【摘 要】
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由于优异的导电性、导热性以及良好的耐海水腐蚀性能,铜及铜合金被广泛应用于海洋环境中。但海洋腐蚀环境复杂多变,硫化物作为自然海水中最普遍的污染物对铜合金在海洋环境中的服役性能造成了极大的不确定性。铜钛合金有望成为铜铍合金的替代材料之一表现出广阔的应用前景,当钛含量为1 wt.%~6 wt.%范围内时,室温下的平衡组织为Cu+Cu4Ti。而当合金中存在第二相时,合金的耐蚀性能通常会受到影响。为探究海水
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由于优异的导电性、导热性以及良好的耐海水腐蚀性能,铜及铜合金被广泛应用于海洋环境中。但海洋腐蚀环境复杂多变,硫化物作为自然海水中最普遍的污染物对铜合金在海洋环境中的服役性能造成了极大的不确定性。铜钛合金有望成为铜铍合金的替代材料之一表现出广阔的应用前景,当钛含量为1 wt.%~6 wt.%范围内时,室温下的平衡组织为Cu+Cu4Ti。而当合金中存在第二相时,合金的耐蚀性能通常会受到影响。为探究海水中的硫化物浓度变化及析出相对铜钛合金腐蚀行为的影响,通过固溶与时效热处理获得具有不同显微组织的Cu-4wt.%Ti合金,配置含S2-浓度为2.5、20、60、100 ppm的3.5 wt.%Na Cl溶液分别模拟正常状态下以及被S2-轻度、中等、严重污染的海水,并设置不含S2-的3.5 wt.%Na Cl溶液作为空白对照,对两种不同热处理状态的Cu-4wt.%Ti合金通过采用浸泡实验和电化学测试,研究了两种状态下的Cu-4wt.%Ti合金在含不同浓度硫化物的模拟污染海水环境中的腐蚀行为,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)对铜钛合金表面腐蚀产物进行测试分析,探究S2-、Cl-的腐蚀协同作用机理以及析出相β-Cu4Ti对Cu-4wt.%Ti合金腐蚀的影响。得到的主要结论如下:(1)两种热处理状态下的Cu-4wt.%Ti合金在不同S2-浓度的3.5 wt.%Na Cl溶液中的腐蚀类型不同。固溶态铜钛合金在不含S2-的溶液中发生点蚀,随着S2-浓度增加,腐蚀逐渐向均匀腐蚀转变,这是因为S2-在固溶态的铜钛合金表面会发生比Cl-更加严重的点蚀,当S2-浓度达到60 ppm时,点蚀坑交错分布在整个表面呈现出均匀腐蚀的形态。过时效态铜钛合金在不同S2-浓度的3.5 wt.%Na Cl溶液中的腐蚀类型均以微电偶腐蚀为主,腐蚀不均匀。由于时效处理Cu-4wt.%Ti合金会出现层片状的组织,该组织是由Cu基体相与析出相β-Cu4Ti交替分布构成。当在溶液中浸泡时相互接触的Cu基体相与析出相β-Cu4Ti形成微电偶腐蚀电池,Cu基体相作为腐蚀电池的阳极更容易被腐蚀,在去除腐蚀产物后表面呈现出沟壑状。由于腐蚀类型主要为微电偶腐蚀,所以时效处理后铜钛合金耐蚀性降低,腐蚀速率加快。(2)无论Cu-4wt.%Ti合金处于哪种热处理状态,S2-均会促进其在3.5 wt.%Na Cl溶液中的腐蚀,随着S2-浓度的增加,腐蚀程度越来越剧烈。S2-和Cl-对铜钛合金的腐蚀存在竞争吸附关系,但S2-的吸附能力更强,发生反应速度更快,能够迅速的对铜钛合金造成腐蚀。两种热处理状态下的铜钛合金,S2-和Cl-的吸附位点发生了变化,固溶态铜钛合金由于表面成分均匀,S2-、Cl-吸附也呈现出均匀性。而过时效态铜钛合金由于表面成分和结构不均匀产生了微电池,Cu基体相在发生微电偶腐蚀时失去电子从而更容易使S2-和Cl-发生吸附。(3)两种热处理状态下的Cu-4wt.%Ti合金在含S2-的3.5 wt.%Na Cl溶液中腐蚀产物种类相同,主要为Cu S、Cu2S、Cu2O以及Cu2(OH)3Cl。由于两种热处理状态下的腐蚀类型不同而导致腐蚀发生的位置不同,所以腐蚀产物的分布有所差异。(4)由于S2-浓度越大,水解产生的OH-越多,这使固溶态铜钛合金的腐蚀产物膜层的厚度与致密度增加,当S2-浓度达到100 ppm时使铜钛合金发生钝化,降低腐蚀速率。所以当固溶态铜钛合金应用于被S2-污染的海水中时,可以通过适当方法提高其环境中的OH-浓度促进Cu2O保护膜层的形成,从而降低其腐蚀速率。而过时效态铜钛合金在S2-浓度达到100 ppm时由于表面的化学成分不均匀导致不能发生钝化,腐蚀产物膜层对腐蚀的抑制作用不明显。
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