分析鎳鋁青銅合金海水腐蝕行為

鎳鋁青鋼是在鋁青鋼中加入Vi, Fe、Mn 等具有優異性能的合金，如在海水中具有較高的抗拉強度、抗腐蝕疲勞強度、耐海水腐蝕性能和抗空泡腐蝕性能，并具有優良的導熱，導電性能，良好的耐磨損性能、焊接性能和抗海生物污損能力，而且價格低廉，在船舶關鍵部件與海洋工程領域得到非常廣泛的應用。

1、鎳鋁青銅合金的組織、結構及其腐蝕行為

熔融態鎳鋁青銅流動性強，化學成分均勻，基本無枝晶偏析。在室溫下，鎳鋁青銅合金鑄造組織主要包括基體a相、殘氽β相以及R相"。K相由于Fe元素含量的不同，可細分為樹枝狀形貌的K1、等軸/樹枝狀形態的K1和xπ以及片狀或球狀形態的Km。鑄態鎳鋁青銅微觀組織中白亮區域的晶格常數為0. 364士0. 004 m，是以侗為主，還包含有少量的A1、Ni、Pe和Mn，結構為面心立方的固溶體a相。灰色腐蝕區域為晶格常數約為0. 357m的β'相，結構為體心立方的馬氏體。β' 相高溫時較穩定，隨著溫度的降低，會分解為a相和K相。黑色K相的形狀由其與基體相問的應變能和界面能共阿決定，是Nit Pe A1的配合物，成分偏析程度會對尺寸產生影響”。當Fe含量增高，出現樹枝狀形貌的相為K。主要成分為Fe和Al所構成的化合物。黑色殘余相β是具有3R和21結構的馬氏體相。

鎳鋁青銅的電化學行為取決于所處溶液的pH值，在不同pH條件下其化學反應不同”，這是山于共微觀結構中存在相的穩定性不同所致。當溶液pll值高于4.0時，鎳織青銅的氧化山宮銅a相驅動，因鎳鋁青銅中a相的電勢高于Km相，即E.>E.m ，Ka相首先被腐蝕:面在pll值低.于4.0 時，其陽極行為則由富鐵、富鎳和富鋁的K-、k1.和K 1-和的氧化所控制。由此可見，鎳們青鋼的腐蝕行為受pll影響較大，可以通過共微觀組織間的相互轉變情況，來預測其在不同的腐蝕環境中的耐腐蝕性能。

2、鎳鋁青銅合金在海水中的腐蝕行為

文獻1報道了鑄造鎳鋁古銅合金的腐蝕，而在富含朵質的海水中高強度黃銅脫成分腐蝕的傾向比鎳識青銅要大得多0。鎳鋁青銅有良好的力學性能，添加不同的合命尤索使其在合砂海水中與不銹鋼有相當的耐蝕性能”。鎳鋁吉銅在海水中表現出較強的耐空泡腐蝕性能，同時也具有優良的耐腐蝕疲勞性能8。因此，鎳鋁古銅在船用螺旋槳中有若廣泛的應用。

2.1、靜態海水腐蝕

鎳鋁青銅在海水中耐蝕性優異，Tuthill ”"指出，在含Cl的溶液中，Cu具有較為復朵的腐蝕過程，主要是山于銅表面形成復雜的保護膜，并認為鎳鋁青銅最主要的電化學過程是銅的陽極溶解，陰極主要為氧氣的還原，化學反應式為: Cu+2CI-e→CuCI: ; 02+2H0+2e"→40H: 2CuCIT+20H→Cw0+ H0+4Cl ，在這個過程中形成了Cu:0 保護膜，另外Al增加了Cu在海水中的耐腐蝕性能，化學反應式為: A1+4C1 →AlC1 i+3e; A1C1 +3H0→A1 (OH) +31+4C1，在這個過程中形成了A1(OH)。。Schissler等C1認為材料表面形成了厚度約為900-1000 nm凹的包含Al和Cu的保護膜(主要是Cu0和A120)，該保護膜使得鎳鋁青鋼具有較好的耐腐蝕性，但保護膜長期暴露于海水中會形成Cu:(OH)£Cl 和Cu(ODC1之類的腐蝕產物，保護膜中的產物Cu:(OH).Cl可能會發生偏聚，形成島狀沉積4。Yang 等“采用原位掃描振動電極技術，研究了腐蝕產物膜在浸泡過程中局部電化學性質的變化，K 相在短時間內形成穩定致密的保護膜，有效地防止了腐蝕的發生。而Ei-Meligi認為鎳鋁青銅優異的性能可能源于Ni0和Fe0%對合金非常明顯的保護作用。

2.2、空泡腐蝕

鎳仍青鋼優異的力學性能使共作為船用螺旋槳材料得到廣泛應用a "。常見的空泡腐蝕是高速運行的螺旋槳加快周田水流速度所產生的破壞，與螺旋槳接觸的水體各部分壓力不均勻引起氣泡迅速產生并破火，且該過程持續產生的沖擊力會破壞金屬表而層，導致材料的變形與質量損失微測，空泡腐蝕的發生過程如圖1所示。Wood等網設計了種全 塑性空化隧道，用于研宄鎳鋁節銅表面的空泡腐蝕，金屬. 表面起初因’i泡破裂發生腐蝕破壞，當存在輕度腐蝕時，空泡沖擊與腐蝕破壞的協同效應最為顯著，嚴重的二次空泡腐蝕會對螺旋漿的工作效率產生較大影響。Song等“研究了鉤態鎳鋁古銅合金和約摩擦攪拌處理的鎳鋁市銅(FSP-NAB) 在蒸儒水和3. 56NaCl溶液中的空泡腐蝕過程，FSP-XAB 由于微現結構更加細化和均勻，其在蒸餾水和3. 5%NaCl溶液中的累計質量損失為鑄態NAB的2/3和1/2，鑄態VAB的質量損失上要是山于大K顆粒的脫落、大而深的空洞和長裂紋。Al-Hashem等利州機盧空化裝置研究了鎳鋁古銅的微結構對其在海水中空泡腐蝕行為的影響，長時間空泡使合金表而非常粗糙，產生大的空穴或凹坑，切性撕裂和a相柱狀晶粒邊界的腐蝕，在與K沉淀相鄰的a相中觀察到5 10μm長的微裂紋，這些裂紋是從空脫的底部開始的，使合金受到的破壞更加嚴重。ZChang 等“認為遭受初期空泡腐蝕損傷后的a相中存在大量的位錯和變形李品，這些位錯和變形李品可以阻止疲勞裂紋的形核和擴展，從而使鎳鋁青銅具有優異的耐空泡腦蝕性能。

2. 3、沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是腐蝕流體與材料表而高速作用而對材料造成的損傷，以及材料表而受固相顆粒沖擊造成材料損耗@。.螺旋槳高速運轉時，在表面保護膜或腐蝕產物膜遭受腐蝕損耗后，材料腐蝕速度會進一步加快。沖刷腐蝕是流體作用下的機械磨損與電化學腐蝕協同作用產生的腐蝕結果，對常見應用環境中的鎳沿青鋼合金的危軎性較大切。

杜鵬等x采用旋轉圓桶沖刷腐蝕試驗機研究了不同流速海水沖刷銅鎳合金的腐蝕行為，認為合余的腐蝕速率在靜態海水中明顯低于在流動海水中，流速增大會導致內外雙層腐蝕保護膜磨損、腐蝕迷率增大，腐蝕受用極反應和傳質過程控制，海水剪切力會降低材料表面腐蝕保護膜的保護作用，使得腐蝕速率變大。維婭楠'I在舟山海水腐蝕試驗站，利用模擬沖刷腐蝕測試系統研究了啊合余的沖刷腐蝕行為，發現其沖刷腐蝕同時受流速和泥沙含量的影響，腐蝕速率與海水流速呈正線性關系，H試驗結果|j實海沖制腐蝕失審結果致。

3、結語

在耐苛刻海水腐蝕環境條件方面，鎳鋁青銅合金無疑是最現想的銅合金材料。針對鎳鋁青銅合金綜合性能提升的技術需要，將來可以將新合金元素改性和合金元素含量的精準控制作為重點研究方向，并嘗試通過摻雜不同合金元素來開發出不同系列的新型鎳鋁青銅合金，遂漸完善我國海洋環境用銅鎳合金材料體系。同時，應不斷加強合金組織調控、表面改性等方面的應用研究工作，并與新型合金開發工作緊密結合，進一步提高銅鎳合金耐空泡腐蝕和沖刷腐蝕的性能，研制開發出綜合性能優異的新型銅鎳合金材料，以滿足新時期不同海洋工程技術領域的應用需求。