CN103969173B - 一种模拟铝合金在富盐盐湖大气环境腐蚀过程的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟铝合金在富盐盐湖大气环境下腐蚀过程的试验方法。以铝合金为试验材料，以现场收集的盐湖水为腐蚀介质，用气溶胶发生器将盐溶液液滴沉积在试样表面，每三天一次，每次沉积盐量为100μg/cm2。按“湿润→干燥”交替进行，每3小时循环一次，其中：湿润过程温度30℃，湿润时间1小时（相对湿度由20%线性增加到80%）；干燥过程温度40℃，干燥时间2小时（相对湿度由80%线性下降到20%）；试验时间为3~15天。本发明获得的实验结果具有模拟性、加速性和重现性，可用于研究铝合金在富盐盐湖大气环境下的腐蚀行为，快速地对铝合金的大气腐蚀进行评价和预测。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金的大气腐蚀模拟技术，具体为一种模拟铝合金在富盐盐湖大气环境下腐蚀过程的试验方法。
背景技术
铝合金由于其优异的性能，已广泛应用于各种室外场合，如建筑、电力、航空航天等。不同的大气环境会导致其不同的腐蚀行为，在未受污染的内地大气环境下其具有良好的耐大气腐蚀性能，在工业污染及海洋大气环境下，因较高的相对湿度及污染物沉积则会发生腐蚀。因其良好的耐腐蚀性能，在我国中东部多数地区中短期的暴露实验中，铝合金的总体腐蚀并不是很严重。
然而在我国西北部的富盐盐湖大气环境下，铝合金出现了严重的腐蚀，无论形貌、性能及应用都受到严重影响。这主要是由于此大气环境下氯盐沉积量高，降水量少，表面易钝化的金属材料的钝化膜易遭受氯离子破坏，造成严重的局部腐蚀。
现场大气暴露实验真实反映了材料在自然环境中的腐蚀情况，所得数据直观、可靠，但存在实验周期长、费用高等不足。实验室加速模拟实验可以在较短时间内，快速地对铝合金的大气腐蚀行为进行评价和预测，为选择合适的防护方法提供依据。对于铝合金的加速模拟方法，目前已有一些报道，但都是以模拟工业污染及沿海地区的大气环境为主，目前还没有关于铝合金在富盐盐湖大气环境下腐蚀行为的模拟加速研究。同时，经过验证，以往的各种模拟加速实验并不能很好的模拟铝合金在盐湖地区的大气腐蚀行为。因此发明本试验方法具有重要的现实意义和理论价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有模拟性、加速性和重现性的模拟铝合金在富盐盐湖大气环境腐蚀过程的试验方法。
本发明的技术方案是：
一种模拟铝合金在富盐盐湖大气环境下腐蚀过程的试验方法，该方法是以铝合金为试验材料，以盐湖水为腐蚀介质，用气溶胶发生器将盐湖水液滴滴在试样表面，直至试样表面水分蒸发后固体的沉积量为100μg/cm2，每三天在试样表面沉积一次；按“湿润→干燥”进行干湿交替实验，循环一次时间为3小时，其中：干湿交替实验过程的每次循环中，湿润过程温度30℃，湿润时间1小时，湿润过程的相对湿度由20%线性增加到80%（在1小时的湿润时间中相对湿度由20%线性增加到80%）；干燥过程温度40℃，干燥时间2小时，干燥过程中相对湿度由80%线性下降到20%（在2小时的干燥时间中相对湿度由80%线性下降到20%）干湿交替实验时间为3~15天。
本发明中，盐湖水的主要离子成分见表1：
表1盐湖水主要离子成分
| 成分 | Na+ | K+ | Mg2+ | Ca2+ | Cl- |
| 含量(wt.%) | 0.11 | 0.056 | 1.84 | 0.43 | 34.057 |
本发明的优点及有益效果是：
(1)采用本发明获得的腐蚀失重可与富盐盐湖大气环境暴露的相似，都有较高且相近的数值。
(2)采用本发明获得的宏观及微观腐蚀形貌与富盐盐湖大气环境暴露的相似，都为密密麻麻的点蚀坑和局部腐蚀。
(3)采用本发明获得的腐蚀产物与富盐盐湖大气环境暴露的相一致，主要成分都为含镁的双金属氢氧化物[Mg1-xAlx(OH)2]x+(CO3 2-,Cl-)x·mH2O(LDH-Cl)。
(4)多次的重复试验证明本发明获得的结果具有很好的重现性。
(5)本发明的实验方法中采用气溶胶发生器进行盐沉积，盐颗粒在试样表面均匀不连续的分散，且可在不破坏试样表面的前提下多次喷盐，这与富盐盐湖大气环境中的污染物沉积有较高的一致性。
(6)采用本发明获得的结果具有模拟性、加速性和重现性，可用于研究铝合金在富盐盐湖大气环境下的腐蚀行为，快速地对铝合金的耐富盐盐湖大气腐蚀性进行评价和预测。
附图说明
图1为实验室加速模拟试验的腐蚀失重数据。
图2为实验室加速模拟试验后试样经除锈后的宏观腐蚀形貌。
图3(a)-(d)为实验室加速模拟试验后样品的微观腐蚀形貌；其中，(a)3天表面形貌；(b)9天表面形貌；(c)15天表面形貌；(d)15天截面形貌。
图4为实验室加速模拟试验后腐蚀产物的XRD图谱。
图5为户外暴露试验的腐蚀失重数据。
图6为户外暴露试验后试样经除锈后的宏观腐蚀形貌。
图7(a)-(b)分别为户外暴露试验两年的表面及截面微观形貌；其中：(a)为表面微观形貌；(b)为截面微观形貌。
图8为户外暴露试验后腐蚀产物的XRD图谱。
具体实施方式
本发明建立了一种模拟铝合金在富盐盐湖大气环境下腐蚀过程的试验方法。所要解决的技术问题是必须满足加速性、模拟性和重现性。
实验材料为铝合金AA2024-T3，其化学成分如表2所示。试样表面有包铝层，用化学方法去除：试样放在5％NaOH水溶液中，温度控制在75℃左右，包铝层的去除速率约为10μm/min，除去包铝后的试样尺寸为100mm×50mm×1.7mm。所有试样在试验前均经过丙酮除油，蒸馏水清洗，酒精脱水后放入干燥器至少24小时。之后用电子天平（精确至0.0001g）称重。
表2AA2024-T3的化学组成（wt.%）
大气暴露试验参照ISO-4542标准在青海察尔汗盐湖地区进行。室内模拟试验参照盐湖地区的环境参数，并考虑影响铝合金腐蚀的主要环境因子，采用无浸入式的干湿循环实验，选取盐湖水（青海察尔汗盐湖）为腐蚀介质（盐湖水的主要离子成分见表1），按正交法设计出试验条件，对铝合金进行一系列试验，对试验结果进行分析，筛选出合适的试验条件，获得本发明的试验方法。
实施例1
以铝合金AA2024-T3为试验材料，以盐湖水为腐蚀介质，用气溶胶发生器将盐溶液液滴沉积在试样表面，直至试样表面水分蒸发后的固体沉积量为100μg/cm2，每三天在试样表面上沉积一次；然后按“湿润→干燥”交替进行，每3小时循环一次，其中：每一次循环中，湿润过程温度30℃，湿润时间1小时（1小时内相对湿度由20%线性增加到80%）；干燥过程温度40℃，干燥时间2小时（2小时内相对湿度由80%线性下降到20%）；试验时间为3天。试样表面均匀的分散着腐蚀产物及点蚀坑，此时点蚀坑较小，腐蚀产物没有相互连成一片（图3(a)）。此时的腐蚀产物中含有LDH-Cl和少量的氢氧化铝(图4)。
实施例2
以铝合金AA2024-T3为试验材料，以盐湖水为腐蚀介质，用气溶胶发生器将盐溶液液滴沉积在试样表面，直至试样表面水分蒸发后的固体沉积量为100μg/cm2，每三天在试样表面上沉积一次；然后按“湿润→干燥”交替进行，每3小时循环一次，其中：每一次的循环中，湿润过程温度30℃，湿润时间1小时（1小时内相对湿度由20%线性增加到80%）；干燥过程温度40℃，干燥时间2小时（2小时内相对湿度由80%线性下降到20%）；试验时间为9天。试样表面布满了更多的龟裂状腐蚀产物和点蚀坑，点蚀坑变大，间隔的腐蚀产物开始连接在一起（图3(b)）。此时的腐蚀产物中主要含有LDH-Cl，氢氧化铝已在XRD图谱中消失。此时腐蚀失重已接近现场暴露试样一年的失重量（图1）。
实施例3
以铝合金AA2024-T3为试验材料，以盐湖水为腐蚀介质，用气溶胶发生器将盐溶液液滴沉积在试样表面，直至试样表面水分蒸发后的固体沉积量为100μg/cm2，每三天在试样表面上沉积一次；然后按“湿润→干燥”交替进行，每3小时循环一次，其中：每一次的循环中，湿润过程温度30℃，湿润时间1小时（1小时内相对湿度由20%线性增加到80%）；干燥过程温度40℃，干燥时间2小时（2小时内相对湿度由80%线性下降到20%）；试验时间为15天。
此时试样表面的腐蚀产物层更厚，点蚀坑面积更大（图3(c)）。截面形貌显示点蚀坑主要为上宽下窄呈浅碗状（图3(d)）。此时的腐蚀产物同样只含有LDH-Cl（图4）。此时的腐蚀失重接近现场暴露试样一年半的失重量（图1）。这时试样经除锈后的宏观形貌（图2）与现场暴露2年试样的宏观形貌已很接近。
对比例1
试验材料为上述的AA2024-T3铝合金，按照ISO-4542标准在青海盐湖地区进行户外大气暴露试验，时间为6、12和25个月。户外暴露25个月的样品表面布满了沉积物、腐蚀产物和点蚀坑（图7(a)）。点蚀坑呈现浅碗状（图7(b)）。腐蚀产物主要为LDH-Cl（图8）。2年试样除锈后的形貌见图6。现场暴露6、12和25个月的试样失重见图5。
由实施例1、2、3和对比例1可知，采用实验室加速模拟和户外暴露两种实验方法所得样品的失重（较高且基本呈线性增加）、腐蚀形貌（龟裂状的腐蚀产物和浅碗状的点蚀坑）、腐蚀产物（都以LDH-Cl为主要腐蚀产物）都具有一致性。
因此，采用本发明模拟铝合金在盐湖大气环境腐蚀过程，具有模拟性、加速性、重现性，体现了大气腐蚀“干→湿”循环交替的特征，很好的模拟了现场干燥的环境和试样表面高盐沉积的特点，并且得到的腐蚀形貌、腐蚀产物组分和腐蚀失重特征与户外暴露实验的结果具有很强的相似性。本发明可用来研究铝合金在富盐盐湖大气环境下的腐蚀行为，快速地对铝合金的大气腐蚀进行评价和预测。
Claims (2)
1.一种模拟铝合金在富盐盐湖大气环境腐蚀过程的试验方法，其特征在于：该方法是以铝合金为试验材料，以盐湖水为腐蚀介质，用气溶胶发生器将盐湖水液滴滴在试样表面，直至试样表面水分蒸发后固体的沉积量为100μg/cm2，每三天在试样表面沉积一次；按“湿润→干燥”进行干湿交替实验，循环一次时间为3小时，其中：干湿交替实验过程的每次循环中，湿润过程温度30℃，湿润时间1小时，湿润过程的相对湿度由20%线性增加到80%；干燥过程温度40℃，干燥时间2小时，干燥过程中相对湿度由80%线性下降到20%；干湿交替实验时间为3~15天。
2.根据权利要求1所述的模拟铝合金在富盐盐湖大气环境腐蚀过程的试验方法，其特征在于：所述盐湖水中主要离子成分如下：Na+：0.11wt.％；K+：0.056wt.％；Mg2+：1.84wt.％；Ca2+：0.43wt.％；Cl-：34.057wt.%。
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Legal Events
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