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首页 > 舰船和海洋工程用铜合金金属腐蚀专题 > 腐蚀行为
总体概况
铜镍合金在海水中的腐蚀速率主要取决于其表面的腐蚀产物膜的性质,凡是能影响其腐蚀产物膜的形成过程、形成速度、膜层成分、结构及保护性能的因素,都能影响铜镍合金在海水中的耐蚀性。目前国内外学者对铜镍合金在海水中耐蚀性影响因素问题进行了大量有效而细致的研究[48, 50, 53, 55, 58, 98-104],从环境角度分析,这些因素包括海水介质的高盐度、某些海域的高含砂量、海生物导致的海水酸化和长期高流速海水冲刷等;从材料角度分析,合金元素含量、形变及热处理后微观组织结构的变化、晶界结构等都会影响铜镍合金在海水中的腐蚀产物膜的形成和性质,从而影响铜镍合金在海水环境中的耐蚀性。
合金成分
表面膜的组成成分主要来自于基体合金成分元素,比如铜、镍、铁等合金元素,此外还有海水介质中的氯、硫、钙以及氧元素。合金成分必然在一定程度上会影响表面膜的性能,进而影响铜镍合金的耐海水腐蚀性能。Badawy研究了镍含量从5 %到65 %之间变化的铜镍合金在含氯离子的中性溶液中耐蚀性的变化,结果表明,随着镍含量的增加,阳极极化曲线出现钝化区,钝化电流密度逐渐降低,钝化区击破电位逐渐正移。Efird研究了不同镍和铁含量的铜镍合金在静态和高速喷射海水环境中腐蚀行为,其研究的镍含量在0 %到30 %之间,铁含量在0.5 %到2.0 %之间,发现镍含量提高对提升铜镍合金在静态和高速喷射海水环境中耐腐蚀性能有明显的作用,这与Badawy研究结果相同;同时,添加少量的铁元素可大大增强Ni对提高耐蚀性的效果,添加少量铁元素还有助于铜镍合金在海水介质中形成富镍的腐蚀产物膜。
组织缺陷
国内外不同厂家生产的B10铜镍合金管材的服役性能悬殊,然而其合金成分的检验结果往往是一致的,国内外许多研究者的研究结果表明,由加工工艺造成的组织缺陷会对铜镍合金的耐蚀性能产生重要影响。Drolenga等人研究了B10铜镍合金的微观组织结构对耐蚀性的影响,发现合金经过特殊敏感工艺条件下的固溶处理后产生沿晶界析出的不连续沉淀物,析出物对合金腐蚀产物膜的成膜质量产生负面的影响,在海水中形成的腐蚀产物膜为疏松多孔的黑色产物膜,膜下存在橘黄色晶体。朱小龙和雷廷权研究了经不同形变和热处理后、再结晶程度不同的B30铜镍合金在海水中的腐蚀行为,结果发现,随着再结晶程度的增大,铜镍合金内部位错分布趋向均匀,腐蚀产物膜稳定性提高,铜镍合金的耐蚀性能提高;与完全再结晶组织相比,不完全再结晶组织在海水中形成的腐蚀产物膜保护性较差,且随着变形晶粒的优先溶解,腐蚀产物膜局部发生破坏。
表面状况
铜镍合金管材的表面状态会对其腐蚀行为和腐蚀产物膜的形成和性质产生影响。Zanoni等人对出厂态、经机械打磨后、经酸洗后的三种表面状态的C71640铜镍合金的表面成分进行了XPS分析,结果发现,出厂前的光亮退火使得C71640合金表面产生一层厚度超过30 nm的氧化膜,主要成分是MnO2,而机械打磨和酸洗都造成了合金表面贫Mn和贫Fe.这种富锰的原始表面膜有利于膜层随海水浸泡转化成富铁富镍膜,从而出现电垃负移,相对基体成为阳极性保护膜。相反,如果原始表面膜存在严重缺陷,例如切工残留碳存在于氧化亚铜膜中(简称碳膜),则可能由于各种物理和化学的原因,使暴露初期局部腐蚀即以较快的速度形核,只需几个月的时间即可在膜下形成点蚀坑。碳膜的腐蚀电位高于合金基体50 ~70 mV,随暴露时间的推移,并不像正常膜层那样有明显的电位负移,理论上可以预料这样的原始表面膜一旦发生局部破坏,必然作为阴极如速膜下基体的局部腐蚀。