呂耀輝，劉玉欣，魏世丞，何東昱，王玉江，梁義，郭蕾

（陸軍裝甲兵學(xué)院 裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100072）

7A52鋁合金是AL-Zn-Mg-Cu系列合金之一，具有比強(qiáng)度高、可焊接性好、可塑性強(qiáng)等特性，是一種典型的應(yīng)用于作戰(zhàn)裝備的鋁合金材料[1-3]。為了降低裝備的重量和運(yùn)輸費(fèi)用，國內(nèi)外對7A52鋁合金相繼開展了用焊接結(jié)構(gòu)代替鉚釘連接結(jié)構(gòu)的研究[4-5]。裝備在服役期間，焊接接頭比較容易發(fā)生腐蝕，限制了裝備性能的發(fā)揮，降低了裝備的服役壽命，并給操作人員帶來安全隱患[6]，因此探索 7A52裝甲鋁合金焊接接頭的腐蝕行為具有重要意義。

目前對 7A52系鋁合金應(yīng)力腐蝕敏感性及 7A52鋁合金攪拌摩擦焊、激光焊等焊接接頭性能的研究較多[7-13]，然而，對 7A52鋁合金等離子弧焊接接頭腐蝕行為的研究報(bào)道卻相對較少。文中利用等離子弧焊技術(shù)對7A52鋁合金進(jìn)行焊接，采用鹽霧加速試驗(yàn)研究了在一定溫度下時(shí)間對7A52鋁合金焊接接頭在鹽霧氣氛環(huán)境中的腐蝕影響及腐蝕特征，并對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了能譜（EDS）分析，考察了腐蝕坑深度和7A52鋁合金焊接接頭的腐蝕動力學(xué)規(guī)律，為進(jìn)一步研究7A52鋁合金焊接接頭的耐蝕性能提供一定的數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

試驗(yàn)材料為國產(chǎn)7A52鋁合金，經(jīng)測試，其抗拉強(qiáng)度為485 MPa，伸長率可達(dá)13.8%。用等離子弧焊將兩塊鋁合金板焊接起來，焊接填充材料為 ER5356焊絲。7A52鋁合金化學(xué)成分見表 1，試樣焊縫位置如圖1所示。

表1 7A52的化學(xué)成分 %

加速腐蝕試樣切割為20 mm×5 mm×5 mm的尺寸，準(zhǔn)備3組平行試驗(yàn)。試驗(yàn)前先把試樣浸泡在丙酮溶液中用超聲清洗去除油污，用蒸餾水沖洗后，用水磨砂紙打磨至1200號。然后用w2.5金剛石拋光膏對試樣進(jìn)行拋光，拋光后用蒸餾水沖洗—脫脂棉蘸無水乙醇擦洗試樣表面—冷風(fēng)吹干—稱量（精確到0.1 mg）。

1.2 鹽霧試驗(yàn)

參照GB/T 10125—1997進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱的型號為 YWX/Q-150，試樣放置方式采用掛片式，鹽霧為3.5%的NaCl溶液，pH為6.0～6.5，鹽霧沉降率為1.2 mL/(80 cm2·h)，試驗(yàn)溫度35 ℃，試樣與垂直方向成45°，采用連續(xù)噴霧方式。設(shè)定鹽霧腐蝕的時(shí)間分別為4，8，12，24，48 h。試驗(yàn)結(jié)束后，去蒸餾水清洗腐蝕試樣，待自然干燥后，稱量試樣質(zhì)量，精確到0.1 mg，分析腐蝕質(zhì)量增量。

1.3 腐蝕特征及其成分

采用型號為Nova Nano SEM 450的掃描電鏡觀察腐蝕產(chǎn)物微觀形貌，并對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜（EDS）分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 腐蝕宏觀形貌

在鹽霧加速腐蝕不同時(shí)間后，AL-Zn-Mg-Cu系7A52鋁合金焊接接頭的試樣宏觀形貌如圖2所示。由圖2可觀察到，7A52鋁合金試樣腐蝕前呈現(xiàn)銀灰色的金屬光澤，并有明顯的焊接熔合線（圖2a）；在連續(xù)加速腐蝕4 h后，焊接接頭分界更加明顯，試樣表面仍具有部分金屬光澤，但熔池區(qū)顏色變深，失去金屬光澤（圖2b）；腐蝕8 h后，表面腐蝕加重，熱影響區(qū)出現(xiàn)點(diǎn)蝕（圖2c）；腐蝕12 h后，基體金屬和熱影響區(qū)表面都出現(xiàn)大量點(diǎn)蝕，熔池區(qū)出現(xiàn)腐蝕斑，點(diǎn)蝕零星分布（圖2d）；腐蝕24 h后，腐蝕產(chǎn)物增多，腐蝕斑變大，產(chǎn)物層變厚，點(diǎn)蝕坑增多加深，腐蝕顆粒逐漸變大（圖2e）；腐蝕48 h后，腐蝕產(chǎn)物層變得更加致密，點(diǎn)蝕坑幾乎布滿整個(gè)金屬表面（圖 2f）。由圖1可知，在8，12，24 h取樣的試件表面，由于7A52鋁合金焊接接頭組織成分的不均勻，加上鹽霧腐蝕介質(zhì)和溫度條件的共同作用，誘發(fā)了點(diǎn)蝕，使得腐蝕介質(zhì)由點(diǎn)蝕孔穿過氧化膜與基體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成腐蝕產(chǎn)物，進(jìn)而在熔池區(qū)出現(xiàn)腐蝕斑[14]。

2.2 腐蝕微觀形貌

在鹽霧加速腐蝕不同時(shí)間后，7A52鋁合金焊接接頭試樣表面腐蝕產(chǎn)物的微觀特征如圖3—5所示?？梢钥闯觯趯?shí)驗(yàn)初期（腐蝕4 h和8 h），母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)主要表現(xiàn)為點(diǎn)腐蝕特征，并生成點(diǎn)狀腐蝕產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)初期發(fā)生點(diǎn)蝕的原因主要是 NaCl液滴最先吸附在試樣表面的活性點(diǎn)，NaCl液滴由表面活性點(diǎn)擴(kuò)散滲透，破壞試樣表面的氧化膜，導(dǎo)致試樣發(fā)生腐蝕[15]。

12 h后，隨著腐蝕時(shí)間的增加，活性溶解區(qū)逐漸增多，點(diǎn)蝕逐漸長大。24 h后，腐蝕產(chǎn)物凸出在試樣表面，并不斷聚集增多，臨近的點(diǎn)蝕坑相互連接不斷擴(kuò)展，呈不規(guī)則的塊狀，熱影響區(qū)尤為明顯（如圖4d所示），并出現(xiàn)明顯的裂紋，腐蝕產(chǎn)物呈菜花狀龜裂。48 h后，點(diǎn)蝕坑被生成的腐蝕產(chǎn)物覆蓋，腐蝕產(chǎn)物開始相互連通，腐蝕產(chǎn)物增多增厚，在母材區(qū)和焊縫區(qū)試樣表面變得粗糙、疏松多孔，而熱影響區(qū)腐蝕產(chǎn)物的裂紋和菜花狀龜裂則更加嚴(yán)重。這是由于鹽霧實(shí)驗(yàn)中，腐蝕產(chǎn)物受鹽霧的影響而吸濕，體積膨脹凸出，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，干燥后，腐蝕產(chǎn)物表面體積收縮，在腐蝕產(chǎn)物擠壓應(yīng)力的作用下，使材料表面產(chǎn)生裂紋，呈菜花狀龜裂。

腐蝕產(chǎn)物上的裂紋在很大程度上影響著鋁合金焊接接頭的耐蝕性，是 NaCl溶液中 Cl－向金屬表面擴(kuò)散的通道，使腐蝕介質(zhì)能夠順著裂紋通道擴(kuò)散到焊接接頭基體金屬表面，并與基體金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而加速基體金屬的腐蝕溶解。

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

對鹽霧試驗(yàn)48 h后，7A52鋁合金焊接接頭的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行EDS分析，結(jié)果見圖6和表2。明顯看出，除了少量的Mg，Si和Cl外，Al和O為腐蝕產(chǎn)物中的主要元素，說明腐蝕產(chǎn)物主要是鋁的氧化物。熱影響區(qū)腐蝕產(chǎn)物層氧的含量最多，焊縫區(qū)腐蝕產(chǎn)物中氧含量次之，母材區(qū)腐蝕產(chǎn)物含氧量最少，說明在7A52鋁合金焊接接頭熱影響區(qū)是腐蝕敏感區(qū)。

表2 7A52鋁合金焊接頭腐蝕產(chǎn)物能譜分析

7A52鋁合金焊接接頭在鹽霧環(huán)境中主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕，由小陽極大陰極腐蝕微電池引起點(diǎn)蝕。隨著腐蝕時(shí)間的延長，點(diǎn)蝕不斷擴(kuò)展、相互連接，腐蝕產(chǎn)物在試樣表面堆積。在鹽霧加速腐蝕過程中，試樣表面凝聚 NaCl液膜，溶液中的 Cl－一方面具有很強(qiáng)的吸附性，能夠吸附在鋁合金焊接接頭表面，諸如氧化膜不完整、不均勻處等活性位置。隨著腐蝕時(shí)間的延長，吸附在 7A52鋁合金焊接接頭表面的 Cl－與氧化膜發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致氧化膜破裂，基體金屬鋁發(fā)生陽極溶解[14,16-18]。另一方面 Cl－的半徑只有0.181 nm，具有極強(qiáng)的穿透性，因此極易穿透氧化膜，導(dǎo)致氧化膜與基體金屬結(jié)合不緊密，使氧化膜及基體鋁溶解[19-20]。根據(jù)電化學(xué)腐蝕基本原理，在7A52鋁合金焊接接頭腐蝕微電池中，Al作為陽極，失去電子，發(fā)生溶解反應(yīng)，生成Al3+進(jìn)入溶液，電子遷移到陰極區(qū)，在NaCl溶液的作用下，陰極區(qū)發(fā)生吸氧反應(yīng)。腐蝕過程電極反應(yīng)為：

陰極主反應(yīng)：O2+ 2H2O + 4e→4OH－（在中性或堿性環(huán)境中） (2)

隨著腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，溶液中的Al3+與OH－發(fā)生反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物Al(OH)3，并進(jìn)行二次反應(yīng)生成Al2O3[15]和AlCl3。因此7A52鋁合金焊接接頭腐蝕產(chǎn)物主要為Al(OH)3，Al2O3和少量的AlCl3，反應(yīng)過程為[20-22]：由于7A52鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系列合金，其中添加的少量合金元素（如Mg，Cu，Zn等）在金屬間固溶或形成不同的合金相，增加了7A52鋁合金材料的腐蝕敏感性。合金元素間的電位差（其中，Al的電位為-1.662 V，Cu的電位為+0.337 V，Al的電位比Cu的電位負(fù)，Cu作為陰極促進(jìn)了Al的溶解腐蝕）形成腐蝕微電池，合金元素和Al基體發(fā)生強(qiáng)烈的電偶腐蝕，發(fā)生嚴(yán)重的局部電化學(xué)腐蝕[23]。

3 結(jié)論

通過7A52鋁合金焊接接頭加速腐蝕試驗(yàn)后形貌及腐蝕產(chǎn)物成分分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

1）由宏觀形貌得出，7A52鋁合金焊接接頭鹽霧腐蝕初期（8 h），熱影響區(qū)首先出現(xiàn)點(diǎn)蝕，隨著腐蝕時(shí)間延長（12 h），母材和焊縫發(fā)生點(diǎn)蝕，熔池區(qū)出現(xiàn)腐蝕斑，腐蝕時(shí)間越長，腐蝕產(chǎn)物堆積越多。

2）微觀形貌中，在試驗(yàn)初期（腐蝕實(shí)驗(yàn) 4 h和8 h），母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)主要表現(xiàn)為點(diǎn)腐蝕特征，并生成點(diǎn)狀腐蝕產(chǎn)物。隨著鹽霧時(shí)間延長（24 h），腐蝕產(chǎn)物不斷聚集增多，熱影響區(qū)尤為明顯，并出現(xiàn)明顯的裂紋。說明熱影響區(qū)比母材和焊縫更容易被腐蝕。

3）腐蝕產(chǎn)物主要是鋁的氧化物，而熱影響區(qū)腐蝕產(chǎn)物層氧的含量最多，焊縫區(qū)腐蝕產(chǎn)物中氧含量次之，母材區(qū)腐蝕產(chǎn)物含氧量最少，說明在7A52鋁合金焊接接頭熱影響區(qū)是腐蝕敏感區(qū)。

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