【摘 要】
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2024铝合金作为一种高强度硬铝合金被广泛应用于飞机骨架零件,如蒙皮和机翼等。但是其耐局部腐蚀能力较差,这严重影响了合金的服役寿命。Al-Ni-Ce非晶合金作为一种新型的高耐蚀涂层材料可用于2024铝合金的表面腐蚀防护。目前对多元非晶合金耐蚀性的元素作用机理研究不够全面,主要由于非晶合金中析出相的影响较复杂,且多组元体系中多种元素可能存在协同作用。本课题选取Al-Ce二元合金体系,排除了晶体相及其
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2024铝合金作为一种高强度硬铝合金被广泛应用于飞机骨架零件,如蒙皮和机翼等。但是其耐局部腐蚀能力较差,这严重影响了合金的服役寿命。Al-Ni-Ce非晶合金作为一种新型的高耐蚀涂层材料可用于2024铝合金的表面腐蚀防护。目前对多元非晶合金耐蚀性的元素作用机理研究不够全面,主要由于非晶合金中析出相的影响较复杂,且多组元体系中多种元素可能存在协同作用。本课题选取Al-Ce二元合金体系,排除了晶体相及其它元素的干扰,深入理解稀土元素铈对非晶铝合金耐腐蚀行为的影响,从而指导Al-Ni-Ce耐蚀非晶合金涂层材料的设计,为铝基非晶合金作为腐蚀防护涂层的应用提供科学依据。本论文采用磁控溅射技术制备Al-Ce二元非晶合金,通过溅射工艺参数调整,沉积不同成分的合金薄膜;通过X射线衍射来判断合金是否为完全非晶,进而确定能够形成完全非晶时合金中Ce含量的成分范围。对完全非晶的Al-Ce合金薄膜进行电化学测试,研究Ce含量对非晶合金耐点蚀行为的影响,并通过电化学阻抗谱、恒电位极化、Mott-Schottky曲线来对Al-Ce二元非晶合金钝化膜稳定性进行系统研究与分析。利用XPS技术对Al-Ce二元非晶合金在不同状态下形成的钝化膜进行分析表征,研究钝化膜成分及结构对其稳定性的影响,并提出了钝化膜的破坏机制。主要结论如下:（1）磁控溅射制备Al-Ce二元合金薄膜,随着铈靶溅射功率由5 W升高到20 W,沉积的合金薄膜中Ce含量由3.9 at.%增加到21.5 at.%,同时形成非晶合金的倾向性也逐渐增加。能够形成完全非晶合金薄膜时Ce含量的成分范围为6.5～21.5 at.%;（2）四种非晶合金 Al93.5Ce6.5、Al89Ce11、Al83Ce17和 Al78.5Ce21.5在 0.01 mol/L 的NaCl中性溶液中进行电化学测试,开路电位-时间曲线表明Al中添加Ce元素能够降低其开路电位,随着Ce含量的增加开路电位变得更负。动电位极化曲线表明随着非晶合金中Ce含量的增加,钝化电流密度差异不明显,但点蚀电位出现先增加后降低的趋势,合金Al89Ce11具有最高的点蚀电位,约为-0.07VSCE;合金的自腐蚀电位逐渐降低,与开路电位变化趋势一致;合金Al89Ce11自腐蚀电流密度最低,约为242.50 nA,比其它几种合金低2～6倍,具有最低的腐蚀速率;（3）电化学阻抗谱测试表明四种合金中Al89Ce11的总阻抗值最高,电荷转移电阻最大,表明其钝化膜电荷传递阻力最大,稳定性最好。四种非晶合金在钝化区间的Mott-Schottky曲线都是正斜率,即合金钝化膜的半导体特性均呈现n型半导体特性;并且合金Al89Ce11钝化膜中施主载流子浓度最小,钝化膜的电子传导阻力最大,钝化膜的保护性最好,因此其具有更优的耐腐蚀性;（4）不同Ce含量非晶合金XPS分析结果表明,Al89Ce11合金在空气中形成的钝化膜,及在中性含氯离子溶液阳极极化形成的钝化膜都比Al78.5Ce21.5合金更厚;当Ce含量增加到21.5 at.%时,合金Al78.5Ce21.5钝化膜中含有大量的Ce离子,降低钝化膜的稳定性,致使其在含氯离子溶液中Cl离子不仅在其表面大量吸附,而且可以侵入到钝化膜内部以及钝化膜/基体界面,促进钝化膜破裂,从而使该合金更容易发生点蚀。
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