B30銅鎳合金在海水環(huán)境中的腐蝕行為及相關(guān)電化學(xué)性能進行研究,探討海水流速、異種金屬接觸、全浸時間、溫度、pH值、鹽度各因素對該材料的腐蝕性能和電化學(xué)性能的影響,綜合評價B30材料的環(huán)境適應(yīng)性能。通過海水全浸腐蝕試驗,結(jié)合掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)等微觀分析手段研究了B30銅鎳合金的腐蝕速率、腐蝕類型以及微觀腐蝕形貌。并采用原子力顯微鏡(AFM)、EDS等方法考察其表的形成及生長規(guī)律,探討表的存在對材料耐蝕性的影響。借助旋轉(zhuǎn)圓筒沖刷腐蝕實驗機、流動海水試驗臺架等裝置,研究不同流速條件下B30銅鎳合金的沖刷腐蝕速率以及微觀腐蝕形貌。結(jié)果表明:B30材料在流速低于5m/s海水中具有較高的耐沖刷腐蝕性能。通過靜態(tài)海水和流動海水中的電偶腐蝕試驗,研究異種金屬類型、海水流速、陰/陽極面積比等因素變化對B30銅鎳合金電偶腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:B30材料與316L不銹鋼和TA2鈦合金偶接時腐蝕加劇,而與紫銅、黃銅、B10銅鎳合金等材料偶接時可得到有效保護。采用電化學(xué)阻抗譜、循環(huán)陽極極化曲線等測試方法,研究浸泡時間、Cl-濃度、pH值、溫度等環(huán)境因素對B30銅鎳合金腐蝕行為和電化學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:B30材料的平均腐蝕速率隨著浸泡時間延長而降低,點蝕現(xiàn)象隨著Cl-濃度增大而加重,耐蝕性能隨著溫度升高和pH值降低而有所下降。
研究了B10、B30銅鎳合金板材和管材在我國青島、舟山、廈門和榆林4個海水腐蝕實驗站分別暴露1、2、4、8、16 a的局部腐蝕規(guī)律。結(jié)果表明:全浸區(qū)榆林海域、舟山海域和青島海域均有一定程度的局部腐蝕,其中榆林海域因溫度高和海生物附著的共同作用導(dǎo)致銅鎳合金的局部腐蝕zui嚴(yán)重;而廈門海域?qū)︺~鎳合金的局部腐蝕有一定的減緩作用,使銅鎳合金板材沒有局部腐蝕發(fā)生;各海域?qū)︺~鎳合金的腐蝕作用基本均以沿晶腐蝕為主,但程度不同;暴露16 a,在廈門海域B30合金的Ni、Mn和Fe含量比青島海域和榆林海域B30合金的Ni、Mn和Fe含量高;提高B30合金的耐蝕性,是廈門海域的銅鎳合金板材基本不發(fā)生局部腐蝕的內(nèi)在原因。
研究了B10、B30銅鎳合金板材和管材在我國青島、舟山、廈門和榆林4個海水腐蝕實驗站分別暴露1、2、4、8、16 a的局部腐蝕規(guī)律。結(jié)果表明:全浸區(qū)榆林海域、舟山海域和青島海域均有一定程度的局部腐蝕,其中榆林海域因溫度高和海生物附著的共同作用導(dǎo)致銅鎳合金的局部腐蝕zui嚴(yán)重;而廈門海域?qū)︺~鎳合金的局部腐蝕有一定的減緩作用,使銅鎳合金板材沒有局部腐蝕發(fā)生;各海域?qū)︺~鎳合金的腐蝕作用基本均以沿晶腐蝕為主,但程度不同;暴露16 a,在廈門海域B30合金的Ni、Mn和Fe含量比青島海域和榆林海域B30合金的Ni、Mn和Fe含量高;提高B30合金的耐蝕性,是廈門海域的銅鎳合金板材基本不發(fā)生局部腐蝕的內(nèi)在原因。
采用三輥行星軋制技術(shù)生產(chǎn)銅合金管可改變傳統(tǒng)的擠壓法生產(chǎn)工藝,大幅度提高銅合金管材的生產(chǎn)能力,但對其生產(chǎn)實用性的研究尚處于探索階段。本文重點以B10白銅合金管坯為研究對象,首先通過有限元模擬對比分析了B10白銅合金管坯與TP2紫銅管坯在三輥行星軋制過程中偏轉(zhuǎn)角和坯料初始溫度對成形的影響,并計算出對銅合金管材三輥行星軋制加工中軋輥精整段長度合理控制范圍。根據(jù)有限元模擬分析結(jié)果進行了現(xiàn)場生產(chǎn)實驗,成功軋制出銅合金管材獲得滿意結(jié)果。該軋制實驗的成功證明有限元模擬的重要參考價值,同時拓寬了三輥行星軋機的應(yīng)用領(lǐng)域并改善了銅合金管材的生產(chǎn)加工技術(shù)。
采用交流阻抗譜、動電位極化的電化學(xué)測試方法研究B10銅鎳合金在模擬海水中的腐蝕電化學(xué)行為,并對不同溫度條件下的試樣表面進行腐蝕形貌的觀察。研究結(jié)果表明,隨著溫度的升高,B10合金的自腐蝕電位負(fù)移,試樣的腐蝕傾向增大,且極限電流密度增大;溶液離子轉(zhuǎn)移電阻隨著溫度的升高變小,說明隨溫度升高,B10合金耐海水腐蝕性能下降。
測試了模擬海洋環(huán)境中B10、B30銅合金及純鐵的電化學(xué)性能,采用恒電流法測試了純鐵犧牲陽極性能,并結(jié)合電偶腐蝕試驗進一步分析了采用純鐵對B10、B30銅合金進行陰極保護的可行性。結(jié)果表明:純鐵的自腐蝕電位低于B10和B30銅合金的,犧牲陽極性能良好,有穩(wěn)定工作電位,電流效率高;電偶腐蝕試驗中,純鐵作為陽極材料極大地抑制了B10、B30銅合金的腐蝕,起到了良好的陰極保護效果。
用中頻真空感應(yīng)爐制備了不同釔含量的B10銅合金,利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、拉伸試驗機、維氏硬度計和電化學(xué)工作站等研究了稀土釔含量對合金顯微組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:微量稀土釔可顯著細(xì)化晶粒,提高合金的強度和硬度;隨釔含量增加,合金的晶粒尺寸先減小后略有增大,強度和硬度先增大后略降低,塑性則變化不大;添加微量稀土釔后,腐蝕表和B10銅合金基體的結(jié)合力增強,耐腐蝕性能得到提高;隨稀土釔含量增加,合金的沖刷腐蝕速降低后略升高,電荷轉(zhuǎn)移電阻Rt和氧化膜層電阻Rf均先增加后有所降低。
目的研究管路銅合金在模擬深海低溫條件下的電偶腐蝕行為。方法對艦船常用的管路材料B10合金與管路泵閥材料鎳鋁青銅偶接后的電偶電位和電偶電流進行監(jiān)測,對其電偶腐蝕速率和系數(shù)進行計算,評價電偶腐蝕敏感性。zui后,結(jié)合動電位極化曲線的測量探討溫度對偶對陰陽極銅合金腐蝕行為的影響。結(jié)果 B10合金為偶合陰極,受到保護,而鎳鋁青銅為偶合陽極,加速腐蝕。在深海低溫條件下,偶對的電偶腐蝕效應(yīng)和腐蝕速率均較低,表現(xiàn)出輕度電偶腐蝕敏感性。結(jié)論溫度的降低一方面會減緩B10合金Cu2O鈍化膜中Ni的占位,降低膜層電位,同時減緩鎳鋁青銅的脫Al腐蝕,從而縮小了兩者自腐蝕電位的差異,降低電偶腐蝕效應(yīng);另一方面,溫度的降低會減緩陽離子向溶液本體中的遷移,造成腐蝕產(chǎn)物在電極表面的積累,抑制陽極溶解過程,也會大幅降低氧的擴散速率,造成陰極反應(yīng)阻力的增大,降低電偶腐蝕速率。
