鄒安，鄧運來，葉凌英，郭曉斌

腐蝕與防護(hù)

7050鋁合金局部腐蝕與電化學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性研究

鄒安，鄧運來，葉凌英，郭曉斌

（中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410083）

探明7050鋁合金的點腐蝕機(jī)理。利用ZEISSM10A掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜儀（EDS）對在NaCl溶液中腐蝕不同時間的7050鋁合金試樣表面的Al7Cu2Fe相進(jìn)行原位分析，并結(jié)合對應(yīng)的電化學(xué)阻抗譜，研究Al7Cu2Fe相成分、尺寸的差異性對7050鋁合金腐蝕性能的影響。原位腐蝕結(jié)果表明，AlCuFe相的點蝕特征取決于相的尺寸和成分，AlCuFe相中Fe含量的變化率呈先增大后減小的趨勢。其中Fe含量變化程度最大的是平均直徑約1.7 μm的Al7Cu2Fe相，在經(jīng)過1.5 h腐蝕后，其變化率達(dá)到了58.62%；其次是平均直徑約2.4 μm的Al7Cu2Fe相，在經(jīng)過1 h腐蝕后，其變化率為52.13%；而2.5 μm以上的Al7Cu2Fe相在點蝕過程中Fe含量的變化率大都在10%以下。電化學(xué)阻抗譜結(jié)果表明，T6態(tài)7050鋁合金在150 g/L NaCl溶液中經(jīng)過2 h腐蝕后阻抗最強(qiáng)，其p值為229.3 Ω，b值為2 801 Ω。在150 g/L NaCl溶液中T6態(tài)7050鋁合金表面點蝕主要發(fā)生在0.5～1.5 h以內(nèi)，腐蝕2 h時合金已不受Al7Cu2Fe相引起的表面點蝕的影響。當(dāng)浸泡時間達(dá)到2 h后，Al7Cu2Fe相尺寸、Fe含量都略有減小，相比未腐蝕狀態(tài)Al7Cu2Fe相的總體面積減少了4.72%，F(xiàn)e含量減少了7.59%。對b值影響較大的是平均直徑為1.5～2.5 μm的Al7Cu2Fe相。

Al7Cu2Fe相；7050鋁合金；原位腐蝕；電化學(xué)

7050鋁合金重量輕、強(qiáng)度高、抗疲勞性能較好，且具有良好的成形性能和耐腐蝕性能，在軍事和航空工業(yè)中得到了廣泛的工程應(yīng)用[1-4]。由于7050鋁合金應(yīng)用條件苛刻，因此對材料性能要求極高[2]。然而，7050鋁合金對局部腐蝕（LG）表現(xiàn)出很高的敏感性，包括點蝕、晶間腐蝕（IGC）、剝落腐蝕（EXCO）和應(yīng)力腐蝕開裂（SCC），這增加了失效風(fēng)險，從而限制了7050鋁合金的應(yīng)用范圍[5-6]。在實際應(yīng)用中，金屬的耐蝕性直接影響其使用壽命。因此探索7050鋁合金的腐蝕機(jī)理，以及如何減緩腐蝕速率、提高其耐腐蝕性一直是人們關(guān)注的問題。Al-Zn-Mg-Cu合金的工業(yè)生產(chǎn)涉及鑄造、均質(zhì)、預(yù)熱、變形、固溶、淬火和時效等一系列工藝，在每一個過程中金屬間化合物粒子的析出和溶解對后續(xù)過程的組織演變和最終的力學(xué)性能都有著重要的影響[7-8]。合金優(yōu)異的性能組合在很大程度上取決于合金中存在的彌散物和各種組成（不溶）相強(qiáng)化沉淀的穩(wěn)定性、形態(tài)和化學(xué)性質(zhì)，相性質(zhì)的改變可能直接影響合金的力學(xué)性能和腐蝕行為[9-11]。

7050鋁合金中主要存在η相、S相、T相以及Al7Cu2Fe相，其中尺寸粗大的Al7Cu2Fe相在蠕變時效和固溶時效處理后都不會發(fā)生顯著變化[12-16]，而7050鋁合金型材表面的點蝕主要起源于A123CuFe4或Al7Cu2Fe等電勢高于鋁基體的第二相[16]。點蝕是局部腐蝕中常見的腐蝕行為之一，腐蝕介質(zhì)會從點蝕孔洞處進(jìn)一步深入，導(dǎo)致更嚴(yán)重的腐蝕[17-19]。Al-Zn-Mg-Cu合金的點蝕和初始腐蝕損傷的發(fā)展與金屬間化合物（Al7Cu2Fe、Al3Fe和Al6Mn等）的存在密切相關(guān)。由于富含合金元素的Al7Cu2Fe等與Al基體存在電位差，因此電化學(xué)行為有顯著不同，被認(rèn)為是點蝕的起始部位[18,20-21]。而金屬間化合物顆粒是作為陽極還是陰極取決于它們的化學(xué)成分[22]，作為陰極的金屬間化合物在腐蝕過程中很容易從鋁基體上脫落，因此陰極顆粒對鋁合金的耐蝕性危害更大[18,23-24]。Birbilis等[24]發(fā)現(xiàn)AA7075- T651中Al7Cu2Fe占第二相總數(shù)的65%，且其尺寸較大、形狀不規(guī)則。在Al-Zn-Mg-Cu合金中腐蝕損傷發(fā)展的早期階段，由Al7Cu2Fe引起的腐蝕起主導(dǎo)作用，并確定了Al7Cu2Fe相對AA7075-T651基體是陰極的電化學(xué)特性。也有研究表明在Al-Zn-Mg-Cu合金的局部腐蝕由粗顆粒開始，其中Al7Cu2Fe最容易被腐蝕[25]。本文主要研究Al7Cu2Fe相對7050鋁合金腐蝕行為的影響。

關(guān)于Al7Cu2Fe相對Al-Zn-Mg-Cu合金腐蝕行為的影響目前研究成果已有很多。Sun等[20]發(fā)現(xiàn)Al7Cu2Fe相與基體之間的電位差為410.8 mV，電位差促進(jìn)了點蝕的發(fā)生。且Al7Cu2Fe相通過周圍基體的陽極溶解促進(jìn)相-基體界面點蝕的發(fā)生，Al7Cu2Fe相中Al元素會受周圍基體的影響選擇性溶解，形成與基體具有更高的電位差的富Cu和富Fe團(tuán)簇。Chen等[18]發(fā)現(xiàn)Al-Zn-Mg-Cu合金的耐蝕性與第二相體積呈正相關(guān)，且相在晶界上非連續(xù)分布或者在晶內(nèi)密集分布對Al-Zn-Mg-Cu合金的耐蝕性有利。Chemin等[26]比較了Al7Cu2Fe相在7475-T7351和7081-T73511合金中電化學(xué)腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)其腐蝕電位和點蝕電位非常相似，并且Al7Cu2Fe相周圍都發(fā)生基體溶解。趙鳳等[27]發(fā)現(xiàn)當(dāng)合金中Al7Cu2Fe相數(shù)量較少、尺寸較小、分布較均勻時，其抗剝落腐蝕性能較好。研究人員探索了金屬間化合物在Al-Zn-Mg-Cu合金中的腐蝕機(jī)理，也對相尺寸和分布對合金腐蝕性能的影響進(jìn)行了分析。本文則希望通過研究金屬間化合物Al7Cu2Fe在點腐蝕過程中化學(xué)成分和尺寸的變化，建立其演變規(guī)律與電化學(xué)性能的定量關(guān)系。

本文主要研究Al7Cu2Fe相對7050鋁合金腐蝕性能的影響，采用原位腐蝕試驗探明Al7Cu2Fe相成分、尺寸對材料點腐蝕的影響規(guī)律，并通過擬合電化學(xué)阻抗譜，揭示點腐蝕過程中Al7Cu2Fe相的演變與7050鋁合金耐腐蝕性能的定量關(guān)系。

1 試驗

1.1 試樣制備

本試驗所用材料為T6態(tài)7050鋁合金軋制板材，其化學(xué)成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）為：Zn 6.2%，Cu 2.4%，Mg 2.1%，F(xiàn)e 0.15%，Mn 0.1%，Si 0.12%，Zr 0.1%，Ti 0.06%，Cr 0.04%，其他0.15%，Al余量。將試驗板材在470 ℃條件下進(jìn)行1 h的固溶處理，固溶結(jié)束后水淬至室溫，然后馬上進(jìn)行120 ℃保溫24 h的時效處理。

將7050鋁合金試樣試驗面依次用80#—1500#的砂紙進(jìn)行逐級打磨，再用800#的金相砂紙進(jìn)一步打磨，最后用1.0 μm的金剛石粉末在拋光機(jī)上拋光至鏡面。試樣腐蝕浸泡的溶液是150 g/L的NaCl溶液，腐蝕過程中放置在水浴鍋中保持25 ℃恒溫。試樣試驗面平行于軋制面，試驗面呈水平向上，溶液體積與試樣試驗面面積比為20 mL/cm2。

1.2 原位腐蝕

取固溶時效后的板材經(jīng)線切割制備得到尺寸為20 mm×10 mm×8 mm的試樣，打磨拋光后用硬度計在試驗面標(biāo)記1個硬度點。使用ZEISSM10A掃描電子顯微鏡（SEM）結(jié)合能譜儀（EDS）對硬度點附近不同尺寸和形狀的相進(jìn)行顯微形貌和成分分析，并標(biāo)記。然后將試樣浸泡在NaCl溶液中進(jìn)行腐蝕，每隔0.5 h取出，用超聲波清洗后吹干，再使用SEM+EDS觀察分析標(biāo)記的相的大小、形貌以及成分的變化，共腐蝕2 h。相的尺寸用Image J軟件測量。

1.3 電化學(xué)阻抗譜測定

取固溶時效后的板材經(jīng)線切割制備得到尺寸為10 mm×10 mm×8 mm的試樣，打磨拋光后分別在NaCl溶液中浸泡0、0.5、1、1.5、2 h，然后進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測定。電化學(xué)阻抗譜采用MUL TI AUTOLAB M204電化學(xué)工作站進(jìn)行測定，試驗溶液為3.5%NaCl溶液，參比電極為飽和甘汞電極。將試樣浸泡在溶液中測得開路電位，待電位穩(wěn)定后進(jìn)行交流阻抗譜測試，電化學(xué)阻抗譜測試的頻率范圍是0.1 Hz～100 kHz，并用Zsimpwin軟件對EIS數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

2 結(jié)果及分析

2.1 Al7Cu2Fe相的尺寸和Fe含量

為了研究AlCuFe相的尺寸對7050鋁合金腐蝕性能的影響，本文以0.5 μm為一個尺度差對不同尺寸的相進(jìn)行分類討論。固溶時效后鋁合金試樣表面的第二相分布和形態(tài)的SEM圖如圖1所示。EDS結(jié)果表明，7050鋁合金中粗大第二相大都為亮白色的AlCuFe相，其主要以板狀、棒狀或針狀的形態(tài)出現(xiàn)。AlCuFe相的具體成分在Al60.3Cu2.7Fe到Al7.4Cu2Fe范圍內(nèi)，因此本文研究的是Al7Cu2Fe型的第二相。另外有一小部分灰色圓形的Al2CuMg相，其平均直徑主要為1～1.5 μm。EDS結(jié)果顯示大于9.5 μm的相區(qū)域為多個小尺寸相的聚集，因此，本文只考慮平均直徑為1.5～9.5 μm的Al7Cu2Fe相。由于Al7Cu2Fe相的長徑比不為1，所以統(tǒng)計相面積時使用平均直徑，按圓形統(tǒng)計。尺寸為1.5～3 μm的相在放大倍數(shù)為100的SEM圖中統(tǒng)計（1 130 μm×750 μm），尺寸為3～ 9.5 μm的相在放大倍數(shù)為1 000的SEM圖中統(tǒng)計（113 μm×75 μm），進(jìn)行統(tǒng)計的SEM圖片數(shù)量不少于15張。李妮[28]指出AlCuFe金屬間化合物在鋁合金中作為陰極相，且其與鋁基體的微電偶效應(yīng)由弱到強(qiáng)為Al7Cu2Fe CuFe相，F(xiàn)e含量越高，相與鋁基體之間的電位差越大，越容易成為點蝕的起始位置。所以，F(xiàn)e含量是決定AlCuFe相與基體電位差的首要原因，F(xiàn)e含量的變化也能反映點腐蝕的過程。通過EDS結(jié)果得到Al7Cu2Fe相尺寸和Fe含量的關(guān)系如圖2所示，隨著Al7Cu2Fe相尺寸的增大，F(xiàn)e含量總體呈增多的趨勢。部分尺寸較大的相的Fe含量較低，可能是由于其為尺寸較小的相聚集形成；而部分尺寸較小的相的Fe含量較高，可能是由于其為尺寸較大相的表層。尺寸在1.5～2、2～2.5、……、9～9.5 μm范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相的平均面積占比和數(shù)量如圖3所示，發(fā)現(xiàn)尺寸在1.5～3 μm尺寸范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相數(shù)量最多、面積占比最大，占總Al7Cu2Fe相面積的79.1%。

圖1 第二相分布和形態(tài)的SEM圖

圖2 不同尺寸的Al7Cu2Fe相的Fe含量

圖3 不同尺寸的Al7Cu2Fe相的平均面積占比及數(shù)量

2.2 原位腐蝕

圖4為7050鋁合金試樣表面1 130 μm×750 μm范圍內(nèi)Al7Cu2Fe相的總面積和Fe含量隨腐蝕時間的變化，其中部分尺寸的Al7Cu2Fe相隨著腐蝕時間的增加，其EDS結(jié)果和SEM形貌的變化如圖5所示。發(fā)現(xiàn)試樣在150 g/L NaCl溶液中腐蝕至2 h的過程中，表面Al7Cu2Fe相的Cu/Fe比基本保持不變。由于Fe元素的電位更負(fù)，在合金腐蝕過程中起到的作用更大，因此主要考慮腐蝕過程中Al7Cu2Fe相中Fe含量的變化。對EDS結(jié)果進(jìn)行分析，得到被標(biāo)記的Al7Cu2Fe相中Fe含量隨著腐蝕時間的變化曲線如圖6所示。尺寸不等的Al7Cu2Fe相，其初始Fe含量不相同，腐蝕速率不相同，在腐蝕過程中發(fā)生的形貌變化也不一致。其中Fe含量變化程度最大的是尺寸約1.7 μm的相，在腐蝕1.5 h后，其變化率達(dá)到了58.62%；其次是尺寸約2.4 μm的相，在腐蝕1 h后，其變化率為52.13%；而其余Fe含量的變化率大都在10%以下。

用Image-J軟件對SEM圖中經(jīng)過0.5、1、1.5、2 h腐蝕后的Al7Cu2Fe相進(jìn)行尺寸測量。表1為不同尺寸的Al7Cu2Fe相隨著腐蝕時間的增加其面積的變化。可以發(fā)現(xiàn)，Al7Cu2Fe相的面積基本上都隨著腐蝕時間的增加而減小，但也存在腐蝕時間增加相尺寸反而增大的現(xiàn)象。這是因為在腐蝕過程中Al7Cu2Fe相周圍的基體優(yōu)先被腐蝕，因此當(dāng)試樣表面裸露的只是該相的一小部分時，會存在Al7Cu2Fe相在腐蝕前期尺寸不減小反而增大的現(xiàn)象。但是，隨著腐蝕時間的增加，Al7Cu2Fe相也會發(fā)生腐蝕。而有部分Al7Cu2Fe相的耐腐蝕性能較低，在經(jīng)過原位腐蝕的前0.5 h浸泡腐蝕后尺寸就開始減小。通過分析EDS發(fā)現(xiàn)，O元素的存在對Al7Cu2Fe相的腐蝕速度有一定的影響，含O元素的相的腐蝕速度往往要大于不含O元素的相。Al7Cu2Fe相中存在的O元素可能是由于在制備試樣的過程中破壞了表面氧化膜，導(dǎo)致其發(fā)生氧化，但數(shù)量不多，本文不予考慮。

圖4 Al7Cu2Fe相的面積和Fe含量隨腐蝕時間的變化

圖5 不同尺寸的Al7Cu2Fe相經(jīng)過不同時間腐蝕后的SEM和EDS結(jié)果

圖6 不同尺寸的Al7Cu2Fe相的Fe含量隨腐蝕時間的變化

表1 不同尺寸的Al7Cu2Fe相腐蝕不同時間后的面積變化

Tab.1 Areas of Al7Cu2Fe phases of different sizes after corrosion at different times

2.3 電化學(xué)腐蝕行為

對固溶時效后未經(jīng)腐蝕處理的7050鋁合金試樣以及在NaCl溶液中浸泡腐蝕0.5、1、1.5、2 h后的7050鋁合金試樣進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測試，對測試得到的數(shù)據(jù)使用Zsimpwin軟件進(jìn)行擬合得到Nyquist圖如圖7所示，等效電路的阻抗參數(shù)如表2所示。阻抗譜使用的等效電路圖如圖8所示，考慮到氧化膜外觀不均勻，用恒相元件（CPE）來表征非理想電容行為，用符號表示，即((()))[17,29-32]。其中s是電解液的電阻，c是氧化膜電容，p是氧化膜電阻，dl是雙電層電容，b是電荷轉(zhuǎn)移電阻。

經(jīng)過不同時間腐蝕處理后，樣品的s值變化幅度較大，腐蝕0.5 h后，試樣的s值最高，達(dá)到29.84 Ω；腐蝕1.5 h后，試樣的s值最低，為2.20 Ω。p和b對試樣的阻抗值起決定性作用，且相比于p、b的值，s值基本上可以忽略不計。溶液電阻s值雖然較小，但其影響較大[33]。因此，對電化學(xué)阻抗譜測試后得到的試驗溶液（3.5%NaCl溶液）進(jìn)行ICP檢測，溶液中影響s值的主要金屬元素含量隨試樣浸泡腐蝕時間的變化如圖9所示。由圖9可以發(fā)現(xiàn)，試樣經(jīng)過0.5 h的浸泡腐蝕后，得到的阻抗譜試驗溶液中Al、Zn元素的含量有所增加，而Mg、Cu、Fe元素的含量都減少。其中，Mg元素的變化幅度最大，總體來說溶液中金屬元素含量減少。因此，如表2所示，此時s值由13.03 Ω·cm2增加到29.84 Ω·cm2。試樣經(jīng)過1 h的浸泡腐蝕后，得到的阻抗譜試驗溶液中Al、Cu、Fe元素的含量有所減少，而Mg、Zn元素的含量增加。增加和減少的幅度都較小，溶液中總金屬元素略微增加。如表2所示，此時s值由29.84 Ω·cm2減少到15.14 Ω·cm2。試樣經(jīng)過1.5 h的浸泡腐蝕后，得到的阻抗譜試驗溶液中Al、Mg元素含量輕微降低，而Zn、Fe元素含量的增加幅度較大，此時Cu元素已經(jīng)消失。如表2所示，此時s值由15.14 Ω·cm2減少到2.20 Ω·cm2。而試樣經(jīng)過2 h的浸泡腐蝕后，得到的阻抗譜試驗溶液中Al、Mg、Fe元素含量有較大幅度的降低，但由于此時Zn元素的含量增加近1倍，所以此時s值并沒有大幅度的提高，只由2.20 Ω·cm2增加到3.04 Ω·cm2。

馬云龍等[34]發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋁合金中Al7Cu2（Fe, Mn）相顯著減少后，其自腐蝕電流減小，單位面積上的線性極化電阻增大，耐腐蝕性能顯著提高。而周澤宇等[35]則發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋁合金基體中有大量的Al7Cu2Fe相產(chǎn)生時，合金對應(yīng)的電化學(xué)極化曲線中自腐蝕電流密度增大，耐腐蝕性能明顯降低。因此假設(shè)b受試樣試驗表面Al7Cu2Fe相的影響，且主要與Al7Cu2Fe相的面積以及Fe含量相關(guān)。根據(jù)不同尺寸范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相的尺寸變化及其面積占比與對應(yīng)的Fe含量的變化可得到圖10。由圖10a可發(fā)現(xiàn)，Al7Cu2Fe相尺寸和Fe含量總體變化幅度不大，呈先減少再增大的變化趨勢。但在圖10b中明顯可以看出，尺寸在1.5～2 μm范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相在腐蝕1.5 h后變化程度最大，達(dá)到54.43%；其次是尺寸在2～2.5 μm范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相，其在經(jīng)過2 h腐蝕后達(dá)到最大變化率，為34.38%；其他尺寸范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相在0～2 h的腐蝕過程中并未發(fā)生較明顯的變化。另外，由圖10b也可以看出，b值隨著腐蝕時間的變化趨勢。在腐蝕0.5 h后，b值急劇下降，但此時各尺寸范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相的尺寸和Fe含量都沒有明顯變化。這種現(xiàn)象是由于腐蝕前期，鋁基體優(yōu)先發(fā)生腐蝕，造成試樣的腐蝕性能下降。腐蝕1 h后，b值有小幅度的增加，主要是由尺寸在1.5～2、2～2.5 μm范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相尺寸和Fe含量發(fā)生改變引起的。在腐蝕1.5 h后，b值又略微下降，此時1.5～2 μm尺寸范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相尺寸和Fe含量發(fā)生了較大的變化。而在腐蝕2 h后，b值有了較大程度的增加，此時各尺寸范圍內(nèi)的Al7Cu2Fe相尺寸和Fe含量都依舊發(fā)生變化。綜上所述，T6態(tài)的7050鋁合金在150 g/L NaCl溶液中腐蝕0.5 h后其阻抗相對于原始狀態(tài)急劇下降，說明此時點蝕已經(jīng)發(fā)生且顯著降低了試樣的耐蝕性；而腐蝕1 h后試樣的阻抗值與腐蝕0.5、1.5 h試樣的阻抗相差不大，而在腐蝕2 h之后試樣阻抗值開始增加。說明腐蝕1.5 h后點蝕對材料耐蝕性的影響基本達(dá)到最大值，腐蝕1.5 h后表面點蝕對試樣耐蝕性的影響逐漸減弱。7050鋁合金試樣腐蝕2 h后阻抗最強(qiáng)，其p值為229.3 Ω，b值為2 801 Ω，此時合金已不受Al7Cu2Fe相引起的表面點蝕的影響。因此，7050鋁合金在150 g/L NaCl溶液中表面點蝕主要發(fā)生在0.5～1.5 h。當(dāng)浸泡時間達(dá)到2 h后，Al7Cu2Fe相尺寸、Fe含量都略有減小，相對于初始條件其總體面積減少了4.72%，F(xiàn)e含量減少了7.59%。

圖7 7050鋁合金的Nyquist圖

表2 通過擬合交流阻抗實驗結(jié)果得到等效電路的阻抗參數(shù)

Tab.2 The impedance parameters of the equivalent circuit are obtained by fitting the experimental results of AC impedance

圖8 用于擬合所研究合金在NaCl溶液中浸泡不同時間的腐蝕行為的等效電路

圖9 溶液中影響Rs值的主要金屬元素含量隨腐蝕時間的變化

圖10 Al7Cu2Fe相面積占比與其Fe含量隨著腐蝕時間的變化

3 結(jié)論

1）AlCuFe相的點蝕特征主要取決于相的尺寸和成分，其中Fe含量變化程度最大的是平均直徑約1.7 μm的相在腐蝕1.5 h后，其變化率達(dá)到了58.62%；其次是平均直徑約2.4 μm的相在腐蝕1 h后，其變化率為52.13%；而尺寸大于2.5 μm的相在點蝕過程中其Fe含量的變化率大都在10%以下。

2）7050鋁合金在150 g/L NaCl溶液中經(jīng)過2 h腐蝕后阻抗最強(qiáng)，其p值為229.3 Ω，b值為2 801 Ω，表明此時合金已不受Al7Cu2Fe相引起的表面點蝕的影響，在150 g/L NaCl溶液中表面點蝕主要發(fā)生在0.5～1.5 h。

3）對b值影響較大的為平均直徑為1.5～2.5 μm的Al7Cu2Fe相。

4）影響7050合金點腐蝕性能主要是尺寸范圍在1.5～2.5 μm的AlCuFe相，相比2.5～9.5 μm尺寸范圍內(nèi)的相，其變化特征為在腐蝕過程中Fe含量和尺寸變化程度更為顯著。

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Correlation between Localized Corrosion and Electrochemical Performance of 7050 Aluminum Alloy

,,,

(School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

In order to explore the pitting corrosion mechanism of 7050 aluminum alloy and the influence of Al7Cu2Fe on the corrosion performance of 7050 aluminum alloy. In this paper, ZEISSM10A scanning electron microscope (SEM) and energy spectrometer (EDS) were used to analyze the Al7Cu2Fe phase on the surface of 7050 aluminum alloy samples corroded in NaCl solution for different time. Combined with the corresponding electrochemical impedance spectroscopy, the influence of the difference of Al7Cu2Fe phase composition and size on the corrosion performance of 7050 aluminum alloy was studied.

The study found that the specific composition of the AlCuFe phase on the surface of the T6 7050 aluminum alloy is in the range of Al60.3Cu2.7Fe to Al7.4Cu2Fe, so the second phase of the Al7Cu2Fe type is studied in this paper. And with the increase of the size of the Al7Cu2Fe phase, its Fe content tends to increase overall. Among them, the Al7Cu2Fe phase with the size in the range of 1.5-3 μm has the largest number and the largest area, accounting for 79.1% of the total Al7Cu2Fe phase area. The in-situ corrosion results show that the pitting characteristics of the AlCuFe phase depend on the size and composition of the phase, and the change rate of Fe content in the AlCuFe phase first increases and then decreases. Among them, the largest change in Fe content is the Al7Cu2Fe phase with an average diameter of about 1.7 μm. After 1.5 h of corrosion, the change rate reaches 58.62%. Secondly, the Al7Cu2Fe phase with an average diameter of about 2.4 μm has a change rate of 52.13% after 1 h of corrosion, while the Fe content change rate of the Al7Cu2Fe phase with an average diameter of about 2.4 μm during the pitting corrosion process is mostly below 10%. The results of electrochemical impedance spectroscopy showed that thesvalue of the samples after different corrosion treatments changed greatly. Thesvalue of the sample after corrosion for 0.5 h was the highest, reaching 29.84 Ω, and thesvalue of the sample after corrosion for 1.5 h was the lowest, which was 2.20 Ω. The resistance of 7050 aluminum alloy in T6 state after being immersed and corroded in a NaCl solution with a concentration of 150 g/L decreases first and then increases. After 2 h of corrosion, the resistance is the strongest, withpvalue of 229.3 Ω andbvalue it is 2 801 Ω.

Therefore, we can find that the surface pitting corrosion of 7050 aluminum alloy in T6 state in 150 g/L NaCl solution mainly occurs within 0.5 h to 1.5 h, and the alloy is not affected by surface pitting corrosion caused by Al7Cu2Fe phase after 2 h corrosion. When the immersion time reaches 2 h, the size and Fe content of the Al7Cu2Fe phase are slightly reduced. Compared with the uncorroded state, the overall area of the Al7Cu2Fe phase is reduced by 4.72%, and the Fe content is reduced by 7.59%. The Al7Cu2Fe phase with an average diameter in the range of 1.5-2.5 μm has a greater influence on thebvalue. In summary, the main influence on the pitting corrosion performance of 7050 alloy is the AlCuFe phase with a size range of 1.5-2.5 μm. The Fe content and size change during the corrosion process are more significant than those in the size range of 2.5-9.5 μm.

Al7Cu2Fe phase; 7050 aluminum alloy; in-situ corrosion; electrochemistry

TG172

A

1001-3660(2022)10-0226-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.023

2021–08–17；

2021–12–31

2021-08-17；

2021-12-31

國家新材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺建設(shè)項目重點項目（TC190H3ZV）

National New Material Production and Application Demonstration Platform Construction Project Key Project (TC190H3ZV)

鄒安（1997—），女，碩士研究生，主要研究方向為鋁合金腐蝕機(jī)理。

ZOU An (1997-), Female, Postgraduate, Research focus: aluminum alloy corrosion mechanism.

郭曉斌（1994—），男，博士，特聘副教授，主要研究方向為鋁合金表面處理與腐蝕機(jī)理。

GUO Xiao-bin (1994-), Male, Doctor, Distinguished associate professor, Research focus: surface treatment and corrosion mechanism of aluminum alloy.

鄒安, 鄧運來, 葉凌英, 等. 7050鋁合金局部腐蝕與電化學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(10): 226-234.

ZOU An, DENG Yun-lai, YE Ling-ying, et al. Correlation between Localized Corrosion and Electrochemical Performance of 7050 Aluminum Alloy[J]. Surface Technology, 2022, 51(10): 226-234.

責(zé)任編輯：萬長清