NaCl溶液对航空铝应力腐蚀的影响

根据目前的研究，在空气中，空气对航空铝几乎不发生SCC现象。*，CL-对金属的腐蚀影响是很大的，本文专门介绍NaCl溶液对航空铝的应力腐蚀影响。

• 航空铝应力腐蚀试验

应力腐蚀影响采用标准：慢应变速率拉伸(SSRT)试验按GB/T15970.4-2000进行。

试样：25mm×6mm×3mm；

试样取样方向为挤压方向。

试验过程：试样用600﹟～1000﹟砂纸逐级打磨,然后用丙酮清洗,再用蒸馏水清洗并吹干，用氯丁橡胶封闭非工作段表面。安装试样后施加约150N的预加载，应变速率分别取0.33×10^-5和1×10^-6s^-1；环境分别为空气和3.5%NaCl溶液。

试样断裂后，立即对试样进行后续处理（用蒸馏水冲洗断口,再在丙酮中超声波清洗,吹干后放入干燥皿中），用扫描电镜进行断口形貌分析。

• 试验数据结果：

1. 5083铝合金的应力2应变行为将试样分别在空气中和3.5%NaCl溶液中进行SSRT试验，应变速率为0.33×10^-5s^-1，应力2应变曲线如图1所示。由图1可见，试样在溶液中的延伸率明显低于空气中的，抗拉强度也比空气中的有不同程度的降低，这说明5083铝合金在3.5%NaCl溶液中具有应力腐蚀敏感性。

图1           航空铝5083在空气和3.5%NaCl溶液中的SSRT曲线

应力腐蚀指数I_SSRT是将SSRT试验所获得的各项力学性能指标进行数学处理的结果，与单项力学性能指数相比能更好地反映应力腐蚀断裂敏感性,常作为应力腐蚀的重要判据，计算式为：               

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

式中：

σ_fw为在环境介质中的断裂强度，Mpa；

σ_fA为在惰性介质中的断裂强度，Mpa；

δ_fw为在环境介质中的断裂伸长率，%；

δ_fA为在惰性介质中的断裂伸长率，%；

本试验中惰性介质为空气，I_SSRT从0→1表示应力腐蚀断裂敏感性增加,I_SSRT计算结果如表2

表2           5083铝合金慢拉伸力学性能及ISSRT值

1. 应变速率对5083铝合金SCC行为的影响应变速率是影响材料SCC行为的重要参量,通常使用的应变速率范围为10^-4～10^-8s^-1，对大多数材料,应力腐蚀zui敏感的应变速率约为10^-6s^-1,在一给定环境介质条件下,将存在一*应变速率,以区分材料的SCC敏感性。

从表2可见,同一预变形条件下,拉伸应变速率较低的试样具有较高的SCC敏感性。

发生SCC行为必然存在于某一应变速率范围内,应变速率过高,断裂伸长率接近空气介质中所测得的,韧性损失较少,SCC不敏感,即在高应变速率下,环境介质和试样间还未进行SCC所要求的恰当反应,塑性形变就使试样很快断裂;另一方面,应变速率过低,材料被拉伸滑移产生新鲜表面,而新鲜表面上的钝化膜形成得足够快,3.5%NaCl溶液不能充分发挥其在SCC过程中的作用,试样的强度、韧性与空气中的结果相差不大。

采用慢应变速率拉伸(SSRT)测试法及扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)分析手段,研究了预变形量及应变速率对5083铝合金在空气和3.5%NaCl溶液中应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。结果表明:在空气中,5083铝合金几乎不发生SCC现象,其断口均呈现韧性断裂形貌;在3.5%NaCl溶液中,5083铝合金具有SCC敏感性,其断口呈现局部沿晶界或相界断裂形貌,随着应变速率的减小,应力腐蚀敏感指数(ISSRT)增大,当应变速率至1×10-6s^-1时,其应力腐蚀断口呈现典型的解理脆断特征;(Mgl8)等第二相析出及预变形后位错增多是导致5083铝合金SCC敏感性增大的主要原因。

3 结论

(1)在空气中，5083铝合金几乎不发生SCC现象,其断口均呈现韧性断裂形貌；在3.5%NaCl溶液中,5083铝合金具有SCC敏感性,其断口呈现局部沿晶界或相界断裂形貌。

(2)随着应变速率的减小，I_SSRT值增大,当应变速率减至1×10^-6s-1，5083铝合金的应力腐蚀断口呈现典型的解理脆断特征。

(3)预变形量增大引起位错密度升高,残余应力增大，5083铝合金的SCC敏感性增大。