IPC结构SiC3D/6061Al复合材料在Cl-环境中腐蚀行为研究

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SiC3D/6061Al双联通复合材料的铝基体和SiC3D增强体均呈三维空间连续分布,这种特殊结构使其具有独特力学、热学、抗摩擦磨损和减震性能。在海水浸泡和盐雾环境中的腐蚀降低了SiC3D/6061Al的服役寿命,因此,对SiC3D/6061Al的腐蚀行为和机理进行深入研究具有重大意义。本文采用聚合物复制技术获得碳化硅骨架(SiC3D),通过低压铸造将熔融的6061Al合金液体渗透到氧化的SiC3D中制备SiC3D/6061Al。采用电化学、中性盐雾(NSS)和浸泡腐蚀(SL)试验以及用Comsol Mutiphysical进行有限元计算,研究SiC3D/6061Al及基体合金6061Al在NaCl溶液中腐蚀行为和机理。研究得到以下结论:(1)对未经腐蚀的试样进行开路电位(OCP)、动电位极化曲线(PDP)和交流阻抗(EIS)的测试,SiC3D/6061Al的OCP波动程度更小;在PDP中腐蚀电位更大,腐蚀电流更小;在EIS中,容抗弧半径更大,因此SiC3D/6061Al更耐腐蚀。对两者的腐蚀动力学进行有限元计算,获得的数据与试验结果一致。(2)对试样进行NSS及SL试验,比较腐蚀形貌发现SiC-6061Al界面是腐蚀敏感位置,腐蚀优先发生在界面。腐蚀前期均为点蚀,腐蚀倾向为6061Al合金>SiC-6061Al界面>6061Al基体,这与电化学结果一致。但腐蚀后期腐蚀倾向为SiC-6061Al界面>6061Al基体>6061Al合金,这与电化学结果相反。腐蚀前期SiC3D/6061Al腐蚀钝化膜较薄弱,腐蚀产物多。EDS表明两者的腐蚀产物均是从Al2O3到Al(OH)3,并形成中间腐蚀产物AlO(OH)。腐蚀初期腐蚀产物表现出最强保护作用,到后期腐蚀速率提高,但腐蚀产物对腐蚀仍然具有一定的抑制作用。(3)对NSS后带腐蚀产物的试样电化学测试数据显示72 h前SiC3D/6061Al的自腐蚀电位高于6061Al合金,腐蚀倾向更小,低频区容抗弧半径增大,相位角峰值也显著增大,耐蚀性高于6061Al合金,72 h后SiC3D/6061Al腐蚀电流远小于6061Al合金,腐蚀速率较小,容抗弧半径减小,耐蚀性降低。(4)腐蚀动力学分析表明失重曲线拟合的方程为y=a·tb,腐蚀速率随着腐蚀时间的增加先减小后增大又减小,这与电化学测试结果一致。(5)电化学腐蚀机理研究表明,SiC3D/6061Al耐腐蚀是因为在外加电流情况下,电子移动速度快,SiC3D限制电子的移动,而电子移动在6061Al合金并没有受到阻碍,因此6061Al合金耐蚀性低于SiC3D/6061Al;NSS及SL试验中,Cl-的扩散速度慢,腐蚀过程由Cl-扩散控制,SiC3D更易和6061Al基体形成电偶腐蚀,导致界面处腐蚀更快,因此SiC3D/6061Al的耐蚀性低于6061Al合金。
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