硝酸含量对测量5xxx铝合金板材晶间腐蚀性能的影响

2020-03-18肖宝靓

有色金属加工 2020年1期

尤媛，肖宝靓，张东，曹阳，陈龙

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

5xxx铝合金具有中等强度、优良的耐腐蚀性能，是铝合金中除纯铝外耐腐蚀性能最好的合金，被广泛应用于海洋工程和船舶领域，其中晶间腐蚀是影响其产品性能的一个主要指标[1]。晶间腐蚀敏感性检测方法有质量损失法和金相观察法[2]，其中质量损失法包括ASTM G67-2013《在硝酸溶液中使用质量损失测定5xxx铝合金晶间腐蚀敏感性的试验方法(NAMLT)》[3]和GB/T 26491-2011《5xxx铝合金晶间腐蚀试验方法质量损失法》[4]，这两个检测方法主要区别在于使用的硝酸含量不一致，其中ASTM G67-2013方法中规定的硝酸含量(质量分数，下同)为70%～72%，GB/T 26491-2011方法中规定的硝酸含量为44%，然而我国的纯硝酸试剂的浓度为65%～68%。因此，本文一方面研究是否能够使用我国分析纯硝酸来代替ASTM G67-2013标准中要求的硝酸含量进行试验；另一方面对ASTM G67-2013和GB/T 26491-2011这两种检测方法进行对比，为对5xxx铝合金板材晶间腐蚀检测提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本试验采用辽宁忠旺集团有限公司生产的5052-H112、5454-H111和5083-H116铝合金板材，板材厚度为5mm，通过ARL-3460直读光谱仪定性分析，化学成分结果见表1。试样经过锯床锯切、铣床铣平以及打磨试样边缘等加工后，尺寸为50mm×6mm×5mm，其中50mm方向与产品纵向平行。

表1 铝合金材料的化学成分(质量分数，%)

1.2 试验方法

使用质量损失法对三种铝合金板材晶间腐蚀敏感性进行评价，试验用硝酸溶液含量分别为65%、60%、55%、50%、44%、32%、25%和17%，每组试验采用4个平行试样。首先将试样在80℃的5%NaOH溶液中浸泡1min，清水冲洗后浸泡于纯硝酸30s，清水冲洗、干燥，称取初始质量(m1)；然后分组浸泡在不同含量的硝酸溶液中，溶液温度30℃，浸泡时间24h。取出试样，用细毛刷重复刷洗、晾干直到质量恒定(m2)，计算单位面积的质量损失(mg/cm2)，结果取4个试样平均值。

2 试验结果及分析

表2为三种铝合金板材在不同硝酸含量溶液中的质量损失。结果表明，5xxx铝合金在不同含量硝酸溶液中的质量损失有很大区别，随着硝酸含量的不断降低，质量损失越来越高，当硝酸稀释至44%时，质量损失达到最大值，然后随着硝酸含量的继续降低而减小；表明使用质量损失法对5xxx铝合金晶间腐蚀敏感性进行测量时，硝酸含量对试验结果影响很大。

表2 三种铝合金在不同硝酸含量溶液的质量损失

从表2中还可以看出，5083-H116铝合金在硝酸溶液中的质量损失明显大于5052-H112和5454-H111铝合金，这主要是因为5083合金中Mg元素含量为4.591%，相对于5052和5454铝合金较高，Mg含量过高时，合金中的金属间化合物β相增多，硝酸溶液会优先溶解铝镁合金中的金属间化合物，导致5083-H116铝合金在硝酸溶液中的质量损失较大。

图1为三种铝合金板材在不同硝酸含量中质量损失变化曲线，采用二项式的方程对曲线进行拟合，相关系数R2均在0.98以上，拟合程度非常高，拟合公式如下：

5052-H112：y=-5.311x2+0.9635x+3.197(1)

5454-H111：y=-6.251x2-1.7889x+5.820(2)

5083-H116：y=-68.78x2+50.329x+2.029(3)

根据上述拟合公式，计算得出三种铝合金板材在71%硝酸溶液中的质量损失，分别与44%和65%硝酸溶液中的质量损失进行对比(表3)，硝酸含量44%的溶液中质量损失最大、65%次之、71%中最小。这表明，(1)使用ASTM G67-2013标准规定的硝酸含量测量5xxx铝合金晶间腐蚀敏感性弱于使用我国分析纯硝酸测量的结果，因此，使用我国的分析纯硝酸进行试验时，试验结果能满足质量损失≤15 mg/cm2的要求时，则依据 ASTM G67-2013标准进行的试验结果也必能满足要求，可以使用我国的分析纯硝酸代替ASTM G67标准中要求硝酸对5xxx铝合金板材晶间腐蚀敏感性的测定；(2)使用71%的硝酸测量5xxx铝合金晶间腐蚀敏感性弱于使用44%的硝酸测量的结果，因此，GB/T 26491-2011标准比ASTM G67-2013标准更加苛刻。