不同腐蚀条件下TC17钛合金腐蚀行为研究

李俭++王金栓++陈立杰++高兴++陆铨

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.138

摘 要：该文研究了不同腐蚀环境下，TC17钛合金的腐蚀行为，对腐蚀前后实验件，运用金相显微镜和超景深三维显微系统对腐蚀表面进行了观察。结果表明：钛合金在3.5%NaCl溶液和H2O2复合溶液中具有较高的耐蚀性，在HNO3复合溶液和KClO3复合溶液中腐蚀效果明显，试样表面出现腐蚀坑。随着腐蚀时间的增长，腐蚀坑密度、尺寸、深度也随之变大。

关键词：TC17钛合金 腐蚀实验 腐蚀坑

中图分类号：TG172.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0138-04

钛合金属于轻金属材料，具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点[1]。从20世纪50年代开始，钛合金在航空航天领域中得到了广泛的应用。钛合金是当代飞机和航空发动机的主要结构材料之一，与铝合金相比，钛合金可以提高飞机结构寿命60%[2]。在航空发动机中，压气机是使用钛合金最多的部件，占航空发动机用钛量的95%[3]。TC17钛合金是α-β型两相钛合金，该合金具有疲劳强度高，韧性、淬透性、热稳定性好的特性，适用于制造发动机压气机盘及发动机叶片[4]。航空发动机压气机叶片的工作环境复杂，很容易发生腐蚀，带来的腐蚀问题也较为突出。文章选定TC17为研究对象，研究了TC17钛合金实验件在4种不同腐蚀液环境下的腐蚀行为。

1 实验材料与实验方法

实验所用材料为TC17钛合金，其化学成分如表1所示。所有试样轧制方向取样，试样尺寸为12 mm×10 mm× 2 mm。

试样预腐蚀前用丙酮和超声波清洗机彻底清洗试件表面油污、尘垢和油脂，然后浸泡在配置好的4种腐蚀溶液的烧杯中，预腐蚀浸泡时间分别为：24 h，120 h，240 h。为了保持腐蚀溶液内pH值稳定，溶液每隔48 h更换一次，环境温度为20 ℃[5]。

当到达指定的腐蚀时间后，将试样表面清洗后放入干燥器中。采用麦克奥迪金相显微镜BA310Met对试样腐蚀表面进行观测，对比未腐蚀前和在4种不同腐蚀溶液下预腐蚀24 h后的腐蚀表面形貌。为了探究腐蝕时间对TC17合金腐蚀情况的影响，又拍摄了试样在4%HNO3复合溶液和1%KClO3复合溶液下预腐蚀120 h，240 h后的腐蚀表面形貌。为进一步探究腐蚀时间对腐蚀坑大小的影响，运用超景深三维显微系统Keyence VHX-600对试样在4%HNO3复合溶液下腐蚀24 h和480 h后的腐蚀表面的腐蚀坑进行观测。

2 实验结果与讨论

TC17合金腐蚀前跟腐蚀后的金相如图1和图2所示。对比试样未腐蚀前的表面和试样在4种腐蚀溶液下预腐蚀24 h后的表面，可以发现试样在3.5%NaCl溶液和1%H2O2复合溶液中，试样表面基本没有腐蚀；在4%HNO3复合溶液和1%KClO3复合溶液下，试样表面出现了明显的腐蚀坑。表明TC17合金在前两种腐蚀环境下耐腐蚀性较好，在后两种腐蚀环境下产生了明显的腐蚀。

为了探究腐蚀时间对TC17合金腐蚀的影响，然后又观察了TC17合金试样在4%HNO3复合溶液和1%KClO3复合溶液内浸泡120 h和240 h的表面腐蚀形貌。如图3、图4所示，对比可以发现，随着腐蚀时间的增长，TC17合金试样表面产生的腐蚀坑的数目变多。再对比TC17合金试样在4%HNO3复合溶液和1%KClO3复合溶液中的腐蚀表面形貌，可以发现相同腐蚀时间下，前者腐蚀表面腐蚀坑的密度比后者大，所以TC17合金在4%HNO3复合溶液中腐蚀情况较1%KClO3复合溶液中更严重。

为进一步探究腐蚀时间对腐蚀坑大小、深度的影响，选取浸泡在4%HNO3复合溶液下的试样为研究对象，运用超景深三维显微系统Keyence VHX-600对腐蚀时间为24 h和480 h的试样表面典型腐蚀坑进行观测，VHX-600集成5 400万像素CCD相机，能实现快速深度合成和3D显示功能，如图5、6所示。

统计所观测的腐蚀坑尺寸（如表3所示），可得：随着腐蚀时间的增加，腐蚀坑尺寸变得更大，深度更深。

3 结论

（1）通过观察试样在4种不同腐蚀溶液中浸泡一定时间后腐蚀表面形貌，可以得出：TC17合金在3.5%NaCl溶液和1%H2O2复合溶液中具有较高的耐蚀性，基本没有出现腐蚀坑；在4%HNO3复合溶液和1%KClO3复合溶液中出现明显的腐蚀坑。

（2）随着腐蚀时间的增长，腐蚀坑密度也随之变大，并且在相同腐蚀时间下，试样在4%HNO3复合溶液中腐蚀情况较1%KClO3复合溶液中更严重。

（3）通过试样在4%HNO3复合溶液中浸泡24 h和480 h后腐蚀坑尺寸对比，证明随着腐蚀时间的增加，腐蚀坑大小、深度也随之改变。

参考文献

[1] Leyens C， Peters M.Titanium and Titanium Alloys[A].Titanium and Titanium Alloys - Fundamentals and Applications[C].DLR，2003：1-513.

[2] Dave Watson，DR Tom Bayha，Tom Hofmann，et al.Titanium takes off[J].Cutting tool Engineering Magazine，2007，59（3）：39-42.

[3] 黄旭，朱知寿，王红红.先进航空钛合金材料与应用[M].北京：国防工业出版社，2012.

[4] Rodney Boyer.Materials Properties Handbook：Titanium Alloys[M].Ohio：ASM，1994： 453.

[5] 林翠，刘枫，赵晴，等.氢氟酸-硝酸体系中TC4钛合金的腐蚀行为[J].失效分析与预防，2008，3（2）：11-15.