5083铝合金搅拌摩擦焊缝的剥落腐蚀性能_骆志捷

图 ４ 母材与 Ｆ ＳＷ 焊缝的极化曲线 ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｆ ｉ ． ４ Ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ｏ ｆ ＢＭ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｊ ｇ
母材和搅拌摩擦焊缝试样在剥落腐蚀溶液中的 极化曲线如图 ４ 所示 ， 通过 Ｃ ｏ ｒ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ 软件进行数据 拟合得到的电 化 学 腐 蚀 参 数 列 于 表 １． 从表１可看 出， 焊缝材料自腐蚀电位有轻微的正向偏移 ， 从热力 焊缝发生腐蚀的倾向比母材小 ． 焊缝的 学角度上看 ， 从 腐蚀电流密度Ｉ ｏ ｉ ｎ ｔ小于母材的腐蚀电流密度 Ｉ ＢＭ ， ｊ 动力学角度上看 ， 母材的腐蚀速度快 ， 腐蚀程度更严 重． 从极化曲线可以得出 ， 母材的腐蚀敏感性高于焊 这与焊缝的抗剥落腐蚀性能优于母 缝腐蚀敏感性 ， 材的落腐蚀性能相一致 ．
］ １ ６ １ ７ － 面［ 因此 ， 可以判 断 母 材 发 生 剥 落 腐 蚀 ， 而焊缝 ．
的阻抗谱由高频 的 容 抗 弧 和 低 频 的 感 抗 弧 组 成 ， 并 未发生明显的剥蚀 ． 从图 ３ 可以看出 ， 焊缝的阻抗弧 阻抗弧半径跟极化电 半径大于母材的 阻 抗 弧 半 径 ． 极化电阻越大 ， 材料的抗腐蚀性能 阻的大小成正比 ， 越好 ． 这也说明 焊 缝 的 抗 剥 落 腐 蚀 能 力 强 于 母 材 的 抗剥落腐蚀能力 ．
， 频率范围为 ２ 正弦波激励信号幅值 ０ ０ ０ ０～０ ． １Ｈ ｚ 为 ±１ ０ｍＶ．
２ 实验结果
２ ． １ 剥落腐蚀形貌 母材和 Ｆ ＳＷ 焊缝剥 落 腐 蚀 试 样 的 宏 观 形 貌 如
） ） 图 １ 剥落腐蚀母材 （ 及Ｆ 的宏观形貌 ａ ＳＷ 焊缝 （ ｂ ） ） Ｆ ｉ ． １ Ｅ ｘ ｆ ｏ ｌ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍ ａ ｃ ｒ ｏ ｍ ｏ ｒ ｈ ｏ ｌ ｏ ｏ ｆ ＢＭ（ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｎ ｔ（ ｂ ｐ ｇ ｙ ｊ ｇ
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３ 分析讨论
剥落腐蚀是电化学腐蚀和应力腐蚀共同作用的 发生剥蚀的两个主要因素为 ： 结果 ． （ ） 晶粒形状 ． 带状的晶粒是产生剥落腐蚀的重 １ ［ １ ８］ 要先决条件 ． 国 内 外 众 多 学 者 研 究 表 明， 在腐蚀 产物的楔形力作 用 下 ， 带状晶粒的材料较等轴晶的 材料更容易达到撕裂条件 ， 导致材料剥落 ， 加剧腐蚀 程度 ． 材料剥落腐蚀的敏感性取决于晶粒的长宽比 ， 晶粒的长宽比越大 ， 材料的剥落腐蚀敏感性越强 ． （ ） 图５ 为母材的 金 相 组 织 ． 母材是经冷变形的 ａ 晶 粒 沿 轧 制 方 向 不 同 程 度 地 被 拉 长， ５ ０ ８ ３ 铝合金 ， 使 晶 粒 呈 带 状， 长 宽 比 大． 焊缝特别是其焊核区 （ 因受到强烈的剪切作用 ， 而发生剧烈的塑形变 Ｎ Ｚ） 形且温度急剧地上升 ， 以至于发生动态再结晶 ， 把带 状晶粒细化成尺寸为 ２ 如图 ０μ ｍ 左右的等轴晶粒 ， （ ） 所示 ． 此时晶粒的长宽比显著减小 ， 剥落腐蚀敏 ５ ｂ 感性降低 ．
５ ０ ８ ３ 铝合金搅拌摩擦焊缝的剥落腐蚀性能 ＊
骆志捷 ， 袁鸽成 ， 黄泽涛 ， 何理谦 ， 林典海
广东工业大学材料与能源学院 ， 广东 广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ 摘 要： 采用溶液浸泡法研究了 ５ 借助光学显微镜、 扫 ０ ８ ３ 铝合金及其搅拌摩擦焊焊缝的剥落腐蚀性能 ． 描电子显微镜 、 透射电子显微镜及电化学工作站分 析 了 焊 缝 和 母 材 的 微 观 组 织 、 剥 落 腐 蚀 形 貌、 极化曲 线及电化学阻抗谱 ． 结果表明 ， 浸泡腐蚀后焊缝出现轻微点蚀 ， 而母材点蚀严重并显现局 部 起 皮 剥 落 ， 腐 腐蚀评级和电化学阻抗谱均可说明焊缝的耐剥落腐蚀性能好于母材 ， 同时极化曲线也 蚀裂纹沿晶开裂 ； 说明焊缝的腐蚀敏感性低于母材 ． 带状晶粒等轴化 ， 棒状的第二相细化及分布均匀化， 位错密度的减小 是焊缝耐剥落腐蚀性能强于母材的主要原因 ． 关键词 ： 搅拌摩擦焊 ； 剥落腐蚀 ； 电化学腐蚀 ５ຫໍສະໝຸດ Baidu０ ８ ３ 铝合金 ； 中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ７ ８ 文献标识码 ： Ａ
１ 实验材料及方法
实验 材 料 为 ５ 尺寸 ０ ８ ３－ Ｈ ３ ２ １ 铝 合 金 板 材， 其化学成分（ 质量分 ５ ０ｍｍ×２ ０ ｍｍ ×４ ｍｍ， 数， 为 Ｍ ％） ４ ． ７， Ｍ ｎ ０ ． ６ ３， Ｃ ｒ ０ ． １ ２， Ｆ ｅ ０ ． １ ２， Ｓ ｉ ｇ
收稿日期 ： ２ ０ １ ５ ０ ３ １ ８ － － ） 广东省重大科技专项 （ ２ ０ ０ ８ Ａ ０ ９ ０ ３ ０ ０ ０ ０ ４ ＊ 基金项目 ： ， 作者简介 ： 骆志捷 （ 男， 广东河源人 ， 硕士研究生 ． １ ９ ８ ９ －）
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材 料 研 究 与 应 用
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表 １ 母材与 Ｆ ＳＷ 焊缝的电化学腐蚀参数 ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｂ Ｍ ａ ｎ ｄ ｐ ｇ ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ ｊ 样品 母材 焊缝 腐蚀电位／ Ｖ －０ ． ５ ７ ５ ５ １ －０ ． ５ ６ ９ ８ ８ 腐蚀电流密度 ／（ ｍＡ·ｃ ｍ
２ ， 路电位稳定时 测 试 电 化 学 阻 抗 ， 测 试 面 积 为１ｃ ｍ
图 １ 所示 ． 把搅拌摩擦焊试样分为 ３ 个区域 ： 端部母 、 中间焊核区（ 和热影响区（ 材区 （ ＢＭ） Ｎ Ｚ） ＨＡ Ｚ） ． （ ） 图１ 显 示， 剥蚀母材试样（ 出现大量均匀分 ａ ＢＭ） 布的腐蚀坑 ， 局部有起皮现象 ． 图 １（ 显 示， 搅拌摩 ｂ） 擦焊缝的 Ｎ 肉眼没有发现腐蚀 Ｚ 区 腐 蚀 程 度 轻 微， 两端母材区域腐蚀程度与原始母材试样类似 ， 而 点． 焊缝 的 ＨＡ 只出现个别的 Ｚ 区 腐 蚀 程 度 较 母 材 轻， 腐蚀点 ．
） ） 图 ２ 剥落腐蚀的母材 （ 及Ｆ 的Ｓ ａ ＳＷ 焊缝 （ ｂ ＥＭ 形貌 ） ） Ｆ ｉ ． ２ Ｓ ＥＭ ｍ ｏ ｒ ｈ ｏ ｌ ｏ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｆ ｏ ｌ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＢＭ（ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｉ ｎ ｔ（ ｐ ｇ ｙ ｊ ｇ
５ ０ ８ ３ 铝合金作为一 种 不 可 热 处 理 强 化 铝 合 金 ， 具有高的比强度 、 良好的焊接性能 、 抗蚀性能及加工
１］ 性能 ， 广泛应用于船舶制造及海洋运输业 ［ 在这些 ．
搅拌摩擦焊机 Ｚ ｎ ０ ． ０ ０ ５， Ｔ ｉ ０ ． ０ ０ ６， Ａ ｌ为 余 量 ． ０ ． １， 的搅拌 头 带 有 螺 纹 ， 其中轴肩２ 搅拌针长度 ２ ｍｍ， 搅拌针形 状 为 上 宽 下 窄 圆 台 形 状 ， 上部直 ３ ． ４ｍｍ， ， ： 径 ７ｍｍ 下部直径 ６ｍｍ． 焊接工艺参数为 焊 接 速 ／ ／ ， 率８ 转速７ 搅拌头倾角３ 压下 ０ｍｍ ｍ ｉ ｎ， ０ ０ｒ ｍ， ° 量０ 用对接的连接方式沿垂直于板材的轧 ． ５ ｍｍ． 制方向焊接 ， 并沿轧制方向截取剥落腐蚀试样 ． 为了 研究焊缝组织对 腐 蚀 性 能 影 响 ， 把焊缝表面的叠纹 磨去并抛光 ． ／ 按照 Ｇ Ｂ Ｔ ２ ２ ６ ３ ９－２ ０ ０ ８ 标准进行剥落腐蚀试 ， （ 验， 腐 蚀 溶 液 为 ＮＨ４Ｃ ｌ ＮＨ４ＮＯ ＮＨ４ ） Ｃ ３， ２ ４Ｈ ４Ｏ ６ ， 及 Ｈ２Ｏ 的水 溶 液 其 成 分 的 摩 尔 浓 度 比 为 １ ０ ０∶ ２ 剥落腐蚀（ 溶液与试样的面容比 ２ ５∶１∶９． Ｅ Ｘ Ｃ Ｏ） ２ ／ ， 溶液 ｐ 在恒温水浴 为１ ０ｍ Ｌ ｃ ｍ， Ｈ 值为 ５ ． ２～５ ． ４ ） 槽中进行试验 ， 温度为 （ 腐蚀时间为 ２ ６ ５ ± １ ℃， ４ｈ ． 采用德国 Ｚ ＡＨＮ Ｅ Ｒ 公司Ｉ ｍ ６ 电 化 学 工 作 站， 以Ｐ 饱和甘汞电极 （ 为参比 ｔ电极为辅助电极 ， Ｓ Ｃ Ｅ） 电极的三 电 极 体 系 ， 测量５ ０ ８ ３－ Ｈ ３ ２ １铝合金及其 搅拌摩擦焊缝在剥落腐蚀溶液体系下的极化曲线及 电化学阻抗谱 ． 测试动电位扫描极化曲线时 ， 极化扫 ／ ， 描速率为 ２ｍＶ 扫 描 范 围 为 －１ 在开 ｓ ． ８～１ ． ２ Ｖ．
焊接是一种必不可少的加工方式 ． 搅拌摩擦 领域中 ， ， 焊接 （ 作为一种新型的 Ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｉ ｒ Ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ Ｆ ＳＷ ） ｇ 焊接方法 ， 在铝 合 金 焊 接 中 已 得 到 广 泛 应 用 内外学者 对 铝 合 金 搅 拌 摩 擦 焊 接 机 理 艺
在钝化膜孔蚀诱导期产生感抗 ， 一旦钝化膜穿孔 ， 点
第９卷 第２期
骆志捷 ， 等： ５ ０ ８ ３ 铝合金搅拌摩擦焊缝的剥落腐蚀性能
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图 ３ 母材与 Ｆ ＳＷ 焊缝的 Ｎ ｕ ｉ ｓ ｔ图谱 ｙ ｑ Ｆ ｉ ． ３ Ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｉ ｓ ｔ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ｏ ｆ ＢＭ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｎ ｔ ｙ ｑ ｊ ｇ
２ ． ２ 剥落腐蚀性能 ／ 按照 Ｇ Ｂ Ｔ ２ ２ ６ ３ ９－２ ０ ０ ８ 评级标准对两试样表 面进行评级 ， 母材明显发生剥落腐蚀 ， 腐蚀等级评定 为Ｐ 而焊缝表面的腐 蚀 程 度 低 于 母 材 ， 腐蚀等 Ｃ 级， 级为 Ｎ 级 ． 其中 Ｐ 出 Ｃ 级别表示表面呈严重的点蚀 ， 并轻微地深入试样表面 ， 现爆皮 ， Ｎ 级别表示腐蚀不 严重 ， 表面有微蚀或脱色现象 ． 图 ３ 为母材和焊缝在剥落腐蚀溶液浸泡后的奈 ） 图． 由 图 ３ 可 看 出， 母材的阻抗谱 奎斯 特 （ Ｎ ｕ ｉ ｓ ｔ ｙ ｑ 由高频容抗弧和 中 低 频 容 抗 弧 组 成 ， 不存在感抗成
第９卷 第２期 ２ ０ １ ５年６月
材 料 研 究 与 应 用 ＭＡ Ｔ Ｅ Ｒ Ｉ Ａ Ｌ Ｓ Ｒ Ｅ Ｓ Ｅ Ａ Ｒ ＣＨ ＡＮ Ｄ Ａ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ ＯＮ
Ｖ ｏ １ ． ９， Ｎ ｏ ． ２ Ｊ ｕ ｎ． ２ ０ １ ５
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ ３ ９ ９ ８ １ ２ ０ １ ５ ０ ２ ０ １ ０ ７ ０ ５ － － －
１ ５］ 分． 曹楚南等 ［ 认为有钝化 膜 覆 盖 的 金 属 表 面 可 能
感抗成分即消失 ． 随着点蚀的不断发 蚀进入发展期 ， 展， 材 料 最 终 会 发 生 剥 落 腐 蚀． 材 料 发 生 剥 蚀 后， 电 化学阻抗谱由两 个 容 抗 弧 组 成 ， 高频的容抗弧是合 金原表面的充放 电 过 程 ， 而中低频的容抗弧则来源 于合 金 原 表 面 剥 落 后 与 腐 蚀 介 质 接 触 的 新 界
图 ２ 为母材和 Ｆ ＳＷ 焊 缝 在 剥 落 腐 蚀 溶 液 中 浸 （ ） 泡２ 图２ 显示 ， 剥落腐 ４ｈ 后的表面形貌 Ｓ ＥＭ 图 ． ａ 蚀的母材沿晶开 裂 ， 偏白色的部分为残余的腐蚀产 它覆盖晶粒并沿晶界分布 ． 图 ２（ 显 示， 剥落腐 物， ｂ）
蚀焊缝的微观形貌较平整 ， 仅出现个别的腐蚀 点 ， 腐 蚀产物极少 ． 剥落腐蚀形貌表明 ， 焊缝的抗剥落腐蚀 能力强于母材 ．
［ ］ ７ ８ － ［ ］ ５ ６ － ［ ］ ２ ４ －
国 ．
、 焊接工 也有
、 焊缝组 织 与 性 能
［ ］ ９ １ １ －
等 做 了 大 量 的 研 究． 其
［ ］ １ ２ １ ４ －
中， 关于 ５ ０ ８ ３ 铝合金搅拌摩擦焊接的研究
不少 ， 但对其搅 拌 摩 擦 焊 缝 剥 落 腐 蚀 研 究 的 报 道 还 不多 ． 对服役于海洋环境的铝合金材料来说 ， 剥落腐 蚀是典型的腐蚀 形 式 之 一 ， 这种腐蚀会给船舶带来 严重的安全隐患 ． 研究 ５ ０ ８ ３ 铝合金搅拌摩擦焊缝的 剥落腐蚀行为及其机理具有一定的理论意义与工程 应用价值 ．