綜述了近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外在2xx系和7xx系鋁合金及Al-Li合金的晶問(wèn)腐蝕和刺蝕等研究方面的主要進(jìn)展.總結(jié)了合金中晶界沉淀相的成分、分布及其與晶格的擊穿電位差異等對(duì)晶間腐蝕的影響規(guī)律,探討了熱處理時(shí)效狀態(tài)對(duì)合金耐蝕性和局部腐蝕動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制.同時(shí)探討了合金的晶格形態(tài)。腐蝕產(chǎn)物模入作用等因素對(duì)合金剝蝕過(guò)程的影響規(guī)律,并對(duì)合金的晶間腐蝕和剝蝕研究中所采用的一些快速可靠的無(wú)損監(jiān)檢測(cè)方法，如電化學(xué)阻抗譜(EIS),進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1、前言

傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋁合金(2xxx系和7xx系)和Al .-Li合金易發(fā)生局部腐蝕,其主要的形式包括孔蝕、縫陳腐蝕、晶間腐蝕(IGC)和剝蝕等.鋁合金典型的晶界模式常為沉淀相/溶質(zhì)貧化區(qū)(SDZ).通常鋁合金的晶格本體(matrix)、沉淀相和溶質(zhì)貧化區(qū)之間的電化學(xué)行為相差很大，導(dǎo)致晶界比晶粒內(nèi)部更易腐蝕.孔蝕或縫隙腐蝕會(huì)發(fā)展為晶間腐蝕,形成深入合金組織的腐蝕溝。而使用軋制或擠出工藝制成的板材或棒材,由于晶粒被嚴(yán)重變形，晶間沉淀物/溶質(zhì)貧化區(qū)形成了平行于表面的層狀分布的活性陽(yáng)極通道，在腐蝕產(chǎn)物楔入力的作用下,晶間腐蝕傾向于沿與表面平行的方向生長(zhǎng)，并逐步發(fā)展為利蝕。

2、鋁合金的晶間腐蝕

自從1940年代開(kāi)始,鋁合金的晶間腐蝕就引起了電化學(xué)家和材科學(xué)家的很大興趣.目前,已經(jīng)提出了鋁合金晶間腐蝕的三種主要理論。

(1)陽(yáng)極性的晶界構(gòu)成物(SDZ和/或沉淀相)與晶格本體的腐蝕電位差異形成電偶腐蝕,進(jìn)而導(dǎo)致晶間腐蝕。

(2)SDZ和晶格的擊穿電位(breakdownpoten-tial)差異導(dǎo)致晶間腐蝕L2.,3。

(3)晶界沉淀相的溶解形成侵蝕性更強(qiáng)的閉塞區(qū)環(huán)境(occluded environment), 導(dǎo)致連續(xù)的晶界腐蝕'4.51。

近年來(lái)關(guān)于鋁合金晶問(wèn)腐蝕的研究基本上是以上述三種觀點(diǎn)為基礎(chǔ),研究熱處理時(shí)效對(duì)晶界結(jié)構(gòu)、晶界沉淀相與晶格本體的擊穿電位的差異和局部腐蝕形式的影響.其中,關(guān)于晶界沉淀相的研究方法主要是采用電偶法，即制備晶界沉淀相的成分類(lèi)似物，與純鋁或固熔處理的合金(模擬晶格本體的成分)組成電偶，測(cè)量板化曲線，通過(guò)比較腐蝕電流的大小來(lái)探討各種沉淀相在促進(jìn)局部腐蝕中的作用.關(guān)于SDZ和晶格之間擊穿電位的差異，主要是通過(guò)測(cè)量極化曲線來(lái)研究擊穿電位以及不同擊穿電位下的腐蝕模式.關(guān)于蝕孔的閉塞區(qū)環(huán)境，其研究方法是采用模擬縫歐,使用微電極測(cè)量縫隙內(nèi)部pH值隨時(shí)間的變化,該方法試圖支持閉塞區(qū)環(huán)境導(dǎo)致連續(xù)的晶界腐蝕的觀點(diǎn)。

另外，關(guān)于采用電化學(xué)阻抗譜等現(xiàn)代電化學(xué)研究方法來(lái)探討晶間腐蝕過(guò)程中的EIS特征和合金元素對(duì)合金腐蝕行為的影響的研究也有少量文獻(xiàn)報(bào)遭。

2.1局部腐蝕模式和熱處理時(shí)效對(duì)腐蝕行為的影響

2024-T3合金在HCI溶液中的浸泡初期,由于HCI對(duì)合金的強(qiáng)烈侵蝕作用,導(dǎo)致合金晶格首先發(fā)生均勻腐蝕隨后腐蝕反應(yīng)加速，主要在第二相處開(kāi)始形成孔蝕.由于晶界處貧Cu區(qū)的孔蝕電位較低,溶解速率大,孔蝕隨即發(fā)展成為典型的晶間腐蝕].在1 mol/L NaCl溶液中，2024-T3合金晶粒尺寸和長(zhǎng)寬比的不同導(dǎo)致不同晶面上的局部腐蝕行為表現(xiàn)出強(qiáng)烈的不對(duì)稱性,其中sT向上的腐蝕發(fā)展速度明顯地小于L向和LT向.在電極電位正于- 610 mV(vs. SCE)時(shí)，2024-T3合金主要發(fā)生晶間腐蝕;在-610mV~500mV的電位范圍內(nèi),晶間腐蝕的發(fā)展速率幾乎不變,這表明法拉第電流對(duì)腐蝕尖端發(fā)展的貢獻(xiàn)很小.在較低(負(fù))的電位下，2024-T3合金主要發(fā)生孔蝕，腐蝕速率隨電位負(fù)移而變慢;而2024- T8合金的腐蝕形貌則從較高(正)電位下的尖銳晶間腐蝕類(lèi)型變?yōu)檩^低電位下的晶粒選擇性溶解[7].而且在TEM下可以觀察到T8時(shí)效使2024合金出現(xiàn)更多的金屬間化合物沉淀并形成范圍更大的貧Cu區(qū)[8]。

3、鋁合金的剝蝕

剝蝕是對(duì)鋁合金危害性很大的一種腐蝕形式，它具有不同的表現(xiàn)形式,如粉化、剝皮或產(chǎn)生直徑幾毫米的鼓泡.剝蝕導(dǎo)致材料強(qiáng)度和塑性的大幅度下降,從而降低了材料的使用壽命[201.材料發(fā)生剝蝕時(shí)必須具備-一個(gè)要條件,即晶粒星平行于材料表面、寬而長(zhǎng)的扁平狀?21.在材料的軋制、鍛造甚至冷作過(guò)程中,晶粒被拉長(zhǎng)，晶界傾向于分布在一個(gè)平面內(nèi),為晶間腐蝕提供了連續(xù)的發(fā)展空間，而且腐蝕產(chǎn)物的連續(xù)分布使電解質(zhì)能滲透到腐蝕尖端，使這些材料易于發(fā)生利蝕.為抑制剝蝕,可以通過(guò)一定的熱處理方式提高材料的均勾度,從而避免晶間腐蝕.剝蝕既有晶間腐蝕的特征，也具有應(yīng)力腐蝕的特征.由于自然條件下發(fā)生利蝕通常需很長(zhǎng)時(shí)間,因此實(shí)驗(yàn)室通常采取一定方法加速剝蝕進(jìn)行,并建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如測(cè)試2xxx系及7xxx系鋁合金剝蝕性能的EXCO標(biāo)準(zhǔn)(EXCO溶液:50g KCl+ 234 gNaCl + 6.3 mL HNO2 ( 70%),加去離子水至1L)221.有文獻(xiàn)報(bào)道Al-Li合金應(yīng)用EXCO試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果與大氣暴露試驗(yàn)的結(jié)果不能很好吻合.另外一種方法是ASTM G85, Annex A2中提出的循環(huán)酸性鹽霧法，雖然比EXCO法更可靠,但是實(shí)施起來(lái)比較麻煩。