2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响.pdf

  • 文档大小:1008.68 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2022-03-24 发布
  • 举报
2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响1 2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响2 2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响3 2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响4 2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响5 2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:1.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响112524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响Scalingof2524AluminumAlloywithCladdinginSimulatedFuelTankWaterEnvironmentandInfluencetoCorrosionBehavior管琪,刘慧丛,朱立群,李卫平,刘建中,叶序彬(1北京航空航天大学材料科学与工程学院空天材料与服役教育部重点实验室,北京100191;2北京航空材料研究院,北京100095)———GUANQi,LIUHuicong,ZHULiqun,LIWeiping,——LIUJianzhong。YEXubin(1KeyLaboratoryofAerospaceMaterialsandPerformance(MinistryofEducation),SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191,China;2BeijingInstituteofAeronauticalMaterials。Beijing100095,China)摘要:基于飞机油箱舱内铝合金在油箱积水环境中发生的结垢及腐蚀行为,采用电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDs)和视频显微镜等设备研究了带包铝层的2524铝合金在模拟油箱积水环境中的结垢及其对腐蚀行为的影响。结果表明:2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中的结垢行为分为两个阶段,浸泡初期主要为胶体铁在试样表面的沉聚,浸泡中后期则以难溶的金属氢氧化物沉积为主,且结垢面积随时间按照特定的幂函数变化;在浸泡前24h,结垢产物促进铝合金的腐蚀,在24h以后,结垢产物对铝合金包铝层的腐蚀起到一定的抑制作用。关键词:2524铝合金;模拟油箱积水;结垢;腐蚀doi:10.3969/j.issn.10014381.2013.05.003中图分类号:TG172.5文献标识码:A——文章编号:10014381(2013)050011-05Abstract:Aluminumalloycorrosionandscalingisauniversalproblemduringtheuseoffueltank.—Thescalingandcorrosionbehaviorof2524aluminumalloywithcladdingwerecharacterizedandinvestigatedinsimulatedfueltankwaterenvironmentbySEM,EDSandvideomicroscope.Resultsindicatethatthescalingbehaviorof2524aluminumalloycladdinginsimulatedfueltankwaterenvironmentcanbedividedintotwostates,themaincomponentofscalingmaterialsinthefirststateisFe(OH)3colloid,andinthesecondstateisprecipitationofhydroxide.Withtime,scalingareacouldchangebyruleofspecificpowerfunction.Inthefirst24h,scalingmaterialsacceleratethecorrosionofaluminumalloycladding;after24htheypreventfurthercorrosionofthematerialinsimulatedfueltankwaterenvironment.Keywords:2524aluminumalloy;simulatedfueltankwaterenvironment;scaling;corrosion通常飞机油箱舱的主要材料有铝合金和高强钢等材料,外部环境变化(温、湿度)等可能对飞机结构的缝隙处形成冷凝¨1],产生类似于油箱积水的环境。据报道这种水环境比较复杂,含较多的氯离子及多种重金属离子,长时间积存也有可能滋生微生物l_3]。另外在油箱舱的铝合金材料表面,油箱积水可能会对铝合金材料造成腐蚀],同时油箱积水环境中的成垢离子也有可能产生结垢附着,实验及相关研究中均发现铝合金材料在油箱积水环境中的腐蚀与结垢现象,然而,对于腐蚀与结垢的研究只是停留在表观现象的分析方面。实际上油箱舱内壁铝合金材料表面积存的结垢物12材料工程/2013年5期质,如果不能得到及时清理,还可能引起一些材料的垢下腐蚀等问题。有研究表明飞机油箱结垢物质既可增加质量,又可能对铝合金的腐蚀性能造成影响,这是因为油箱介质中重金属离子在铝合金表面的沉积加快了合金表面的阴极还原过程,从而加速了铝合金材料的腐蚀L9;从另一个角度考虑,表面的这些结垢物质也有可能对材料的腐蚀起到物理屏蔽作用_】,所以研究油箱积水环境中铝合金表面结垢规律以及结垢对其腐蚀行为的影响,对于航空铝合金材料在油箱积水环境中的应用至关重要。铝合金由于具有密度低、比强度高、耐腐蚀强、易导热导电、塑性和加工性能良好、成本低等一系列优点,在航空方面一直是大飞机机体结构的主要用材,其中2524铝合金属于高纯铝合金,一度被认为是抗断裂韧性与抗疲劳性最高的高强度铝合金口]。在实际应用中,通常在铝合金表面包覆一层包铝层,以提高材料的耐腐蚀性。本工作以未除包铝的2524铝合金为对象,研究其在模拟油箱积水环境下的结垢特性以及结垢对腐蚀行为的影响,为航空铝合金在油箱积水环境中的安全使用提供了实验依据。1实验实验材料为未除包铝的2524铝合金,其化学成分如表1所示,包铝层成分为纯铝,厚度约为50m。试样尺寸为25mm×50mm×2mm。浸渍前在50 ̄C下使用50g/LNaOH溶液去除表面氧化层,常温条件3HNO3溶液出光¨。对油箱积水水样进行成分分析,实验选择的模拟油箱积水成分如表2所示。使用去离子水配制,所用化学试剂均为分析纯。表2油箱积水模拟溶液成分Table2Componentoftankwater—℃根据GJB199794,选择实验温度为24,面容比为20mI/era。浸泡过程中每24h测量1次油箱积水模拟溶液的pH值。使用HiroxKH7700视频显微镜及HITACHIS一530型扫描电子显微镜(SEM)观察铝合金表面形貌;同时使用扫描电镜携带的OXFORDLINKISIS型能谱仪对铝合金表面产物进行成分分析。—根据GB/T165451996规定的方法除去表面产物之后,使用HiroxKH7700视频显微镜观测腐蚀坑形貌,并测量腐蚀坑深度。2结果与讨论模拟油箱积水溶液的成分比较复杂,其中Zn抖,”Fe,Cu,Cd。等离子在铝合金表面都具有结垢的特性,腐蚀性离子(如Cl一等)也作用于基材,因此,铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中同时存在结垢与腐蚀现象。图1是在模拟油箱积水溶液中浸泡不同时间的铝合金材料的SEM图像。浸泡的前6h,表面产物出现在金属表面;当浸泡时间达到24h后,表面产物均匀分布在基材上;浸泡48h后,铝合金基材被表面产物完全覆盖,但各处表面产物之间存在微小的裂纹;浸泡72h后,基材被表面产物彻底覆盖。表3为表面产物的成分分析。在浸泡初期,铝合金表面产物为铁的化合物,这是因为模拟油箱积水溶液中的Fe。形成了Fe(OH)。胶体。尽管胶体铁能够稳定地悬浮在水中,然而其在水中带有正电荷。铝合金试样与模拟油箱积水溶液两相接触时,由于表面电现象的存在,电荷会从一相穿过界面向另一相迁移,两相间出现电势差。荷电体是在两相中都能够存在的特定离子,这些离子被称为电势决定离子[1。在该体系中,电势决定离子是AI抖,Al。从金属界面迁移到溶液界面后,铝合金试样表面形成负电势。具有负电势的试样对带有正电荷的胶体粒子有吸附作用,使得胶体铁沉聚在铝合金表面,形成表面产物。尽管Cr抖在溶液中也以胶体的形式存在,但由于其在模拟油箱积水溶液中含量较小,所以并未在试样表面产物中检测到铬元素的存在。%——/1一FⅢ数一分一一量帅『一质l。一成哪一一金_兰一一0合m一一铝『一一05nm一一∞2一一.用一一验n1k——ML2524铝合金包铝层在模拟油箱积水环境中结垢及其对腐蚀行为的影响15区域各随机取4个典型腐蚀坑,比较其中最大腐蚀坑深度,结果见图6。在浸泡72h内,观测到的腐蚀坑最大深度为50ffm,说明此时2524铝合金在模拟油箱积水溶液中浸泡的腐蚀行为主要针对于其表面覆盖的包铝层,铝合金基材还未受到损伤。Immersingtime/h图6不同浸泡时间结垢区域与未结垢区域的最大腐蚀坑深度比较Fig.6Maximumpittingdepthof2524aluminumallayindifferentareas在腐蚀初期,结垢区域和未结垢区域腐蚀坑大小基本保持一致,当达到24h时,结垢区域的腐蚀坑深度明显大于未结垢区域,这是因为浸泡初期,材料表面产物主要成分是Fe(OH)。,腐蚀电位较大,与材料表面的金属铝构成了腐蚀电池,表面产物作为阴极物质,促进了阳极铝的溶解,加快了结垢区域基材的腐蚀;而在浸泡24h之后,结垢区域腐蚀坑基本停止生长,而未结垢区域的腐蚀坑则继续生长,最后超过结垢区域的腐蚀坑最大深度,因为当浸泡时间达到24h后,大量表面产物覆盖在铝合金表面,形成了一层保护膜,减少了铝合金的腐蚀。3结论(1)2524铝合金在模拟油箱积水溶液中浸泡,其表面覆盖的包铝层上会产生结垢现象,结垢行为分为两个阶段,在浸泡初期结垢机理为胶体铁在试样上的沉聚,在浸泡的中后期则以难溶金属氢氧化物的沉积为主,且随着浸泡时间的延长结垢区域面积增大,结垢面积随时间按照特定的幂函数变化。(2)2524铝合金在模拟油箱积水溶液中浸泡,包铝层上以点蚀为主,且未结垢区域与结垢区域腐蚀坑深度发展速率不同,24h以内,表面产物促进腐蚀的发生,在浸泡24h以后,表面产物对材料起到了保护的作用。参考文献r1]范家林.运七飞机结构腐蚀原因及其改进措施浅谈[A].飞机腐蚀[2][3]E4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16]—专题研讨会论文集[c].海口:中国航空学会,I994.7679.朱兆华.控制我军飞机的腐蚀刻不容缓[A].飞机腐蚀专题研讨会—论文集[c].海口:中国航空学会,1994.5861.王远达,傅长安.长期停放对轰六飞机橡胶油箱的影响[A].飞机—腐蚀专题研讨会论文集[C].海口:中国航空学会,1994.141142.HIIIEC.Microbialspoilageoflightfueloils[A].ProConfMi—crobialCorrosion[C].Feddington:NPL,1983.108109.VIDELAHA.Theactionofcladosporiumresinaegrowthonthe—electrochemicalbehaviorofaluminum,biologicallyinducedcorro—sion[A].InternationalConferenceonBiologicallyInducedCorro—sionEc].Gaitherburg,Marylana:NACE,1985.215222.张琦,唐萌,李荻.飞机铝合金油箱微生物腐蚀机理EJ].航空工程—与维修,1997,(4):2832.ZHANGQi,TANGMeng,LIDi.Themicrobialcorrosionmech—anisminaircraftaluminumalloyfueltank[J].AviationMainte—nance8LEngineering,1997,(4):2832.—WUXiaoling。LIU]ianhua。CHENXinyao.Surfaceanalysisof——aluminumalloysinfluencedbysulfatebacteria[J].ActaMetal—lurgicaSinica,1999,12(5):867873.张栋.飞机结构的腐蚀和腐蚀控制[M].北京:国防工业出版社,1993.64~71.云凤玲,徐克.重金属离子对5052铝合金耐蚀性能的影响[J].化—学工业与工程,2010,27(2):173176.——YUNFengling,XUKe.Effectofheavymetalionsonthecorro—sionofaluminumalloy5052[J ̄.ChemicalIndustryandEngineer—ing,2010,27(2):173176.KHEDRMGA,LASHIENAMS.Theroleofmetalcationsinthecorrosionandcorrosioninhibitionofaluminiuminaqueous—solutions[J].CorrosionScience,1992,33(1):137151.—SATOF.ASAKAWAY.Localizedcorrosionbehaviorofalumi——nummagnesiumsiliconalloyingroundwater[J_.Corrosion,—1999,55(5):522529.曹发和.高强度航空铝合金局部腐蚀的电化学研究[D].杭州:浙江大学,2005.STALEYJT,LIUJ,HUNTWHJr.Aluminumalloysforaerostructures[J].AdvancedMaterialsandProcesses,1997,152(4):172O.王祝堂.全球最大的客机采用2524铝合金制造机身[J].轻合金—加工技术,2000,28(8):4849.—’WANGZhutang.TheworldSlargestaircraftfuselageadopts2524aluminumalloymanufacture[J].LightAlloyFabrication—Technology,2000,28(8):4849.NAKAIM,EToT.Newaspectsofdevelopmentofhigh—strengthaluminumalloysforaerospaceapplications口].Materi—alsScienceandEngineeringA,2000,285(1~2):6268.朱立群,谷岸,刘慧丛,等.典型高强铝合金材料的点腐蚀坑前缘—特征的研究[J].航空材料学报,2008,28(6):6166.—ZHULiqun,GUAn,LIUHuicong,eta1.Studyoncharacters—ofcorrosionadvancingedgeoftypicalhighstrengthaluminumalloys[J].JournalofAeronauticalMaterials,2008,28(6):6166.(下转第22页)∞如如加:2m0宣口暑ld暑I1昌一荟22材料工程/2013年5期加凝固初期的最小氮溶解度。适当的锰含量能扩大并“”稳定奥氏体相区,避免铁素体阱的出现。(3)加压冶炼能弥补部分合金体系常压下氮溶解度有限的不足,增加冶炼时气体压力能有效促进氮在不锈钢中的溶解度。(4)采用热力学计算工具可以对高氮奥氏体不锈钢的冶炼、组织控制、热处理和热加工提供科学的指导。新型高氮奥氏体不锈钢的析出相主要为CrC,CrN,热力学计算结果和实验结果吻合。参考文献EliHANNINENHE.Applicationandperformanceofhighnitrogen—steels[A].AKDUTN,COOMANBCDE,FOCTJ.HighNitrogenSteels2004[c].Germany:GRIPSmediaGmbH,2004.371~38O.[2]SIMMONSJW.Mechanicalpropertiesofisothermallyagedhighnitrogenstainlesssteel[J].MetallandMaterTransA,1995,26—(8):20852101.—[3]GAVRILJUKVG,BERNSH.HighNitrogenSteels[M].Ger—many:Springer-Verlag,1999.133136.———[43SPEIDELMO,ZHENG-CUIMingling,Highnitrogenausteniticstainlesssteels[A].SPEIDELMO.HighNitrogenSteel2003——[c].Swiss:vdf,HochschVerlanderETHZtirich,2003.6373.—[5]NORMANDB.Nitrogencontributioninpassivityofhighnitrogenstainlesssteels[A].AKDUTN,COOMANBCDE,FOCT—J.HighNitrogenSteels2004[c].Germany:GRIPSmediaGm—bH,2004.509520.———[6]LANGYuping,J1NWeisong,RONGFan,eta1.CorrosionbehaviorofnewmetastableausteniticstainlesssteelsrA].DONG—Han,SUJie,SPEIDELMO.ProceedingsofInternationalConferenceonHighNitrogenSteels2006[c].China:MetallurgicalIndustryPress,2006.214~220.[7]GRABKEHJ.Theroleofnitrogeninthecorrosionofironand—steels[J].ISIJInter,1996,36(7):777786.—[8]NARKEVICHNA,IVANOVAEA,PANINVE.Nitrogendopedchromium-manganesecastironusedtoobtainwear-resist一[9][1OI[113[121[13][14][151antcoatingsbyelectronbeamdeposition[A].DONGHan,SUJie.SPEIDELMO.ProceedingsofInternationalConferenceonHighNitrogenSteels2006[c].China:MetallurgicalIndustry—Press,2006.462468.GAVRILJUKVG.Atomicinteractionsandmechanismsof—strengtheninginnitrogensteels[A].DONGHan,SUJie,SPEI—DELMO.ProceedingsofInternationalConferenceonHighNitrogenSteels2006[c].China:MetallurgicalIndustryPress,2006.3~12.FEICHTINGERHK,STEING.Meltingofhighnitrogensteels[A].HANNINENH,HERTZMANS,ROMUJ.High’NitrogenSteels98[c].Switzerland:TransTechPublications—Ltd。1998.26127O.KOWANDAC.Solubilityofnitrogenintransitionmetals[A].SPEIDELMO.HighNitrogenSteel2003[C].Swiss;vdf,Hochsch-VerlanderETHZtirich,2003.75~9O.—STEING,HUCKLENBROICHI.Manufacturjngandapplicationsofhighnitrogensteels[A].SPEIDELMO.HighNitrogen—Steel2003[C1.Swiss:vdf,HochschVerlanderETHZiirich,2003.21~30.—LIHX,WANGLJ,RENYP,eta1.Thermodynamiccalcula———tionoftheequilibriumphase-regionsinthenickel-free18Crausteniticstainlesssteelswithnitrogen[A3.DONGHan,SUJie,SPEIDELM0.ProceedingsofInternationalConferenceonHighNitrogenSteels2006[c].China:MetallurgicalIndustry—Press,2006.241245.HEONYH,HYUKSANGK.EffectsofCrzNonthepittingcorrosionofhighnitrogenstainlesssteels[J].ElectrochemicaActa,2007,52(5):2172~218O.陆世英,张廷凯,杨长强,等.不锈钢[MI.北京:原子能出版社,—】995.2】52】7.基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2012BAE04B01)———收稿日期:201203-26;修订日期:20120815作者简介:郎宇平(1973~)。男,高工,主要从事不锈钢及耐蚀合金研究,联系地址:北京市海淀区学院南路76号钢铁研究总院特殊钢研究—所(1OOO81),Email:langyuping@nercast.corn米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米(上接第15页)[17]AYAOKITAHARA,AKIRAWATANABE.界面电现象[M].邓彤,赵学范,译.北京:北京大学出版社,1992.[18]黄颐.30CrMnSiNi2A和300M高强钢在两种腐蚀环境下的腐蚀行为研究[D].北京:北京航空航天大学,2011.[19]徐火平,刘慧丛,朱立群,等.盐水环境下高强铝合金暴露面积对—腐蚀行为的影响[J1.材料工程,2010,(5):4146.————XUHuoping,LIUHuicong,ZHULiqun,eta1.Effectsofex—posedareaoncorrosionbehaviorofhighstrengthaluminumalloysinsaltwater[J].JournalofMaterialsEngineering,2010,—(5):4146.[2o]朱做涛,穆志韬,苏维国,等.基于图像处理技术的铝合金腐蚀等级—评定方法[J].南京航空航天大学学报,2010,42(3):383386.米米米米米米米米米米米米米米米米米栗米米米米——ZHUZuotao,MUZhitao,SUWei-guo,eta1.Corrosiongrade—evaluationofaluminumalloybasedonimageprocessingtech—nique[J1.JournalofNanjingUniversityofAeronautics8LAstro—nautics,2010,42(3):383386.——收稿日期:201204一I3;修订日期:2012-1008作者简介:管琪(1986一),男,硕士研究生,主要从事腐蚀与防护研究,联系地址:北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学四号教学楼—222室(100191),Email:guanqi@mse.buaa.edu.cn通讯作者:朱立群(1955一),男,教授,从事腐蚀与防护研究,联系地址:北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学四号教学楼222室—(100191),Email:zhulq@buaa.edu.cn
清华君
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:1.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档