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        鋁合金在乙二醇冷卻劑介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力學(xué)研究

        2021-06-13 05:21:50張藝靈張振林楊鵬飛
        世界有色金屬 2021年5期
        關(guān)鍵詞:腐蝕電流冷卻劑冷卻液

        張藝靈,張振林,楊鵬飛

        (新冶高科技集團(tuán)有限公司,北京 100081)

        液體冷卻系統(tǒng)中最為常見的冷卻劑是乙二醇(CH2OHCH2OH)冷卻劑[1],通常乙二醇冷卻液腐蝕性較低,但由于長期使用致使其在使用中發(fā)生酸化反應(yīng),從而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象,迫使系統(tǒng)中的部分產(chǎn)品發(fā)生設(shè)備維修或更換。如俄羅斯“和平號”空間站在軌運(yùn)行的前幾年,發(fā)生過多次乙二醇水溶液泄露,迫使部分產(chǎn)品被更換[2];國際空間站熱控系統(tǒng)中冷卻劑發(fā)生酸化反應(yīng),致使熱控系統(tǒng)內(nèi)金屬腐蝕,直接影響了系統(tǒng)、裝備的穩(wěn)定性和安全性[3,4]。

        雖然乙二醇對鋁合金的腐蝕具有一定的抑制作用,但鋁合金表面生成的醇化鋁膜較疏松,其穩(wěn)定性和耐蝕性較氧化膜差[5]。范金龍等發(fā)現(xiàn),鋁合金的腐蝕速率隨著乙二醇冷卻液濃度的增加而減小,溶液溫度越高,腐蝕速率越大,同時(shí)浸泡時(shí)間增加后氧化膜的薄弱區(qū)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕,在伴隨點(diǎn)蝕自愈合的同時(shí)點(diǎn)蝕總體加劇[6]。金星等證實(shí):鋁合金A6061在乙二醇-腐蝕水模擬冷卻液中短期浸泡能抑制腐蝕性,但浸入時(shí)間延長至4小時(shí)以上,會(huì)加劇乙二醇溶液腐蝕A6061合金,且乙二醇的氧化產(chǎn)物將增強(qiáng)A6061合金的腐蝕敏感性[7]。趙天亮發(fā)現(xiàn)在乙二醇溶液中,含有較高M(jìn)g元素和一定Mn元素的5A05鋁合金比3A21、6063鋁合金的耐腐蝕性好[8]。

        1 試驗(yàn)

        1.1 試樣制備

        本試驗(yàn)材料5A06鋁合金、5A06鋁合金(本色陽極化)。樣品尺寸為50mm×25mm×2mm,在距樣品頂部5mm處鉆一個(gè)直徑為2mm的孔,用于在試驗(yàn)期間固定樣品。

        1.2 試驗(yàn)方法

        為研究鋁合金在乙二醇冷卻劑介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力學(xué),通過對兩種裸材在乙二醇冷卻液中浸泡試驗(yàn),得到金屬腐蝕前后重量,從而繪制腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖;測出不同材質(zhì)的極化曲線,擬合出腐蝕電流密度,判斷腐蝕速率,綜合判斷鋁合金在乙二醇冷卻劑介質(zhì)中的耐腐蝕能力。

        具體方案如下:

        首先,用酒精擦拭去掉金屬表面油污,然后用去離子水沖洗雜質(zhì)。

        每個(gè)金屬樣本測量三次,記為a、b、c;并稱重,記為W0。

        為保證試驗(yàn)溫度為30℃,試驗(yàn)在恒溫水浴鍋中進(jìn)行。

        每隔1m、2m、3m、6m、9m、12m分別取試樣,隨后用軟毛刷擦拭金屬試樣表面,再使用專門清除腐蝕物的除銹液(硝酸(HNO3,ρ=1.42g/ml))清除致密的大面積腐蝕物層,用去離子水洗干凈并干燥樣品,稱量處理后的金屬材料重量,記W1,并計(jì)算試樣的腐蝕速率。

        2 結(jié)果及分析

        2.1 腐蝕失重

        通過對兩種材料在乙二醇循環(huán)冷卻液中浸泡試驗(yàn),根據(jù)失重?cái)?shù)據(jù)繪制腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖。由圖1可知,5A06鋁合金在乙二醇中浸泡1個(gè)月和2個(gè)月的腐蝕失重很小,到3個(gè)月時(shí)質(zhì)量反而有輕微的增加,這可能與鋁合金表面鈍化形成氧化層有關(guān)系。

        圖1 5A06鋁合金的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線

        而從圖2可知,5A06鋁合金(本色陽極化)在乙二醇中歷經(jīng)1個(gè)月的浸泡后,腐蝕速率逐漸變小,基本小于4g/(m2·a),并且隨著試驗(yàn)時(shí)間增長,腐蝕速率逐漸降低,腐蝕逐漸減緩,6個(gè)月后腐蝕速率已趨于0,但到12個(gè)月后腐蝕速率又升高。

        圖2 5A06鋁合金(本色陽極化)的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線

        2.2 腐蝕電流密度

        通過繪制,得到5A06鋁合金和5A06鋁合金(本色陽極化)的極化曲線圖,從圖3、圖4可以看出兩種鋁合金在乙二醇中具有顯著的鈍化行為,且鈍化區(qū)間較大,在陽極極化范圍內(nèi)(1V vs.OCP)仍沒有出現(xiàn)明顯的擊穿電位,表明兩種鋁合金在乙二醇中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。由極化曲線擬合得到5A06鋁合金在乙二醇中的腐蝕電流為3.8997×10-8A/cm2,5A06鋁合金(本色陽極化)在乙二醇中的腐蝕電流為1.6291×10-8A/cm2,兩種鋁合金的腐蝕速率小。本色陽極化處理的5A06鋁合金的腐蝕電流密度要小于未經(jīng)表面處理的,說明本色陽極化處理能增強(qiáng)5A06鋁合金在乙二醇中的耐腐蝕性能。

        圖3 5A06鋁合金在乙二醇中的極化曲線

        圖4 5A06鋁合金(本色陽極化)在乙二醇中的極化曲線

        3 結(jié)論

        (1)5A06鋁合金在乙二醇中不同周期的腐蝕速率均不大于1g/(m2·a),整體腐蝕速率均比較低;5A06鋁合金(本色陽極化)初期腐蝕速率小于4g/(m2a),但隨著試驗(yàn)周期延長,腐蝕速率有所降低,腐蝕減緩,6個(gè)月后已趨于0。

        (2)5A06鋁合金和5A06鋁合金(本色陽極化)的腐蝕電流密度分別為3.8997×10-8A/cm2、1.6291×10-8A/cm2,腐蝕電流密度較小,且本色陽極化處理能降低5A06鋁合金的腐蝕電流密度,增強(qiáng)5A06鋁合金在乙二醇中的耐蝕性;整體來看5A06鋁合金和5A06鋁合金(本色陽極化)在乙二醇中的腐蝕速率較低,均未發(fā)生明顯的腐蝕,耐蝕性良好。本色陽極化處理能增強(qiáng)5A06鋁合金的耐腐蝕性能。

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