【摘 要】
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铝合金由于其轻质、高强度、耐腐蚀等性能,被广泛地应用于航空航天、海洋工程等领域。铝合金的腐蚀是一个复杂的过程,在实际使用中因材料强度、成本、耐蚀性等诸多原因,不可避免地与其它材料组合,从而发生电偶腐蚀,影响工程结构的安全。此外,铝合金结构件在使用过程中必然会受到应力载荷的作用,电偶效应和应力载荷是导致铝合金失效的主要原因。海洋环境中,特殊的高温、高盐、高湿等环境因素与电偶效应以及应力载荷的耦合作用
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铝合金由于其轻质、高强度、耐腐蚀等性能,被广泛地应用于航空航天、海洋工程等领域。铝合金的腐蚀是一个复杂的过程,在实际使用中因材料强度、成本、耐蚀性等诸多原因,不可避免地与其它材料组合,从而发生电偶腐蚀,影响工程结构的安全。此外,铝合金结构件在使用过程中必然会受到应力载荷的作用,电偶效应和应力载荷是导致铝合金失效的主要原因。海洋环境中,特殊的高温、高盐、高湿等环境因素与电偶效应以及应力载荷的耦合作用,无疑加剧了对铝合金性能的考验。本研究通过体视显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描开尔文探针(SKP)、电化学工作站等设备,从力学、电化学、材料微观分析等多角度深入研究了海洋环境下5083铝合金的电偶腐蚀行为以及海洋环境因素与应力载荷耦合作用对7050铝合金失效行为的影响。结果表明,25℃、35℃、45℃时,5083铝合金/Q235钢电偶对的电流密度分别为19.407?A·cm~2、36.688?A·cm~2和57.465?A·cm~2,温度的上升加快了电偶对的腐蚀速率。电偶对中,5083铝合金因其较负的腐蚀电位,作为阳极,腐蚀速率加快;腐蚀电位较高的Q235钢作为阴极被保护。腐蚀形貌结果表明,电偶腐蚀早期,Q235钢在5083铝合金的保护下腐蚀并不明显。越接近偶接线,5083铝合金腐蚀越严重。Q235钢表面存在5083铝合金的腐蚀产物,腐蚀产物的存在抑制了Q235钢的腐蚀速度。以极化曲线拟合参数为边界条件,采用有限元法对5083铝合金/Q235钢电偶对模型表面的电位分布和电流密度分布进行模拟,模拟结果与实验结果基本一致。采用自制的应力加载装置对7050铝合金实验件施加恒拉伸应力,研究海洋环境因素(温度、盐度、p H)与应力载荷耦合作用对7050铝合金的失效行为影响。结果表明,拉伸应力越大,7050铝合金腐蚀速率越快。恒拉伸应力作用下,溶液中H+浓度越高,铝合金腐蚀速率越快;不同盐度的溶液中,7050铝合金的腐蚀速率:2%Na Cl<3.5%Na Cl<6.5%Na Cl<5%Na Cl;不同温度的5%Na Cl溶液中,7050铝合金的腐蚀速率:25℃<45℃<35℃<55℃。表面形貌结果表明,腐蚀初期,由于铝合金表面的第二相与铝基体的电化学性质差异,其交界处会优先发生腐蚀形成腐蚀坑。随着腐蚀时间的延长,在应力和腐蚀环境的共同作用下,点蚀坑逐渐扩大,最后扩展形成裂纹。通过有限元方法,对不同拉伸应力作用对铝合金实验件腐蚀缺陷处的应力应变、阴/阳极表面电位和电流密度进行模拟。模拟结果表明,拉伸应力越大,腐蚀缺陷处底部的应力越大。随着施加应力的增加,腐蚀缺陷处的腐蚀电位逐渐负移,腐蚀电流密度逐渐增加。应力的施加加快了铝合金的溶解,从而加快了腐蚀速率。
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