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应力作用下2195Al-Li合金腐蚀行为的研究

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http://www.paper.edu.cn - 1 -应力作用下2195Al-Li合金的腐蚀行为研究1 陈文敬，李劲风，赵旭山，任文达，郑子樵 中南大学材料科学与工程学院，长沙(410083) E-mail：cwjandchs@163.com 摘 要：通过测量动电位极化曲线、电化学阻抗谱（EIS），并结合SEM研究恒应力作用下2195Al-Li合金在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明，应力增加，材料腐蚀加剧；合金主要腐蚀类型为晶间腐蚀和孔蚀，是由于合金的主要时效强化相为晶内析出的T1(Al2CuLi)

相，T1相与基体合金相互交替作为阳极相发生溶解，加速了合金孔蚀；同时晶界处析出粗大的平衡相T2(Al6CuLi3)相，T2相相对周围PFZ为阳极相发生溶解，导致合金发生晶间腐蚀。

关键词：2195Al-Li合金，动电位极化，电化学阻抗谱，恒应力 中图分类号：TG174.3,O646

1. 引言 Pickens[1]等人研发的2195Al-Li合金具有高比强度和良好的焊接性能，已广泛应用于航

天领域。但是，作为金属材料，2195Al-Li合金同样面对一个很重要的问题--腐蚀，在力学-环境因素的交互作用下2195Al-Li合金可能会发生腐蚀而导致灾难性的事故，因此这就对2195Al-Li合金抗应力腐蚀性能的要求也越来越高。近年来, 国内外研究学者对2195Al-Li合金在无应力作用下的腐蚀性能进行了大量研究,但是材料在使用过程中存在应力，因此研究Al-Li合金在应力作用下的腐蚀行为便尤为重要。 研究表明，拉应力加速金属材料的腐蚀。由于拉应力的存在，2024-T3铝合金的破坏电位降低，晶间腐蚀速率提高[2]。李劲风[3]等人发现，双级过时效7075铝合金在不受应力时不

易发生剥落腐蚀，但施加应力时，则发生严重的剥落腐蚀。采用电化学阻抗谱法(EIS)能够有效的研究材料的电化学腐蚀，故常用于铝及铝合金在NaCl 溶液、EXCO溶液中的腐蚀行为及双电层的研究[4~6]。通过EIS可以定量分析铝合金的剥蚀行为[7,8]。Bonora[9]等人通过测

量电化学阻抗谱研究应力作用下镁合金的腐蚀行为，研究结果表明：通过分析EIS可以充分解释机械化学效应。 本文采用测量动电位极化曲线曲线和电化学阻抗谱（EIS）等电化学方法，并辅以SEM观测手段，研究了弹性应力范围内、恒载荷作用下2195Al-Li合金的腐蚀行为。

2. 实验方法 实验所用2195Al-Li合金冷轧板材由西南铝业（集团）有限责任公司提供，板厚约2mm，其化学成分如表1所示。将冷轧板材在盐浴炉中经504℃/30min固溶后室温水淬，随后立即在GW-D型电热恒温干燥箱中进行峰时效处理, 时效温度为170℃，时效时间为32h。在国产CSS-44100电子万能试验机上测得板材的屈服强度σ0.2 =500MPa，抗拉强度σb=507MPa，

将板材沿轧制方向加工成拉伸试样形状，试样中间留出45mm2的工作表面并打磨、抛光、除油、清洗后在空气中自然风干，其余部分用石蜡密封。 恒应力腐蚀试验在国产FY-06A型拉伸应力腐蚀试验机上进行，腐蚀介质为3.5%NaCl（pH=6.5）溶液，实验装置如图1所示。采用以饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，Pt电极为辅助电极的三电极体系，配合Solartron1287恒电位仪(SI1287 Electrochemical Interface)微机系统测量在恒应力分别为0、350MPa、460MPa作用下2195Al-Li合金的动电位极化曲线,

1 本课题得到国家自然科学基金(50401012)资助。 http://www.paper.edu.cn - 2 -扫描范围Eop（SCE）-1V至0.1V，扫描速率1mV/s。同时采用相同的三电极体系测量在恒应力为460MPa作用下2195Al-Li合金的电化学阻抗谱，激励信号为幅值5mV的正弦波，测量频率变化范围从高频1×105Hz至低频1Hz。电化学阻抗测试完成后，根据腐蚀表面状态建立

等效电路，并应用Zview软件进行电化学阻抗数据拟合。用温度为80°C、2%CrO3+5%H3PO4

溶液清洗腐蚀产物后，采用KYKY-2800扫描电镜进行腐蚀表面形貌观察；采用Tecnai G220

透射电子显微镜观察材料内部微观组织结构。

表1 实验用2195Al-Li合金化学成分 (wt%) Table 1 Matrix composition of 2195Al-Li alloy (wt%) 化学元素 Cu Mg Li Zr Ag Al 百分含量 4.0 0.4 1.0 0.14 0.4 余量

3. 实验结果与分析 3.1应力对2195Al-Li合金表面腐蚀形貌的影响 图2a、2b为无应力及460MPa应力作用下，2195Al-Li合金在3.5%的NaCl溶液中浸泡3天的表面腐蚀形貌。不承受应力时，2195Al-Li合金发生均匀腐蚀，局部腐蚀主要为晶间腐蚀(IGC)，同时出现孔蚀(图2a)；在应力作用下，2195Al-Li合金也发生了均匀腐蚀，但局部出现严重腐蚀，并深入基体内部(图2b)。图2c、2d为无应力及460MPa应力作用下，2195Al-Li合金在3.5%的NaCl溶液中浸泡9天的表面腐蚀形貌。无应力时，2195Al-Li合金浸泡时间为9天的晶间腐蚀和孔蚀程度较浸泡3天的腐蚀明显加重(图2c)；受应力作用时腐蚀程度最严重，大量孔蚀连接成片，且合金表面大量腐蚀产物脱落，晶间腐蚀加剧(图2d)。

12 3

4

56

图１ 试验装置图 1-SI 1287恒电位仪 2-研究试样（工作电极） 3-电解池 4-参比电极（饱和甘汞电极） 5-鲁金毛细管 6-铂电极 Fig.１Schematic view of the test apparatus 1-SI 1287 Solartron Electrochemical Interface 2-Specimen (working electrode) 3-Electrochemical cell 4-Reference electrode (SCE) 5-Luggin capillary 6-Platinum electrode http://www.paper.edu.cn

- 3 - 2195Al-Li合金为时效强化型合金，主要强化相为在位错、晶界和亚晶界析出的T1(Al2CuLi)相和θ′(Al2Cu)相，同时，晶界析出平衡相T2(Al6CuLi3)。T1, T2和θ′相析出时需要

消耗Cu、Li原子，导致晶界、亚晶界附近出现无析出带(PFZ) [10~12]。本研究中，2195Al-Li合金晶内析出T1相，晶界处析出粗大的T2相，且T2相周围出现PFZ(图3a)。 2195Al-Li合金在无应力作用时的腐蚀形貌特征与析出相及其分布有关。李劲风[13]等人

研究了2195Al-Li合金在NaCl溶液中发生腐蚀时T1相的作用机制。研究表明，腐蚀初始阶段，T1相作为阳极相发生溶解，腐蚀后期，由于Li 在T1相中优先溶解，导致T1相电位正移，相对周围基体合金为阴极。T1相与基体合金相互交替作为阳极相溶解，加速了合金孔蚀[13,14]。为了解释T2相的腐蚀机制，2195Al-Li合金经300°C / 24 h时效后，将其TEM样品

图2不同应力状态下2195 Al-Li合金在3.5% NaCl溶液中浸泡不同时间的腐蚀形貌 a-无应力，浸泡3天 b-460MPa，浸泡3天 c-无应力，浸泡9天 d- 460MPa，浸泡9天 Fig. 2 Representative corrosion morphologies of unstressed and stressed 2195 Al-Li alloy immersed in 3.5% NaCl solution for different days a-unstressed，3days b-460MPa，3days c-unstressed，9days d- 460MPa，9days

图3 峰时效2195 Al-Li合金的TEM照片 Fig.3 TEM micrograph of peak-aged 2195 Al-Li alloy

T1T2

a b

dc a bhttp://www.paper.edu.cn

- 4 -浸入NaCl溶液1h，观察其微观组织结构。晶界处析出的T2相发生腐蚀，而其周围PFZ未发生腐蚀(图3b)，故2195Al-Li合金易于发生晶间腐蚀。

3.2应力对2195Al-Li合金的电化学行为的影响 图4为2195Al-Li合金在无应力、350MPa和460MPa恒应力作用下的动电位极化曲线。施加应力后动电位极化曲线的初始阶段腐蚀电流出现显著的波动现象，这可能是由于表面氧化膜受拉应力的作用而发生破裂-修复造成的[15]。随着应力的增加，相同阳极极化电位下，

阳极电流增加。由此表明，应力作用促进阳极溶解，增加腐蚀速度。 图5为460MPa应力作用下2195Al-Li合金的电化学阻抗谱。浸泡时间为17h时，合金电化学阻抗谱只出现一容抗弧（图5a）；而当浸泡时间延长至46h时，电化学阻抗谱由两个容抗弧组成，这从其Bode图（图5b）中可以分辨出。

电化学阻抗谱反映合金电极的表面腐蚀形貌。在浸泡初始阶段，合金尚未发生明显腐蚀，图4 2195 Al-Li合金在0、350MPa和460MPa恒应力下的动电位极化曲线 Fig4 Potentiodynamic curves of stressed 2195Al-Li alloy at 0,350MPa and 460MPa

E，V（SCE） -1-0.8-0.6

-0.4

-0.2

0.00000010.000010.0010.10

350MPa460MPa

0350MPa

460MPa

logi（A*cm-2）

图5 460MPa应力作用下2195 Al-Li合金在3.5%NaCl溶液中浸泡时间为17h、46h的电化学阻抗谱 a- Nyquist 图 b –Bode图 Fig.5 Nyquist and Bode plots of 460MPa stressed 2195 Al-Li alloy immersed in 3.5% NaCl solution for 17h and 46h a- Nyquist plot b – Bode plot

Zim / Ω⋅cm2 Zre / Ω⋅cm2

-3500-3000-2500-2000-1500-1000-500005001000150020002500

17h46h

a -80-70-60-50-40-30-20-100110100100010000100000

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不同温度下DD6_单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究

不同温度下DD6_单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究

装备环境工程第20卷第12期·20·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年12月不同温度下DD6单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究杨丽媛，张骐，孙志华，刘明，赵明亮（北京航空材料研究院 航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室，北京 100095）摘要：目的研究DD6高温合金在650、800、950 ℃等3种典型温度的燃气热腐环境下的耐腐蚀性能。

方法采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等测试方法，研究不同温度下DD6高温合金的热腐蚀行为。

结果与结论随着温度的升高，合金的腐蚀速率呈逐渐增加的趋势。

当温度为650、800 ℃时，合金的腐蚀速率较小；当温度为950 ℃时，表面腐蚀产物明显剥落，腐蚀程度明显增加。

在650 ℃下，DD6合金的腐蚀层较薄，主要为NiO、Al2O3等氧化物。

在800、950 ℃下，腐蚀层分为2层，外层由2部分构成，最外侧为一薄层NiO和Co3O4等的混合物，次外层为相对疏松的NiO，内层为Al2O3和Cr2O3构成的相对致密的腐蚀层。

腐蚀层下方的基体中，出现了γ'相退化区，并且出现了明显的内硫化现象，加剧了热腐蚀作用。

关键词：DD6；单晶高温合金；燃气热腐蚀；微观形貌；内硫化中图分类号：TG132.3 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)12-0020-06DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.12.003Hot Gas Corrosion Behavior of Single Crystal Superalloy DD6 at Different Temperature YANG Li-yuan, ZHANG Qi, SUN Zhi-hua, LIU Ming, ZHAO Ming-liang(Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Corrosion and Protection for Aviation Material,AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China)ABSTRACT: The work aims to study the corrosion resistance of DD6 super alloy in three typical hot gas corrosion environ-ments at 650 ℃, 800 ℃ and 950 ℃. The corrosion behavior of DD6 super alloy was investigated by X-Ray Diffraction, scan-ning election microscopy and energy dispersive X-ray spectrum (EDS). The hot corrosion rate of alloy increased with the in-crease of temperature. The hot corrosion rates at 650 ℃ and 800 ℃ were relatively low. Significant spallation of corrosion products and obvious corrosion occurred at 950 ℃. The corrosion layer of DD6 alloy at 650 ℃ was relatively thin, mainly composed of oxides such as NiO and Al2O3. The corrosion products were divided into two layers at 800 ℃ and 950 ℃. The outer layer consisted of two parts, the outermost layer was a mixture of a thin layer of NiO and Co3O4, the secondary layer was loose NiO and the inner layer was a relatively dense corrosion layer composed of Al2O3 and Cr2O3. The phase γ' degradation zone appeared in the alloy below the corrosion layer, and there was obvious internal vulcanization phenomenon which acceler-ated the hot corrosion.KEY WORDS: DD6; single crystal super alloy; hot gas corrosion; microstructure; internal vulcanization收稿日期：2023-10-29；修订日期：2023-12-11Received：2023-10-29；Revised：2023-12-11引文格式：杨丽媛, 张骐, 孙志华, 等. 不同温度下DD6单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(12): 20-25. YANG Li-yuan, ZHANG Qi, SUN Zhi-hua, et al. Hot Gas Corrosion Behavior of Single Crystal Superalloy DD6 at Different Temperature[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(12): 20-25.第20卷第12期杨丽媛，等：不同温度下DD6单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究·21·DD6单晶高温合金具有优异的综合力学性能（拉伸、持久、蠕变）和良好的抗氧化性，目前已广泛应用于航空发动机和燃气轮机关键热端部件[1-8]。

析出晶内析出相主要为β相晶界析出...

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材料学专业毕业论文 [精品论文] 5A30与5083铝合金型材应力腐蚀行为的对比研究关键词：铝合金材料拉伸开裂应力腐蚀晶界分布摘要：本文采用慢应变速率拉伸（SSRT）法研究了5A30及5083铝合金型材的应力腐蚀开裂（SCC）行为并评定了它们的SCC敏感性。

借助SEM、TEM、OM、EDS、XRD、动电位扫描及阳极电流恒载荷拉伸等手段，研究了预变形量、稳定化处理、应变速率、极化电位对两合金型材SCC行为的影响规律；进而对比分析了两合金型材SCC行为的异同；从两合金型材在不同预变形量条件下的显微组织差异，分析了预变形量对两合金型材SCC敏感性影响规律的主要原因；进一步探讨了5xxx 系铝合金的SCC机理。

主要内容如下：⑴探明了预变形量、稳定化处理、应变速率、极化电位对5A30与5083铝合金型材SCC敏感性的影响规律。

结果表明，预变形量在0～15％范围内，两合金型材的SCC敏感性均随预变形量增加先减小后增大，在预变形量为10％时，SCC敏感性最小；预变形后的稳定化处理显著降低两合金型材的SCC敏感性；应变速率在10-4s-1～10-6s-1范围内，两合金型材的SCC敏感性随应变速率减小而增大；阳极极化显著增加两合金型材的SCC敏感性，阴极极化使其减小。

⑵探明了5A30与5083铝合金型材在不同条件下的断口形貌。

结果表明，两合金型材在空气中的SSRT断口形貌均呈韧窝状，具有明显的韧性断裂特征，而在3.5％NaCl溶液中的SSRT断口形貌呈解理状，具有脆性断裂特征，预变形量在0～15％范围内，断口的脆断特征随预变形量增加先减弱后增强，在预变形量为10％时，脆断特征最小；预变形后的稳定化处理使断口的脆断特征显著减弱；应变速率在10-4s-1～10-6s-1范围内，断口的脆断特征随应变速率减小而增强；阳极极化显著增强断口的脆断特征，阴极极化使其减弱。

⑶对比分析了5A30与5083铝合金型材慢应变速率拉伸SCC行为的异同。

5A90铝-锂合金流变行为及本构模型研究

5A90铝-锂合金流变行为及本构模型研究

Abstract:The isothermal tensile tests were conducted in the temperature range from 623 K to 723 K, and at strain rates of 0. 0001 s ~1 ,0. 001 s and 0. 01s ~1 for 5A90 - T3S Al - Li alloy. The corresponding true stress - strain curves were obtained. The flow behavior of 5 A90 一 T3S Al - Li alloy was
2019年第8期
•轻合金及其加工•
轻金属
• 51 •
5A90铝-锂合金流变行为及本构模型研究
汪冠宇，马贵春
（中北大学机电工程学院，山西太原030051）
摘 要：在温度范围为623 ~723 K,应变速率为0.0001 s"、0.001 s"、0.01 s"的条件下对5A90-T3S铝-锂合金薄 板进行等温拉伸试验，得到相应的真实应力应变曲线。研究5A90-T3S铝-锂合金在该变形条件下的流变行为，分 析其应变硬化机制。运用基于双曲正弦函数的Arrhenius本构模型得到流变应力与温度、应变速率等参数之间的定量 关系。将模型预测值与试验值进行对比，并进行误差分析。结果表明：试验值与预测值的最佳相关性系数可达到 0. 998 ,平均相对误差可达到4.08%。表明可以使用Arrhenius模型来预测5A90-T3S铝-锂合金的流变行为。 关键词：5A9O-T3S铝-锂合金；热变形；流变行为；本构关系 中图分类号：TG146. 21文献标识码：A 文章编号：1002 - 1752(2019)08 -0051 -06
铝合金表面有机硅环氧涂层的腐蚀电化学行为

铝合金表面有机硅环氧涂层的腐蚀电化学行为

本文采用电化学阻抗谱 (EIS) 对有机硅环氧涂 层/LY12 铝合金电极体系在 5%NaCl (质量分数) 溶 液中的腐蚀行为进行了研究，提出了该涂层体系在 浸泡腐蚀过程中不同的阻抗模型。并对 EIS 进行解 析，得出各阻抗参数随浸泡时间的变化规律，初步探 讨了该涂层体系的失效机制。
2 实验方法
2.1 涂层制备 涂料选用 Silikopon®EF 有机硅环氧树脂，固化
4期
元 辛等：铝合金表面有机硅环氧涂层的腐蚀电化学行为
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表现为涂层电阻 (Rc) 与涂层电容 (Cc) 相并联的等 效电路，见图 2。对浸泡初期 (0.5 h) 的 EIS 数据进行 拟合得到涂层电容 Cc=4.09×10-9 F·cm-2，涂层电阻 Rc=1.02×107 Ω·cm2，可以看出拟合结果与 EIS 数据 吻合得很好 (图 2)。
摘要：研究了铝合金/有机硅环氧涂层电极在 5%NaCl (质量分数) 溶液中的腐蚀电化学行为，提出了涂层体系 在浸泡过程中的不同阻抗模型。结果表明，该涂层体系的作用过程可分为 3 个阶段：浸泡初期为涂层吸水，中 期为烷氧基硅烷的水解和缩聚，后期主要为阻挡层保护。阻抗参数解析表明，涂层中硅烷的水解与缩聚增强 了涂层的致密度和交联度，从而使涂层体系在浸泡过程中可实现修复和自愈 (或逆损伤)。 关键词：有机硅环氧涂层 EIS 等效电路 阻抗参数 LY12 铝合金 中图分类号：O464 文献标识码：A 文章编号：1005-4537(2014)04-0375-07
溶液界面的电化学阻抗 (CdlRct)，其中 Cdl为双电层电 容，Rct 为电荷转移电阻 (即反应电阻)。图 3 以电极 在 5%NaCl 溶液中浸泡 1.5 h 为例给出了体系的阻 抗复平面图，拟合得到浸泡 1.5 h 后的涂层电容 Cc= 4.14×10-9 F·cm-2，涂层电阻 Rc=4.25×106 Ω·cm2，界面 双电层电容 Cdl=1.52×10-8 F·cm-2，电荷转移电阻 Rct= 2.55×106 Ω·cm2。虽然在阻抗谱上并未清晰地出现 双时间常数，但用图 3 的等效电路能对实验数据进 行很好的拟合，这主要是因为杂化涂层改变了 Al 基 体表面的化学性质 (存在共价键，如 Si—O—Al)，大 大减少了发生腐蚀反应的活性点的数量。当电解质