研究镍铝青铜合金的海水腐蚀行为

1、镍铝青铜合金在海水中的腐蚀行为

文献“报道了铸造镍铝古铜合金的腐蚀，而在商含朵质的海水中高强度黄铜脱成分腐蚀的倾向比镍铅青铜要大得多”。镍切青铜有良好的力学性能，添加不同的合命元索使共在含砂海水中不锈钢有相当的耐蚀性能"。镍铝吉制在海水中表现出较强的耐空泡腐蚀性能，网时也具有优良的耐腐蚀疲劳性能回。因此，镍铝吉铜在船用螺旋桨中有若广泛的应用间。

1.1、静态海水腐蚀

镍铝青铜在海水中耐蚀性优异，Tuthill ”"指出，在含Cl的溶液中，Cu具有较为复朵的腐蚀过程，主要是山于铜表面形成复杂的保护膜，并认为镍铝青铜最主要的电化学过程是铜的阳极溶解，阴极主要为氧气的还原，化学反应式为: Cu+2C1~-e →CuCI: ; 02+2H0+2c →40H: 2CuCI~+20H→0u0+ H0+4CI, 在这个过程中形成了Cu:0保护膜。另外Al增加了Cu在海水中的耐腐蚀性能，化学反应式为: A1+4C1 →AlCl +3e; A1C1+310-→Al (OHD)+3H +4C1，在这个过程中形成了A1(OH)。。Schissler等C1”认为材料表面形成了厚度约为900-1000 nm咖的包含Al和Cu的保护膜(主要是Cu0和A120)，该保护膜使得镍铝青钢具有较好的耐腐蚀性，但保护膜长期暴露于海水中会形成Cu:(OH)LCl 和Cu(OHDCl之类的腐蚀产物，保护膜中的产物Cu:(OH):C1 可能会;发生偏聚，形成岛状沉积啊。Yang 等“采用原位扫描振动电极技术，研究了腐蚀产物膜在浸泡过程中局部电化学性质的变化，K相在短时间内形成稳定致密的保护膜，有效地防止了腐蚀的发生。而Ei-Meligi认为镍铝青铜优异的性能可能源于Ni0和Fe0s对合金非常明显的保护作用。

1.2、空泡腐蚀

镍铝青钢优异的力学性能使共作为船用螺旋桨材料得到广泛应用， 常见的空泡腐蚀是高速运行的螺旋桨加快周田水流速度所产生的破坏，与螺旋桨接触的水体各部分压力不均匀引起气泡迅速产生并破火，且该过程持续产生的冲击力会破坏金属表而层，导致材 料的变形与质量损失，空泡腐蚀的发生过程如图1"所示。Wood 等网设计了.种全塑性空化隧道，用于研究镍铝节铜表面的空泡腐蚀，金属表面起初因’i泡破裂发生腐蚀破坏，当存在轻度腐蚀时，空泡冲山与腐蚀破坏的协同效应最为显著，严重的二次空泡腐蚀会对螺旋桨的工作效率产生较大影响。Song繁“研究了钩态镍铝古铜合企和经摩擦搅拌处照的镍铝古铜(FSP-NAB)在蒸馆水和3. 5%\acCl溶液中的空泡腐蚀过程，FSP-NAB 由于微观结构史加细化和均匀，其在蒸馏水和3. 5%NaCl溶液中的累计质量损失为铸态NAB的2/3和1/2，铸态MB的质量损火上要是山J大K颗粒的脱落、大而深的空洞和K裂纹。Al-Hashem等”利用杠声空化装置矾究了镍铝古铜的微结构对其在海水中空泡腐蚀行为的影响，长时间空泡使合金表而非常粗糙，产生大的空穴或凹坑，切性撕裂和a相性状晶粒边界的腐蚀，在与K沉淀相邻的a相中观察到5 10μm长的微裂纹，这些裂纹是从空脱的底部开始的，使合金受到的破坏更加严重。ZChang等“认为遭受初期空泡腐蚀损伤后的a相中存在大量的位错和变形李品，这些位错和变形李品可以阻止疲劳裂紋的形核和扩展，从而使镍铝青铜具有优异的耐空泡腐蚀性能。

1.3、冲刷腐蚀

冲刷腐蚀是腐蚀流体与材料表面高速作用而对材料造成的损伤，以及材料表而受因相颗粒冲击造成材料损耗*。螺旋桨高速运转时，在表面保护膜或腐蚀产物膜遭受腐蚀损耗后，材料腐蚀速度会进一步加快。冲刷腐蚀是流体作用下的机械磨损与电化学腐蚀协同作用产生的腐蚀结果，对常见应用环境中的镍韶青铜合金的危害性较大。

杜鹏等x采用旋转圆桶冲刷腐蚀试验机研究了不同流速海水冲刷铜镍合金的腐蚀行为，认为合会的商蚀速率在静态海水中明显低于在流动海水中，流速增大会导致内外双层腐蚀保护膜磨损、腐蚀迷率增大，腐蚀受用极反应和传质过程控制，海水的切力会降低材料表面腐蚀保护膜的保护作用，使得腐蚀速率变大。维娅楠'I在舟山海水腐蚀试验站，利用模拟冲刷腐蚀测试系统研究了侗合余的冲刷腐蚀行为，发现共冲刷腐蚀网时受流速和泥沙含量的影响，腐蚀速率与海水流速呈正线性关系，H试验结果|j实海冲制腐蚀失审结果致。

2、提高镍铝青铜耐海水腐蚀性能的方法

在海洋工况条件下，与材料接触的水体各部分产生压力不均匀的现象，针对镍铝古铜的常见工况，空泡腐蚀'”为共较为常见的腐蚀类型。现阶段，通常采用铸造加工工艺控制M.则、添加Sn.Cr.稀土等微量元素“以及表面处理等方法，来提高镍铝吉制合金的耐海水腐蚀性能。

2.1、铸造加工工艺控制

镍铝青铜的溶体流动性好，不容易产生支晶偏析，在获得一*定 形状的前提下，可以采取铸造加工改善材料的力学性能。镍铝青铜合金通常应用于船用螺旋桨和海水泵泵体方面，铸造件的铸造工艺繁琐，操作难度大。镍铝青铜易于收缩形成集中缩孔，按照合理的炉衬、气氛和加科顺序，再配合溶剂覆盖、精炼和除气措施快速熔炼，熔炼过程选择有效的冒口设计,同时设置冷铁，促进补缩，消除缩孔，产生细小均匀的组织，能使连续的Kπ 共析相球化，提高镍铝青铜的机械性能和耐侵蚀-腐蚀性能。

2.2、表面改性

海洋工程中应用的铸态镍铝青铜存在晶粒粗大、疏松和应力集中等问题”"，常见的局部腐蚀对镍铝青铜有较大影响”。腐蚀一般开始于材料表面，且腐蚀过程通常不受基体结构的影响，而表面处理可以不改变基体结构，并有效简化防腐蚀策略，因而该类方法被广泛应用于镍铝青铜的腐蚀防护。常见的表而处理方法有搅拌摩擦处理3、物理气相沉积技术(VD)"!.超音速火焰热喷涂”、激光表面处理洞、电沉积网等，这几种表面处理方法可以使表层材料晶粒细化。组织均匀，从而有效提高表层材料的机械性能和耐腐蚀性能。

3、结语

在耐苛刻海水腐蚀环境条件方面，镍铝青铜合金无疑是最现想的铜合金材料。针对镍铝青铜合金综合性能提升的技术需要，将来可以将新合金元素改性和合金元素含量的精准控制作为重点研究方向，并尝试通过掺杂不同合金元素来开发出不同系列的新型镍铝青铜合金，逐渐完善我国海洋环境用铜镍合金材料体系。同时，应不断加强合金组织调控、表面改性等方面的应用研究工作，并与新型合金开发工作紧密结合，进-.步提高钢镍合金耐空泡腐蚀和冲刷腐蚀的性能，研制开发出综合性能优异的新型铜镍合金材料，以满足新时期不同海洋工程技术领域的应用需求。