铝合金微弧氧化层耐海水冲蚀性能的研究王思然

左康江+韩飞彪+朱宏强+杨旭

摘 要：采用失重法研究了冲刷速度和温度对铝合金微弧氧化层在海水中冲刷腐蚀速率的影响，结合对试样表面腐蚀形貌的观察，对铝合金微弧氧化层在海水中冲蚀行为进行了分析。结果表明，铝合金微弧氧化层在海水中的耐蚀性与海水的冲蚀速度和海水的温度有密切联系，微弧氧化层的耐蚀性随冲蚀速度的增大和冲蚀温度的升高而降低。

关键词：铝合金微弧氧化层 海水 温度 冲刷速度 冲刷腐蚀

中图分类号：TG17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0057-03

海水中含有大量的腐蚀性氯离子，铝合金在海水中因氧化膜的破裂而极易发生局部腐蚀，因此，研究海水冲蚀环境下铝合金微弧氧化层的腐蚀行为对海洋工程事业显得尤为重要[1]。此实验以人造海水冲蚀速度和温度为变量，研究铝合金微弧氧化层在不同条件下的腐蚀情况，通过失重法研究试样冲蚀前后的质量变化，并利用扫面电镜对冲蚀后的试样表面腐蚀程度进行分析。

1 实验方法

1.1 实验材料

选用标准牌号为LF4的铝镁系防锈铝，制成15 mm×15 mm×2 mm的试片，用金相砂纸打磨，清水冲洗后放入超声波清洗机中清洗，再用酒精棉花擦干后置于烘干机中烘干备用（未封孔处理）。

1.2 微弧氧化层制备

微弧氧化实验电解液配方为：硅酸钠40 g、氢氧化钠25 g、乙二胺四乙酸二钠25 g、去离子水5 L。在氧化时间30 min条件下，设置参数如表1、表2所示，制备试样。

1.3 海水冲蚀实验

制备人造海水20 L。人造海水配方为：氯化钠26.726 g/L，氯化镁2.26 g/L，硫酸镁3.248 g/L，氯化钙1.153 g/L，碳酸氢钠0.198 g/L，氯化钾0.721 g/L，另含溴化钠、硼酸、硅酸钠、磷酸、六氯化二铝、硝酸锂等微量，将其溶于自来水中。

求得冲蚀速度5 m/s、7 m/s、9 m/s、11 m/s，在冲蚀机上对应的转速分别为208 r/min、290 r/min、374 r/min、460 r/min，因此取转速分别为210 r/min、290 r/min、375 r/min、460 r/min共4种转速。每一转速的试样冲蚀时间设定为12 h。

第二组：速度恒为7 m/s，即290 r/min，冲蚀温度分别为25 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃，共4种温度。

2 结果与讨论

2.1 冲蚀失重实验结果

铝合金微弧氧化层在海水中冲蚀失重分析结果如表3所示。

铝合金微弧氧化层在海水环境中以局部腐蚀为主，腐蚀失重数值较小，但可以初步评价铝合金在一般海水环境中的耐蚀性能，且其对缝隙腐蚀比较敏感，缝隙腐蚀一般出现在试样表面的附着物、沉积物下面或者试样未封孔处[1，2]。

2.2 冲蚀失重与冲蚀速度关系

铝合金微弧氧化层在海水中冲蚀失重与冲蚀速度关系如图1所示。

研究发现铝合金微弧氧化层在静止海水中的耐蚀性比较好，腐蚀速率相对较小，随着冲蚀速度的增加，耐蚀性迅速下降，当冲蚀速度为2 m/s时，LF2铝合金试样的平均腐蚀速率近乎于静水中的8倍[2，3]。因此，在一定范围内，冲蚀失重随冲蚀速度的增加而增加。

2.3 冲蚀失重与冲蚀温度关系

铝合金微弧氧化层在海水中冲蚀失重与冲蚀温度关系如图2所示。

温度是直接影响反应速率和传质过程的动力学常数，温度每上升10 ℃或者每上升30 ℃，受动力学控制的金属的腐蚀速度和受扩散控制的金属的腐蚀速度分别增加1倍。因此，在一定条件下，腐蚀速度增加，冲蚀失重的质量随之增加[3]。

温度不仅直接影响着腐蚀速度，还可能通过影响反应物和产物的溶解性，改变腐蚀产物和钙质水垢的性能达到影响腐蚀速度的效果。同时，随温度的升高，氧的溶解度高低也影响腐蚀速度[3，4]。

除此之外，随冲蚀时间的延长，试样表面无明显的腐蚀物堆积，但出现试样表面轻微变黑，表面出现变黑是由于在腐蚀初期生成腐蚀产物薄膜导致的，这一现象与海水浸泡实验现象相似。

当试样表面有较多的划痕、凹坑等缺陷（试样微弧氧化层损坏）时，则腐蚀最先从缺陷处开始发生，随腐蚀时间的延长，表面出现点蚀坑，随腐蚀膜增厚腐蚀产物变多时渐渐表现为白色[4，5]。

3 结语

随着科技的进步和发展，对铝合金微弧氧化层的耐腐蚀性能要求越来越高。此实验以天然海水中的基本成分配置实验所用海水，人工模拟海水的速度和温度变化对铝合金微弧氧化层的耐冲蚀性能进行了基本的研究和分析。虽然和真实的海洋环境相比实验的数据会有所出入，但对铝合金微弧氧化层耐蚀性能的研究发展同样做出了努力。

参考文献

[1] 张波，韩冰.LF4铝合金在海水中的腐蚀性能研究[J].海洋科学，2005，29（7）：4-7.

[2] 韩东锐，张波，欧家才，等.微弧氧化铝合金在海水中的腐蚀行为[J].腐蚀与防护，2010，6（31）：452-454.

[3] Ijssseling F P. General Guidelines for Corrosion Testing of Materials for Marine Applications[J].British Corrosion Journal，1989，24（1）：55-78.

[4] 彭文才.铝合金深海腐蚀研究进展[J].材料开发与应用，2010，25（1）：59-62.

[5] 何明涛，孟惠民，俞宏英.铝合金表面磨损对其耐海水腐蚀性的影响[C]//2014海洋材料腐蚀与防护大会.2014.