蝕產(chǎn)物主要是氫氧化鋁和少量硫化物.蝕孔外基體表面覆蓋著一層鋁的氧化膜. 3)MnAl6的蝕孔內(nèi)Mn的含量明顯高于基體，而產(chǎn)物中Al／Mn比例遠(yuǎn)大于基體，氧的含量也高，還有
