NaCl溶液對航空鋁應力腐蝕的影響

根據(jù)目前的研究，在空氣中，空氣對航空鋁幾乎不發(fā)生SCC現(xiàn)象。*，CL-對金屬的腐蝕影響是很大的，本文專門介紹NaCl溶液對航空鋁的應力腐蝕影響。

• 航空鋁應力腐蝕試驗

應力腐蝕影響采用標準：慢應變速率拉伸(SSRT)試驗按GB/T15970.4-2000進行。

試樣：25mm×6mm×3mm；

試樣取樣方向為擠壓方向。

試驗過程：試樣用600﹟～1000﹟砂紙逐級打磨,然后用丙酮清洗,再用蒸餾水清洗并吹干，用氯丁橡膠封閉非工作段表面。安裝試樣后施加約150N的預加載，應變速率分別取0.33×10^-5和1×10^-6s^-1；環(huán)境分別為空氣和3.5%NaCl溶液。

試樣斷裂后，立即對試樣進行后續(xù)處理（用蒸餾水沖洗斷口,再在丙酮中超聲波清洗,吹干后放入干燥皿中），用掃描電鏡進行斷口形貌分析。

• 試驗數(shù)據(jù)結果：

1. 5083鋁合金的應力2應變行為將試樣分別在空氣中和3.5%NaCl溶液中進行SSRT試驗，應變速率為0.33×10^-5s^-1，應力2應變曲線如圖1所示。由圖1可見，試樣在溶液中的延伸率明顯低于空氣中的，抗拉強度也比空氣中的有不同程度的降低，這說明5083鋁合金在3.5%NaCl溶液中具有應力腐蝕敏感性。

圖1           航空鋁5083在空氣和3.5%NaCl溶液中的SSRT曲線

應力腐蝕指數(shù)I_SSRT是將SSRT試驗所獲得的各項力學性能指標進行數(shù)學處理的結果，與單項力學性能指數(shù)相比能更好地反映應力腐蝕斷裂敏感性,常作為應力腐蝕的重要判據(jù)，計算式為：               

I_SSRT=1-[σ_fw×(1+δ_fw)]/[σ_fA×(1+δ_fA)]               (1)

式中：

σ_fw為在環(huán)境介質中的斷裂強度，Mpa；

σ_fA為在惰性介質中的斷裂強度，Mpa；

δ_fw為在環(huán)境介質中的斷裂伸長率，%；

δ_fA為在惰性介質中的斷裂伸長率，%；

本試驗中惰性介質為空氣，I_SSRT從0→1表示應力腐蝕斷裂敏感性增加,I_SSRT計算結果如表2

表2           5083鋁合金慢拉伸力學性能及ISSRT值

1. 應變速率對5083鋁合金SCC行為的影響應變速率是影響材料SCC行為的重要參量,通常使用的應變速率范圍為10^-4～10^-8s^-1，對大多數(shù)材料,應力腐蝕zui敏感的應變速率約為10^-6s^-1,在一給定環(huán)境介質條件下,將存在一*應變速率,以區(qū)分材料的SCC敏感性。

從表2可見,同一預變形條件下,拉伸應變速率較低的試樣具有較高的SCC敏感性。

發(fā)生SCC行為必然存在于某一應變速率范圍內,應變速率過高,斷裂伸長率接近空氣介質中所測得的,韌性損失較少,SCC不敏感,即在高應變速率下,環(huán)境介質和試樣間還未進行SCC所要求的恰當反應,塑性形變就使試樣很快斷裂;另一方面,應變速率過低,材料被拉伸滑移產(chǎn)生新鮮表面,而新鮮表面上的鈍化膜形成得足夠快,3.5%NaCl溶液不能充分發(fā)揮其在SCC過程中的作用,試樣的強度、韌性與空氣中的結果相差不大。

采用慢應變速率拉伸(SSRT)測試法及掃描電鏡(SEM)與透射電鏡(TEM)分析手段,研究了預變形量及應變速率對5083鋁合金在空氣和3.5%NaCl溶液中應力腐蝕開裂(SCC)行為的影響。結果表明:在空氣中,5083鋁合金幾乎不發(fā)生SCC現(xiàn)象,其斷口均呈現(xiàn)韌性斷裂形貌;在3.5%NaCl溶液中,5083鋁合金具有SCC敏感性,其斷口呈現(xiàn)局部沿晶界或相界斷裂形貌,隨著應變速率的減小,應力腐蝕敏感指數(shù)(ISSRT)增大,當應變速率至1×10-6s^-1時,其應力腐蝕斷口呈現(xiàn)典型的解理脆斷特征;(Mgl8)等第二相析出及預變形后位錯增多是導致5083鋁合金SCC敏感性增大的主要原因。

3 結論

(1)在空氣中，5083鋁合金幾乎不發(fā)生SCC現(xiàn)象,其斷口均呈現(xiàn)韌性斷裂形貌；在3.5%NaCl溶液中,5083鋁合金具有SCC敏感性,其斷口呈現(xiàn)局部沿晶界或相界斷裂形貌。

(2)隨著應變速率的減小，I_SSRT值增大,當應變速率減至1×10^-6s-1，5083鋁合金的應力腐蝕斷口呈現(xiàn)典型的解理脆斷特征。

(3)預變形量增大引起位錯密度升高,殘余應力增大，5083鋁合金的SCC敏感性增大。