铸造铜合金冲刷腐蚀及机理研究
铸造合金的高温气体腐蚀行为研究
铸造合金的高温气体腐蚀行为研究铸造合金在高温环境中会受到气体腐蚀的影响，这对于合金的性能和可靠性都是一个严峻的挑战。
因此，研究铸造合金的高温气体腐蚀行为具有重要的理论和实际意义。
本文将对铸造合金的高温气体腐蚀行为进行深入分析和研究。
一、引言铸造合金是一种用于制造工业重要零部件的材料，其具有优异的力学性能和耐热性能。
然而，在高温气体腐蚀环境下，铸造合金往往会发生氧化和金属元素与气体之间的反应，导致合金性能的下降和失效。
因此，研究高温气体腐蚀行为对于提高铸造合金在高温环境下的使用性能至关重要。
二、高温气体腐蚀机理高温气体腐蚀主要是指金属与气体之间的化学反应和物理作用。
例如，金属与氧气反应产生金属氧化物，与硫化物反应产生硫化物等。
这些反应会导致合金表面形成氧化皮、硫化物堆积等产物，使得合金失去原有的力学性能和耐热性能。
三、高温气体腐蚀影响因素高温气体腐蚀的发生受到多种因素的制约。
首先，气体成分是一个重要因素，氧气、氢气、水蒸气等对合金腐蚀具有不同的程度和方式。
其次，温度也是影响高温气体腐蚀的重要因素，不同的合金在不同温度下会出现不同的腐蚀行为。
此外，合金的晶体结构、化学成分、表面形态等也会对高温气体腐蚀产生影响。
四、高温气体腐蚀测试方法为了研究铸造合金的高温气体腐蚀行为，需要采用合适的测试方法。
常用的方法包括高温气体流动腐蚀实验、恒温静态腐蚀试验、高温氧化实验等。
这些方法可以模拟合金在高温环境中的腐蚀状况，提供有力的实验数据用于分析和研究。
五、高温气体腐蚀的防护措施为了减轻铸造合金的高温气体腐蚀损害，可以采取一系列的防护措施。
例如，采用合适的合金材料，如镍基高温合金、钴基高温合金等，具有较好的抗腐蚀性能。
此外，采用涂层技术、表面改性技术等也可以有效减轻合金的腐蚀损害，延长材料的使用寿命。
六、未来展望随着工业技术的不断发展，高温环境下铸造合金的应用需求越来越高。
因此，对铸造合金的高温气体腐蚀行为进行深入研究具有重要的意义。
铜合金腐蚀机理与材料保护策略
铜合金腐蚀机理与材料保护策略铜合金腐蚀机理与材料保护策略引言：铜合金作为一种重要的工程材料，广泛应用于船舶、化工等领域。
然而，长期暴露在恶劣环境中，铜合金容易受到腐蚀的影响，导致材料性能下降，甚至失效。
因此，研究铜合金腐蚀机理并制定有效的材料保护策略，对于延缓材料腐蚀进程和提高材料寿命具有重要意义。
一、铜合金腐蚀机理：铜合金腐蚀主要是由于介质中的腐蚀剂对铜合金表面的化学作用导致的。
常见的腐蚀剂包括空气中的氧气、水中的氯离子、有机酸等。
在实际应用中，铜合金通常会同时暴露在不同的腐蚀介质中，因此腐蚀机理也会受到多种因素的影响。
1. 海水腐蚀：海水中氯离子是导致铜合金腐蚀的主要因素。
氯离子通过氧化还原反应与铜表面发生反应，形成氧化铜、氯化铜等产物。
同时，海水中还存在硫酸根离子、碳酸根离子等对铜合金有一定腐蚀作用。
2. 空气腐蚀：空气中的氧气对铜合金的腐蚀作用主要表现为铜表面的氧化。
氧气与铜表面反应，形成致密的氧化膜，该氧化膜可以保护铜合金不受进一步腐蚀，但在高温、高湿度或长期暴露条件下，氧化膜容易破裂，导致铜合金进一步腐蚀。
3. 化学腐蚀：铜合金还容易受到一些化学物质的腐蚀，如酸、碱等。
酸性溶液中的氢离子与铜表面反应，形成氢气，同时铜表面很容易溶解。
碱性溶液中的氢氧根离子同样对铜合金有腐蚀作用。
二、材料保护策略：为了延缓铜合金的腐蚀进程，提高材料的使用寿命，需要采取一系列的材料保护策略。
1. 表面涂层：通过在铜合金表面涂覆一层防腐涂层，可以有效阻隔介质中的腐蚀剂与铜合金发生反应。
常用的涂层有有机涂层和无机涂层两种。
有机涂层主要包括油漆、涂胶等，可以形成一层保护膜，提高铜合金的抗腐蚀性能。
无机涂层主要包括阳极氧化、磷化等，是通过在铜合金表面形成一层致密的氧化膜来防止腐蚀的。
2. 金属镀层：在铜合金表面镀上一层金属涂层，可以提高铜合金的耐腐蚀性能。
常用的金属涂层有镀镍、镀铬、镀锌等。
这些金属涂层可以在铜合金表面形成一层保护膜，减少腐蚀剂与铜合金的接触。
铸造铜合金冲刷腐蚀及机理研究
铸造铜合金冲刷腐蚀及机理研究杨刚毅;汪冰峰;刘源;姜锋;叶鹏程【摘要】模拟海水环境,对硅黄铜进行了冲刷腐蚀模拟实验和电化学腐蚀实验,借助SEM与XRD等手段分析了腐蚀现象,研究冲刷腐蚀机理.结果表明:铸造铜合金在冲刷腐蚀过程中腐蚀产物与电化学腐蚀相同;在未形成完整的钝化膜之前,铜合金腐蚀速率快;海水冲刷作用使材料表面处于钝化膜不断破坏与形成的循环过程中.【期刊名称】《矿冶工程》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】4页(P125-127,131)【关键词】硅黄铜;电化学腐蚀;冲刷腐蚀;海水腐蚀;动态腐蚀【作者】杨刚毅;汪冰峰;刘源;姜锋;叶鹏程【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG146铸造铜合金具有良好的铸造性能及耐海水腐蚀性能［1-3］，广泛用作海水淡化处理管道与冷凝器管材料［4］。
但是铜合金在海水环境中服役时仍会发生严重腐蚀问题。
国内外对腐蚀的研究主要集中在静态腐蚀或者准静态腐蚀上。
静态腐蚀实验主要指模拟浸泡实验［5］，而准静态腐蚀则有盐雾实验、周期喷雾实验等［6］。
在海水环境中，剧烈的冲刷作用会大幅加剧腐蚀程度，这在静态腐蚀实验中难以得到重现。
目前，国内外研究者对于冲刷腐蚀进行了许多研究［7-10］，但大多集中于单因素对于冲刷腐蚀的影响。
由于冲刷腐蚀的复杂性，具体的动态腐蚀机理并不明确。
本文对ZCuZn16Si4硅黄铜进行冲刷腐蚀实验，采用SEM与XRD等手段对实验后样品的表面腐蚀产物进行分析，并结合电化学工作站实验结果，得到冲刷作用影响腐蚀的机理，为ZCuZn16Si4硅黄铜的腐蚀保护提供指导。
1 实验实验材料为铸造硅黄铜ZCuZn16Si4，按照标准GB1176-2013熔炼，其化学成分如表1所示。
合金与铜合金复合制品的腐蚀磨损性能研究
合金与铜合金复合制品的腐蚀磨损性能研究摘要：本文研究了合金与铜合金复合制品的腐蚀磨损性能，并对其机理进行了探讨。
实验结果表明，在特定环境条件下，复合制品具有较好的抗腐蚀和磨损性能。
根据实验数据，探讨了影响复合制品腐蚀磨损性能的关键因素，并提出了一些改进措施，以进一步提高其性能。
关键词：合金、铜合金、腐蚀、磨损、复合制品、抗腐蚀性能、抗磨损性能1 引言复合制品是由两种或多种不同材料组成的新型材料，具有各种优异的性能，如高强度、高硬度、耐磨损等。
合金是一种由两种或多种金属元素组成的材料，具有优良的力学性能和抗腐蚀性能。
铜合金是一种含有铜为基础金属的合金，具有优异的导电性能和良好的加工性能。
将合金与铜合金复合制品制成的复合材料，有可能兼具两者的优点，同时具有良好的抗腐蚀和磨损性能。
2 实验方法2.1 样品制备选取了几种常见的合金和铜合金作为研究对象，分别为XX合金、YY合金和ZZ铜合金。
工艺上采用熔炼和铸造的方法制备合金样品，然后通过热压方法将合金与铜合金复合，得到复合制品样品。
2.2 腐蚀实验将复合制品样品置于腐蚀液中，并设置不同的温度和腐蚀时间，观察其腐蚀情况。
使用扫描电子显微镜（SEM）和能量散射光谱分析（EDS）对样品表面进行形貌和成分分析。
2.3 磨损实验采用球-盘式磨损实验机进行磨损性能测试，设置不同的载荷和转速，观察复合制品样品在磨损过程中的失重量和磨损形貌。
3 结果与分析3.1 腐蚀性能分析根据腐蚀实验的结果，发现复合制品在腐蚀液中具有较好的抗腐蚀性能。
SEM 观察结果显示，复合制品表面出现了腐蚀坑，但坑的数量较少，且坑的尺寸较小。
EDS分析结果显示，复合制品表面的元素组成没有明显的变化，说明其在腐蚀过程中没有出现明显的溶解。
3.2 磨损性能分析磨损实验的结果显示，复合制品具有良好的磨损性能。
随着载荷的增加，失重量逐渐增加，但增幅较小。
在相同的载荷下，转速对磨损性能的影响较小。
SEM 观察结果显示，复合制品表面出现了微小的磨损痕迹，但整体上光洁度较高。
合金材料腐蚀行为的研究与腐蚀机理分析
合金材料腐蚀行为的研究与腐蚀机理分析第一章：引言腐蚀是金属材料在与环境介质接触时，受到化学或电化学作用而逐渐失去原有性能的过程。
合金材料在实际应用中广泛存在，而合金材料的腐蚀问题则直接关系到其使用寿命和性能稳定性。
因此，深入研究合金材料的腐蚀行为和腐蚀机理，对于提高合金材料的抗腐蚀性能具有重要意义。
第二章：合金材料的腐蚀行为2.1 腐蚀性能评价指标合金材料的腐蚀行为可以通过一系列评价指标来表征。
常见的腐蚀性能评价指标有失重法、电化学测试法、腐蚀速率计算等。
2.2 影响合金材料腐蚀的因素合金材料的腐蚀行为受多种因素影响，其中包括环境介质、温度、氧化还原电位、表面处理等。
这些因素的变化对合金材料的腐蚀行为具有重要的影响。
第三章：合金材料腐蚀机理3.1 常见腐蚀机理合金材料的腐蚀机理多种多样，常见的腐蚀机理包括电化学腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等。
每种腐蚀机理都具有自身的特点和机制。
3.2 电化学腐蚀机理电化学腐蚀是最常见的腐蚀机理之一，它包括阳极溶解和阴极保护两个过程。
阳极溶解是指合金材料中阳极区域金属离子的溶解，而阴极保护则是指防止金属被溶解的一系列保护措施。
3.3 晶间腐蚀机理晶间腐蚀是指合金材料晶界处发生的腐蚀现象。
晶间腐蚀主要是由于晶界处存在缺陷，导致晶界处的金属离子溶解更容易。
3.4 应力腐蚀机理应力腐蚀是一种结合了应力和环境因素的特殊腐蚀形式。
在应力作用下，合金材料在特定的环境条件下发生腐蚀，使其性能逐渐降低。
第四章：合金材料腐蚀行为的研究方法4.1 金相显微镜观察金相显微镜是观察合金材料腐蚀行为的重要手段。
通过对合金材料进行金相制样处理，并使用金相显微镜观察合金材料在腐蚀前后的微观结构变化。
4.2 电化学测试方法电化学测试方法可以通过测量电化学参数来研究合金材料的腐蚀行为。
常见的电化学测试方法包括极化曲线法、交流阻抗法等。
4.3 特殊环境条件下的腐蚀实验在特殊环境条件下进行腐蚀实验可以模拟实际应用中的特殊腐蚀环境，更加真实地研究合金材料的腐蚀行为。
铸造生产过程中腐蚀机理分析及防治研究
铸造生产过程中腐蚀机理分析及防治研究一、前言在铸造生产过程中，腐蚀现象是一种常见的问题。
腐蚀不仅对铸件的质量产生负面影响，而且可能会影响工业生产的效率。
因此，对于铸造生产中腐蚀机理的深入分析，并针对不同的腐蚀现象实施相应的防治措施，是提高铸造生产质量和效率的关键。
二、铸造生产中腐蚀机理分析腐蚀是指材料在受到化学或电化学作用时所遭受的一种破坏性作用，导致材料表面的腐蚀层产生，并加速了材料的失效。
在铸造生产中，腐蚀主要以金属腐蚀和烧蚀两种形式出现。
1.金属腐蚀金属腐蚀是指铸件表面金属与周围环境中的氧气、水分、酸、碱等物质发生化学反应，导致铸件表面腐蚀的现象。
金属腐蚀通常是由于铸件表面的氧化层破裂导致的。
此外，金属腐蚀也可能是由于铸件表面的污染物质所引起的。
2.烧蚀烧蚀是指铸件表面因为受到高温和烟气等物质的侵蚀而发生的腐蚀现象。
在铸造行业中，烧蚀通常发生在铸造模具的内部表面或空腔区域。
烧蚀现象主要是由于长期使用模具产生的，其对铸造生产的影响也比较显著。
三、铸造生产中腐蚀的防治研究腐蚀不仅会对材料产生损害，也会对生产产生影响。
因此，必须对腐蚀进行防治。
1.金属腐蚀的防治金属腐蚀的防治措施主要是在铸件表面形成稳定的氧化物膜，防止金属与环境发生反应。
目前，铸造行业应用较多的防治措施是采用镀锌和电镀等表面处理方法来防止腐蚀。
此外，合理使用防腐剂、选用耐腐蚀材料等也是有效的防止金属腐蚀的措施。
2.烧蚀的防治烧蚀对铸造生产的影响较大，因此需要对其进行积极防治。
具体措施包括：- 对模具进行防热材料的涂覆，降低表面温度，减少烧蚀的可能性；- 增强模具的冷却系统，使温度均匀分布，避免局部产生过高温度而导致烧蚀；- 在设计模具结构时，减少内部结构空腔的数量和大小，避免烟气在其中积聚；- 加强模具的清洁保养，定期进行检查和维护，发现烧蚀现象及时处理。
四、结语铸造生产中腐蚀是重要问题之一，解决腐蚀问题能够提高产品的品质和工业生产的效率。
轨道交通用铜合金铸件的腐蚀行为研究
轨道交通用铜合金铸件的腐蚀行为研究铜合金铸件在轨道交通中的腐蚀行为研究引言随着城市发展和人口增长，轨道交通系统在世界各地得到广泛应用。
作为一种重要的交通工具，轨道交通系统每天承载着大量的乘客和货物。
然而，轨道交通系统所面临的腐蚀问题也是不可忽视的。
铜合金铸件作为轨道交通系统中的常用材料之一，其腐蚀行为对轨道交通系统的安全性和可靠性产生了很大的影响。
因此，对铜合金铸件的腐蚀行为进行深入研究是非常重要的。
1. 铜合金铸件的用途铜合金铸件在轨道交通系统中具有广泛的应用。
它们常用于制造车辆结构件、导电部件、连接件和承重件等。
由于铜合金铸件具有高强度、耐磨性和导电性能，因此能够满足轨道交通系统对材料的各种要求。
2. 腐蚀引起的问题轨道交通系统环境十分恶劣，常受到潮湿、盐雾、沙尘和化学物质等的影响，这些因素都极易引起铜合金铸件的腐蚀。
铜合金铸件腐蚀的主要问题包括材料损失、表面破损、强度下降和功能丧失等。
3. 腐蚀机理腐蚀的机理涉及着多个因素，包括金属材料的化学成分、环境条件、氧化膜的形成和物理力学应力等。
在轨道交通系统中，铜合金铸件的腐蚀主要包括电化学腐蚀和化学腐蚀两种。
3.1 电化学腐蚀电化学腐蚀是轨道交通系统中最主要的腐蚀方式之一。
它是由于材料与电解质溶液之间的电化学反应引起的。
在电解质溶液中，铜合金铸件会发生电化学反应，从而导致金属的溶解和氧化。
电化学腐蚀会引起铜合金铸件表面的腐蚀产物生成及母材的腐蚀现象。
3.2 化学腐蚀化学腐蚀是轨道交通系统中另一个重要的腐蚀方式。
它是由于金属与酸、碱等化学物质之间的反应引起的。
在轨道交通系统中，铜合金铸件常遭受到酸雨、盐雾等的化学腐蚀。
这些化学物质会侵蚀铜合金铸件的表面，导致材料性能下降。
4. 腐蚀预防措施为了有效防止和减轻铜合金铸件的腐蚀问题，需要采取一系列的腐蚀预防措施。
4.1 表面处理适当的表面处理可以显著改善铜合金铸件的耐腐蚀性能。
一种常用的方法是通过电镀或喷涂等方式在铜合金铸件表面形成保护层。
铜合金及铜酸洗除锈的介绍
铜合金及铜酸洗除锈的介绍一、铜及铜合金酸洗除锈的基本原理铜及其合金在加工成型的过程中，表面通常都有氧化膜生成，在除油后应进行除锈。
特别是用于着色或要求光亮装饰的工件，更应进行装饰前的酸洗。
铜及其合金工件酸洗液成分主要是浓硝酸、浓硫酸和盐酸。
酸与氧化铜的反应比较平静，当氧化膜完全溶解后，铜便与酸接触反应(很激烈)。
这种反应是铜与具有氧化性的酸进行反应，而散发出来的不是氢气而是氮和硫的氧化物，具有很大的刺激性，否则浸蚀后的零件表面有斑纹，表面有黑色氧化亚铜的工件在浸蚀前应先用l0%(质量分数)的硫酸进行预浸蚀，然后再进行光亮浸蚀。
二、铜及其合金浸蚀溶液的配方及工艺条件铜合金的各种组分在不同的酸液中其溶解速度不同，要根据合金成分正确选择酸洗液中各种酸的比例。
硝酸对铜的溶解速度较大。
而盐酸则对锌、锡等元素的溶解速度较大。
例如，当硝酸与硫酸的浓度一定时，锌的溶解速度随着盐酸浓度的增加而增加，铜的溶解速度随着盐酸浓度的增加略有下降。
当将黄铜酸洗时，所用混合酸中各种酸的浓度应该能使铜和锌的溶解速度比例符合它们在合金中含量的比例。
在酸洗过程中，盐酸浓度过低时，酸洗后的黄铜表面呈淡黄色;盐酸浓度过高时，浸蚀后黄铜表面会出现棕斑点。
酸洗液中硝酸的含量过高时，酸洗后黄铜表面发灰;硝酸浓度过低时，则酸洗后表面发红。
青铜酸洗时，可以不加硫酸，因为锡在盐酸中溶解较快，但溶液中硝酸的浓度应该高一些，这是因为锡在较浓的硝酸中才能较快地溶解。
酸洗的速度还取决于温度。
铜及其合金的酸洗通常是在室温下进行的，若温度过高，混合酸会挥发分解，使操作环境恶化，当酸液的温度高于50℃时，铜的溶解速度开始增大，随后迅速降低，锌的溶解速度随温度的改变不大。
温度以30℃左右为宜。
由于铜及其合金在含有硝酸的除锈溶液中浸泡时，会产生“黄烟”，即二氧化氮气体，对人身及环境危害极大，近年来人们投入了大量的研究工作，开发无“黄烟”的溶液配方及工艺，这类酸液主要是不含硝酸，大部分是以硫酸为主的溶液，添加各种添加剂，以保证酸洗的效果。
铸造合金的化学腐蚀行为与表面改性技术改进策略
铸造合金的化学腐蚀行为与表面改性技术改进策略铸造合金在实际应用过程中常常会受到化学腐蚀的影响，这对其使用寿命和性能产生了重要的影响。
为了解决这一问题，人们提出了多种表面改性技术来改善铸造合金的抗腐蚀性能。
本文将探讨铸造合金的化学腐蚀行为以及常见的表面改性技术，并提出改进策略。
一、铸造合金的化学腐蚀行为铸造合金的化学腐蚀行为主要体现在其与环境中的金属或非金属物质接触时的反应。
一般来说，铸造合金的腐蚀行为可分为两类：电化学腐蚀和化学侵蚀。
1. 电化学腐蚀电化学腐蚀是指在电解质溶液中，由于阳极和阴极部位发生不同的电化学反应，导致阳极部位发生溶解而阴极部位得到保护的腐蚀行为。
铸造合金中一般存在阳极和阴极两个部位，阳极部位溶解使得合金表面发生腐蚀。
2. 化学侵蚀化学侵蚀是指在特定的腐蚀介质中，铸造合金的表面发生化学反应而受到侵蚀的行为。
与电化学腐蚀不同，化学侵蚀更多地依赖于介质中的活性物质，而不涉及电化学反应。
二、铸造合金表面改性技术为了提高铸造合金的抗腐蚀性能，人们发展了多种表面改性技术。
下面介绍一些常见的技术。
1. 电化学方法电化学方法包括电镀、电沉积和阳极氧化等技术。
电镀技术是在基体表面通过电解沉积一层金属，如铬、镍、锌等，以提高铸造合金的耐腐蚀性能。
电沉积技术则是通过溶液中的阳离子在电极上的还原而形成致密的金属沉积层，从而增加合金的抗腐蚀性能。
阳极氧化是将铸造合金置于酸性电解液中，通过施加电压使得合金表面形成氧化膜，从而提高其耐腐蚀性能。
2. 化学改性方法化学改性方法主要包括溶涂、钝化和化学沉积等技术。
溶涂是将一种或多种化学物质溶解在有机溶剂中，然后涂布在铸造合金表面，形成一层薄膜，以改善其抗腐蚀性能。
钝化是通过在铸造合金表面形成致密的钝化膜，来减缓或抑制腐蚀的发生。
化学沉积是将一种或多种金属或合金的离子通过化学反应还原并固定在合金表面，形成一层具有特殊性质的沉积层。
三、改进策略针对铸造合金的化学腐蚀问题，可以采取以下策略进行改进。
高温大型舰船用螺旋桨铜合金铸件的腐蚀和应力腐蚀研究
高温大型舰船用螺旋桨铜合金铸件的腐蚀和应力腐蚀研究随着航运业务的发展和舰船规模的扩大，对于高温大型舰船用螺旋桨铜合金铸件的腐蚀和应力腐蚀性能的研究变得尤为重要。
在船舶工程中，螺旋桨铜合金铸件起着关键的作用，因此，对其腐蚀和应力腐蚀行为的深入了解可以指导工程设计和材料选择。
本文旨在研究高温大型舰船用螺旋桨铜合金铸件在腐蚀和应力腐蚀环境下的性能表现。
腐蚀是指金属在特定环境中与外界作用下的损耗过程。
对于高温大型船舶用螺旋桨铜合金铸件而言，其工作环境通常是海水或含有氯离子溶液的海洋环境。
这些环境中的腐蚀作用严重影响着螺旋桨铜合金铸件的性能和寿命。
因此，对于这些环境下腐蚀行为的研究非常必要。
首先，我们需要了解腐蚀的机理。
螺旋桨铜合金铸件的主要成分是铜和锌。
在海水环境中，锌的阳极性更强，因此，在铜合金中的锌会被溶解掉，从而形成电化学反应。
这个过程被称为锌的溶解腐蚀。
另外，海洋环境中还存在其他因素，如氯离子、硫化物等，它们可以更加加速腐蚀的发生。
特别是氯离子，可以形成氯化铜，加速腐蚀的过程。
因此，在研究高温大型舰船用螺旋桨铜合金铸件的腐蚀行为时，需要考虑海洋环境中的这些因素。
除了腐蚀之外，应力腐蚀也是需要研究的重要问题。
应力腐蚀是在力学应力和腐蚀作用共同影响下，材料在裂纹、缺陷处出现倾向于扩展的腐蚀过程。
在高温大型舰船工作环境下，螺旋桨铜合金铸件会受到复杂的力学应力和腐蚀环境的共同作用。
这些应力和腐蚀作用可能会导致裂纹的形成、扩展和材料的失效。
因此，研究应力腐蚀行为可以帮助我们更好地理解螺旋桨铜合金铸件的性能和寿命。
为了研究高温大型舰船用螺旋桨铜合金铸件的腐蚀和应力腐蚀性能，我们可以采用实验和数值模拟相结合的方法。
在实验方面，我们可以设计腐蚀试验和应力腐蚀试验来评估材料的性能。
腐蚀试验可以通过将铜合金样品暴露在模拟海水溶液中，然后测量其质量损失和腐蚀速率来评估材料在腐蚀环境下的耐蚀性。
应力腐蚀试验可以通过施加不同的应力水平和暴露于腐蚀性环境中来评估材料在应力腐蚀条件下的耐久性。
青铜器锈蚀机理的探究
青铜器锈蚀机理的探究青铜器是古代文化遗产中的珍贵文物，它们承载着古代文明的传承和发展，具有极高的历史和艺术价值。
由于青铜器的材质特性以及历经数千年的风雨侵蚀，青铜器上常常出现各种锈蚀现象。
为了更好地保护青铜器，探究青铜器锈蚀机理至关重要。
本文将围绕青铜器锈蚀机理展开探究，以期提供保护和修复青铜器的理论依据。
一、青铜器的材质特性青铜器是由铜和锡合金构成的，其主要成分是铜(Cu)和锡(Sn)，其次还包括少量的铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)等杂质。
这种合金具有较高的硬度和抗腐蚀性，适合用于制作器物。
由于青铜器的材料成分复杂、多样，使得它在不同环境中容易遭受氧化、腐蚀等现象。
特别是在潮湿的环境中，青铜器更容易发生锈蚀现象。
二、青铜器锈蚀的化学反应青铜器锈蚀的化学反应主要包括氧化、还原和离子交换三个过程。
当青铜器表面发生氧化反应时，产生的氧化物会形成一层薄薄的氧化物膜，这层氧化物膜对青铜器表面起到一定的保护作用。
当环境中的湿气和酸性气体增多时，这层氧化物膜就容易发生破裂、剥落，使得青铜器面临更大的腐蚀风险。
青铜器表面的离子交换也是导致锈蚀的重要因素。
当青铜器表面存在硫化物、氯化物等有害离子时，它们易与青铜器表面的金属离子互相交换，形成新的化合物，加速锈蚀的发生。
三、青铜器锈蚀的环境因素青铜器的锈蚀程度受多种环境因素的影响。
潮湿的环境是青铜器锈蚀的主要原因之一。
湿气中的水分会使青铜器表面的氧化物层变脆，易于破裂，还会使得大气中的氧气和水分更容易进入青铜器内部，加速其氧化腐蚀。
大气中的酸雨、工业排放的有害气体也会对青铜器的锈蚀产生不利影响。
酸性气体容易与青铜器表面的氧化物发生反应，加速氧化腐蚀的发生。
青铜器的保存条件、保管方式、周围环境的温度、湿度等因素也会对青铜器的锈蚀速度产生影响。
四、青铜器的锈蚀防护与修复为了保护青铜器，减缓其锈蚀速度，需采取相应的防护措施。
首先是对青铜器进行定期的清洁和保护工作，保持其表面的清洁、干燥。
不同铜合金对工业用铜铸件性能的影响研究
不同铜合金对工业用铜铸件性能的影响研究铜合金是一种常用的材料，广泛应用于工业领域的铸件制造中。
不同的铜合金，因其合金成分、热处理工艺等因素的不同，会对工业用铜铸件的性能产生影响。
本篇文章将围绕不同铜合金对工业用铜铸件性能的影响展开研究，并对其背后的机理进行探讨。
首先，不同铜合金的合金成分对工业用铜铸件性能有直接影响。
合金中添加的不同元素，会改变铸件的力学性能、耐磨性、抗腐蚀性等特性。
例如，添加锌元素可以提高铸件的强度和硬度，改善其耐蚀性。
而添加锡元素则可以提高铜铸件的耐磨性和抗疲劳性能。
因此，在合金设计中选择合适的元素及其含量，对提高铜铸件的性能至关重要。
其次，热处理工艺也是影响铜铸件性能的重要因素。
通过热处理，可以改变铜铸件的组织结构，进而影响其力学性能和耐用性。
例如，固溶处理和时效处理可以使铜铸件的晶粒细化，并提高其强度和硬度。
此外，适当的退火处理也可以消除铸件内部的应力，提高其耐腐蚀性和延展性。
除了合金成分和热处理工艺，母材选择也对铜铸件性能产生重要的影响。
不同的母材具有不同的晶格结构和机械性能，这会直接影响到铜铸件的结构和性能。
例如，优质的母材具有均匀细小的晶粒，能够提供更高的强度和硬度。
同时，合适的母材还能够降低量热应力，避免在冷却过程中产生裂纹和变形。
此外，工艺参数的选择对铜铸件性能也有重要影响。
铸造温度、浇注速度、冷却速率等工艺参数的不同，会直接影响到铜铸件的凝固组织和缺陷形成。
合适的工艺参数能够使铸件的凝固结构更加致密，减少气孔和夹杂物的生成。
同时，良好的工艺参数还能够提高铸件的机械性能和耐腐蚀性。
综上所述，不同铜合金对工业用铜铸件性能的影响有多个方面。
包括合金成分的选择、热处理工艺的设计、母材的选择以及工艺参数的控制等。
在铜铸件的制造过程中，合理的选择和控制这些因素，可以提高铜铸件的力学性能、耐磨性、抗腐蚀性等关键性能，进而满足工业对高质量铸件的需求。
虽然铜合金对工业用铜铸件性能的影响已经有了一定的研究，但仍存在一些需要进一步研究的方向。
铜及铜合金的腐蚀研究进展
铜及铜合金的腐蚀研究进展摘要：铜及铜合金具有优异的强度、机械加工性能、导电性、可焊接性及耐腐蚀性等特点，长期以来在工业、军事及民用等各个领域均得到了广泛的应用，却有着腐蚀问题的困扰。
在不同的环境和条件下，铜及铜合金有着不同的腐蚀过程和腐蚀机理。
按照其使用地点和腐蚀介质可分为大气腐蚀、水中腐蚀、土壤腐蚀和微生物腐蚀。
关键词：铜及铜合金大气腐蚀水中腐蚀土壤腐蚀微生物腐蚀1 引言在有色金属的生产中，铜的产量仅次于铝，居第二位。
由于其具有优异的强度、机械加工性能、导电性、可焊接性及耐腐蚀性等特点，长期以来在工业、军事及民用等各个领域均得到了广泛的应用。
资料表明：目前仅海洋工业一项，每年就消耗铜及其合金10吨以上，随着电力工业的发展和火力发电的大规模建设，铜合金在各领域应用越来越广泛[1]。
通常情况下，铜没有腐蚀的倾向在电化学顺序中，铜具有比氢更高的正电位(+0.35V SHE )，故铜有较高的热力学稳定性，不会发生氢的去极化作用，被列为耐腐蚀金属之一。
但是在湿度较高、腐蚀性介质(如含SO2的空气、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN -、NH4+等能与铜形成络合离子的液体中)，铜则发生较为严重的腐蚀[2]。
铜合金表现出比纯铜更高的耐腐蚀性，如，黄铜(Cu - Zn合金)耐冲击腐蚀性好；铜镍合金具有耐酸耐碱、耐海水的性能以及抗应力腐蚀开裂的特性；锡青铜合金可耐各种腐蚀；硅青铜合金机械强度高、耐应力腐蚀开裂性能好。
铜及铜合金的长期使用时其腐蚀问题也必须考虑，否则将会给我们的生产和生活带来危害。
另外，由于铜及其合金具有美观的色泽，所以其广泛地用于电子材料、建筑材料、包装材料、仿金材料、仿古饰品、仿古工艺品、铜字、铜标牌、铜币和大型雕塑等，随着使用时间的推移，铜及其合金制品长期暴露在空气中表面将会受到不同程度的腐蚀和变色而影响其使用，一旦氧化腐蚀性产物出现必将产生接触性或传输性或传导性故障[3]。
但铜及其合金暴露于大气气氛下，其表面很容易产生棕红铜色或棕绿色或蓝绿色的氧化腐蚀变色，俗称铜绿(铜绿有复杂的化学组成，其中一些成分不具有降低腐蚀的作用，还有一些成分是偶尔才可在铜绿中观察到)属于绝缘性质的物质，也是热的不良导体。
铜合金腐蚀的影响因素及研究状况_顾彩香
罗宗强等[16]研究了 pH 值对 Cu-17Ni-3Al-X 耐磨 铸造铜合金腐蚀的影响，其研究结果表明在 3.5%NaCl 溶液中，随着溶液 pH 值的升高，合金腐蚀速率逐渐 降低；在中性和碱性溶液中，合金具有优异的耐腐蚀 性能；当溶液为强酸性（pH=3）时，合金表面不易形 成致密的保护膜；当溶液 pH 值为 6、8、10 时，合金 表面产生铝、富 Ni 的 Cu2O 和 Cu2(OH)3Cl 腐蚀产物 膜；当为强碱性（pH=12）溶液时，合金容易形成致 密的 Cu2O 膜。在不同 pH 值溶液中合金的腐蚀速率差 异，主要是因为铜合金表面腐蚀膜的不同及铜合金电 化学反应过程中阴极反应引起的；铜合金在酸性溶液 中，于第二相附近出现晶间腐蚀。 3.4 微生物的影响
收稿日期：2013-10-14；修回日期：2014-03-11 基金项目：上海市教委科研创新项目（14YZ103）；上海海事大学基金项目（20130449）；
上海海事大学学术新人基金项目（GK2013042）。 作者简介：顾彩香（1964-），女，博士，副教授。研究方向：海洋材料与腐蚀等。
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顾彩香等，铜合金腐蚀的影响因素及研究状况
Cu-Ni 合金的冲击腐蚀性能可通过增加 Mn 得到 显著提高，当含 Fe 量较低时，Mn 能替代 Fe 起作用； Mn 还能够消除 Cu-Ni 合金中过剩的 C 产生影响[4]。
铜基合金腐蚀机理与材料保护策略
铜基合金腐蚀机理与材料保护策略铜基合金在工业领域有广泛的应用，但其在使用过程中容易受到腐蚀的影响。
铜基合金的腐蚀机理是指铜合金在特定环境条件下，与介质发生物理或化学反应而导致合金表面受损的过程。
铜基合金的腐蚀机理主要包括化学腐蚀、电化学腐蚀和应力腐蚀裂纹等。
化学腐蚀是指铜基合金在酸、碱、盐等介质中与介质直接反应而发生腐蚀。
铜基合金的主要成分是铜，其与酸性介质会发生氧化反应，形成氧化物膜，从而抑制了进一步的腐蚀。
然而，如果合金中还含有其他活泼金属元素，如锌、铝等，这些金属会优先与酸性介质中的氧化剂发生反应，导致铜基合金的腐蚀速度加快。
电化学腐蚀是指铜基合金在电解质溶液中发生的腐蚀反应。
在电解液中，铜基合金表面的金属离子会发生氧化与还原反应，导致合金表面的金属被溶解。
电化学腐蚀主要受到溶液中溶解氧、PH值、温度和电位等因素的影响。
溶液中溶解氧可以促进铜基合金的电化学腐蚀，而提高溶液的PH值则可以减缓腐蚀速度。
应力腐蚀裂纹是指铜基合金在受到应力作用的同时，与腐蚀介质发生化学反应导致的裂纹。
应力腐蚀裂纹主要发生在受到拉应力或应力集中的部位，如焊缝、螺纹部位等。
应力腐蚀裂纹的形成是由于腐蚀介质在裂纹端形成电池，导致裂纹端金属的溶解与腐蚀。
为了保护铜基合金免受腐蚀的影响，可以采取一些材料保护策略。
一种常见的保护策略是表面处理，通过在合金表面形成一层保护性的氧化膜来减缓腐蚀速度。
常用的表面处理方法包括电镀、阳极氧化、化学镀等。
这些方法可以在合金表面形成一层致密的氧化膜，从而保护合金不被腐蚀。
此外，还可以通过在合金表面涂覆一层防腐涂层，如环氧树脂涂层、聚氨酯涂层等来防止氧化膜的形成，从而减缓腐蚀速度。
另一种保护策略是合金设计，通过调整合金的化学成分和微观结构来提高其抗腐蚀性能。
添加一定量的抗腐蚀元素，如锌、镍、铝等，可以改善合金的抗腐蚀性能。
此外，调节合金的热处理工艺、冷变形工艺等也可以改变合金的晶粒结构和组织，从而提高其抗腐蚀性能。
铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为与机理研究进展
㊀第41卷㊀第5期2022年5月中国材料进展MATERIALS CHINAVol.41㊀No.5May 2022收稿日期:2020-07-06㊀㊀修回日期:2020-11-17基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(buctrc201730)第一作者:曹青敏,女,1997年生,硕士通讯作者:刘㊀斌,男,1973年生,教授,博士生导师,Email:liubindr@DOI :10.7502/j.issn.1674-3962.202007007铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为与机理研究进展曹青敏,刘㊀岩,刘㊀斌,石泽耀,张赪栋,蹇冬辉(北京化工大学材料科学与工程学院材料电化学过程与技术北京市重点实验室,北京100029)摘㊀要:海洋与船舶工程技术的快速发展,对材料的耐蚀性能提出了越来越高的要求㊂铜镍合金是以镍为主要合金元素㊁对铜合金进行改性而发展形成的一类铜合金,因呈现银白色金属光泽,故也称为白铜㊂铜镍合金的耐蚀性优异,且易于塑性加工和焊接,因此在海洋与船舶工程㊁石油化工等领域得到了非常广泛的应用,尤其是在耐海水冲刷腐蚀方面展现出优异的性能㊂针对国内外铜镍合金海洋腐蚀的研究现状,分别从材料因素和环境因素2个方面,对铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为规律㊁影响因素和腐蚀机理进行了综合分析与评述;在此基础上,重点分析指出了耐更苛刻环境合金材料研发工作少㊁耐蚀机理未形成统一认识㊁研究手段有待于拓展㊁缺乏合金构件腐蚀行为研究4个方面的问题,并提出了针对性的建议和解决途径;最后对其未来的发展方向进行了展望㊂关键词:铜镍合金;海水冲刷;腐蚀行为;腐蚀机理中图分类号:TG172.5㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1674-3962(2022)05-0398-09引用格式:曹青敏,刘岩,刘斌,等.铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为与机理研究进展[J].中国材料进展,2022,41(5):398-406.CAO Q M,LIU Y,LIU B,et al .Progress in the Study of Corrosion Behavior and Mechanism for Copper-Nickel Alloys under Seawater Ero-sion Condition[J].Materials China,2022,41(5):398-406.Progress in the Study of Corrosion Behavior andMechanism for Copper-Nickel Alloys underSeawater Erosion ConditionCAO Qingmin,LIU Yan,LIU Bin,SHI Zeyao,ZHANG Chengdong,JIAN Donghui(Beijing key Laboratory of Materials Electrochemical Process and Technology,College of Materials Scienceand Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)Abstract :The rapid development of marine and ship engineering technology has put forward higher and higher require-ments for the anti-corrosion performance of materials.Copper-nickel alloys are a type of copper alloy mainly modified by nickel element.Due to its silver-white metallic luster,it is also called white copper.Copper-nickel alloys have been widely used in marine and ship engineering,petrochemical industry and other fields,owing to excellent corrosion resistance,good processability and weldability,especially in terms of resistance to seawater erosion.In this paper,according to the research status of marine corrosion of copper-nickel alloys at home and abroad,the corrosion behavior,influencing factors and corro-sion mechanism of copper-nickel alloys under seawater erosion condition were reviewed and analyzed from the view point of material and environmental factors respectively.On this basis,the existing problems in this research field were analyzed,four problems were highlighted,including less research and development of more harsh environment resistant alloymaterials,no unified understanding of corrosion resistance mechanism,research methods to be expanded,lack of re-search on corrosion behavior of components,and corre-sponding suggestions and solutions were proposed.Finally,the future development direction was prospected.Key words :copper-nickel alloy;seawater erosion;cor-rosion behavior;corrosion mechanismAll Rights Reserved.㊀第5期曹青敏等:铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为与机理研究进展1㊀前㊀言海洋的腐蚀环境是极其复杂的,金属及合金在海洋中的腐蚀同时受到多方面因素的影响,主要包括材料因素和环境因素2个方面㊂材料因素包括合金成分㊁微观组织㊁初始表面状态和腐蚀产物膜等,环境因素包括温度㊁pH㊁杂质离子㊁硫化物和流速等㊂另外,海洋中的微生物群落也可能牢固地附着在金属表面,形成一层生物膜,生物膜的腐蚀作用会损坏设备,导致生产损失和维护成本的增加[1,2]㊂因此,金属在海洋环境中的腐蚀比在一般环境中更为严重,造成了大量的资源浪费㊂调查表明,每年由于海洋腐蚀造成的经济损失,全球共计高达6000~12000亿元,占国民生产总值的2%~4%[3]㊂铜镍(Cu-Ni)合金具有优异的耐海水腐蚀㊁防污㊁防海洋生物附着能力,被广泛应用于海洋工程领域,尤其是滨海电站的换热器及其他舰船用的冷凝管道,至今已有数十年的应用历程[4]㊂随着人们对海洋材料的性能㊁腐蚀年限要求越来越高,传统的Cu-Ni合金已经不能满足海洋工程对材料防腐蚀性能的需求㊂国内外的专家学者们不断对Cu-Ni合金进行着深入的研究,但由于涉及的因素多种多样,对于海水中Cu-Ni合金的腐蚀规律目前还没有系统的研究㊂因此,对已有的研究成果进行整理与分析,提炼存在的问题,对进一步的研究十分必要㊂本文将综述国内外对Cu-Ni合金腐蚀行为的研究进展,从材料因素和环境因素2个方面,阐述Cu-Ni合金腐蚀行为的影响因素,分析Cu-Ni合金在海水冲刷条件下的腐蚀机理,并提出问题与建议㊂此外,还对国内Cu-Ni合金在海洋工程领域的研究及应用进行了展望㊂2㊀材料因素对腐蚀行为的影响研究2.1㊀合金成分纯铜的耐海水腐蚀能力较差,添加Ni元素可以提高其腐蚀电位和钝化能力,从而增强合金的耐腐蚀性能㊂Ni和Cu元素可以无限固溶,在常温下形成Cu-Ni合金的α单相固溶体[5],其二元相图如图1所示[6]㊂随着Ni含量的增加,Cu-Ni合金耐腐蚀性能逐渐增强,Crousier等[7]用电化学方法研究了Ni含量对Cu-Ni合金耐蚀性的影响,发现随着Ni含量增加,合金的钝化电流密度减小,腐蚀速度降低㊂相关研究表明,Ni在一定程度上可以改善铜合金表面钝化膜的防腐蚀性能,其机理是Ni2+进入Cu+的空缺位置,增加了Cu2O膜的离子阻力,导致一个阳离子空位消失,从而增大了电子阻力㊂Ni2+能大量地存在于Cu2O的点阵结构中,并且不影响Cu2O结构,但是当Ni含量高于40%时(质量分数,下同),钝化膜的防腐蚀性能将降低[8]㊂图1㊀铜镍合金二元相图[6]Fig.1㊀Copper-nickel alloy binary phase diagram[6]在Cu-Ni合金中添加不同量的Fe对耐蚀性的影响效果不同,有许多学者做了相关研究㊂Efird等[9]通过静态和动态海水腐蚀试验研究了Fe含量对Cu-Ni合金耐蚀性的影响,结果发现,添加0.5%~2.0%的Fe可以显著提高Cu-Ni合金的耐冲刷腐蚀性能㊂Zubeir[10]报道了Fe含量对90Cu-10Ni合金腐蚀性能的影响,结果表明,Fe的含量大于2.0%时,将会导致富Ni-Fe相的连续沉淀析出,在海水中形成黑色㊁疏松㊁易脱落的薄膜,致使合金的耐腐蚀性能变差㊂姜雁斌等[11]的研究发现,随着合金中Fe含量的提高,合金腐蚀速率呈现先减小后增大的趋势,如图2所示㊂因此,目前在工程中应用的Cu-Ni合金,Fe的添加量通常在0.5%~2.0%之间㊂图2㊀B10铜镍合金腐蚀速率随Fe含量变化[11] Fig.2㊀The corrosion rate of B10alloy varies with Fe content[11]当合金中Fe的含量较低时,Mn可以在一定程度上替代Fe,同时还有消除多余碳的作用,提高了合金的耐蚀性[12]㊂目前应用最普遍的合金如BFe10-1-1和BFe30-1-1等,具有很强的抗冲刷腐蚀性能,其中的Mn和Fe 的质量都是以1ʒ1的比例加入的㊂Mn还能与Ni共同作用,使合金的微观组织结构更加稳定㊂Saud等[13]利用拉伸实验和电化学实验研究了Mn含量对Cu-Al-Ni合金性能的影响,发现当合金中的Mn添加量为0.7%时,合金993All Rights Reserved.中国材料进展第41卷的力学性能和耐蚀性能都达到最优,而Mn含量的继续增加反而会使合金的耐蚀性降低㊂美国海军在给Cu-Ni合金中添加Fe和Mn元素的基础上,还添加了0.5%的Cr元素,发明了一种新型合金并广泛应用㊂研究表明,此类合金的耐海水冲刷腐蚀性能明显优于B10和B30合金[14]㊂国内外学者研究了Cr 元素的添加量对Cu-Ni合金各方面性能的影响㊂Anderson等[15]探究了不同Cr含量对Cu-Ni合金抗冲击腐蚀性能的影响,结果表明,当Cr元素的添加量大约为0.5%时可以提高合金的耐冲击腐蚀性能㊂Jeon等[16]研究了在pH= 1.2的酸性氯化物溶液中Cu-6%Ni-4%Sn-x%Cr合金的腐蚀特性随Cr含量的变化,发现Cr的添加可以减少富Sn 的沉淀,防止局部腐蚀的发生㊂李晓娜等[17]认为,Ni-Cr 的同时加入可以明显抑制铜合金在800ħ以下的中温氧化,但合金的抗高温氧化性能与Cr和Ni的质量比有密切联系,较高的比例才能提高铜合金的抗高温氧化能力㊂由此可见,添加的Cr元素会与其他合金成分共同作用,对合金的耐冲刷㊁耐冲击㊁抗高温氧化性能均有不同程度的提升,值得继续对该元素的作用进行深入研究㊂Al元素对Cu-Ni合金具有强化作用,可以促进合金表面形成坚韧㊁致密的保护膜,降低表面活性,使合金的机械强度大幅提高,增强合金的抗冲蚀性能,从而提高合金的耐蚀性[18]㊂稀土对铜及铜合金的作用主要有净化㊁微合金化㊁改善机械加工性能以及提高耐蚀性㊂因此许多研究者在Cu-Ni合金中加入少量的稀土元素对其进行改性,以提高Cu-Ni合金的耐蚀性[19,20]㊂关于稀土改善铜及铜合金耐蚀性的机理,主要有以下5种解释:①稀土元素能在合金表面形成极薄且致密的腐蚀产物膜,增大了腐蚀进行时的传质过程阻力[21];②稀土在晶界上的分布会阻碍镍㊁铁㊁氧等元素的扩散,降低成分偏析的出现,使合金的成分和组织均匀化[22];③缩小了铜及铜合金的结晶温度范围,减轻了枝晶偏析[23];④稀土元素能提高铜及铜合金的腐蚀电位[24];⑤稀土净化基体后杂质减少,从而减少腐蚀微电池的数目和腐蚀电势梯度,提高了合金的耐蚀性[25]㊂2.2㊀微观组织Cu-Ni合金的组织均匀性会显著影响其耐蚀性,这是由于合金成分的相互作用会影响偏析程度,具体表现为合金中镍元素的偏析,从而降低其耐冲刷腐蚀性能[11]㊂甘春雷等[26]研究了连续柱状晶组织和普通铸造多晶组织的BFe10-1-1合金耐蚀性,测试结果表明,前者的微观偏析程度较小,成分更加均匀,能够有效避免局部腐蚀的发生,同时腐蚀产物膜阻抗较大,耐蚀性提高㊂孔小东等[27]的研究也证明了微观组织和夹杂物的差异对铜合金的耐腐蚀性能有重要影响㊂关于晶粒尺寸对Cu-Ni合金耐蚀性的影响,目前学界的看法还存在一定分歧㊂曹中秋等[28]研究了不同晶粒尺寸的Cu-Ni合金在酸性含氯介质中的电化学性能,结果发现,晶粒细化后晶界所占的总面积相对增加,而晶粒内部的原子能量通常小于晶界处的原子能量,因而晶界处原子反应活性较强,参与腐蚀的活性原子增加,使得腐蚀加速,且优先在晶界处发生腐蚀㊂Tan等[29]通过对6种不同使用寿命的Cu-Ni合金的研究,认为提高Cu-Ni合金耐蚀性的有效方法是获得较大的晶粒和较宽的晶粒尺寸分布㊂综合前人的研究,要增强合金的耐蚀性,其晶粒尺寸应该控制在一个合适的范围内,因此还需做进一步的研究以确定具体尺寸范围,同时,合适的晶粒尺寸还可以满足材料的力学性能和成形性能要求㊂2.3㊀初始表面状态由于Ni和Cu元素可以无限固溶,可在常温下形成单相固溶体且均匀性较好,但由于金属表面以及金属-海水界面处物理化学性质的微观不均匀性,导致金属与海水接触界面的电极电位不均匀,易在活性点形成微腐蚀电池,造成局部腐蚀[30]㊂因此,点蚀是Cu-Ni合金在海洋环境中较为常见的腐蚀类型,而点蚀的情况与材料的初始表面状态有关㊂原始表面膜指金属通过热处理工艺形成的膜层,腐蚀产物膜指金属在腐蚀环境中形成的膜层㊂Cu-Ni合金原始表面膜中的镍富集和镍的充分氧化可以增强合金的耐蚀性,而表面膜层中残留的游离态碳会使Cu-Ni合金腐蚀更加严重,原始膜层中非游离态的碳则对合金的耐蚀性影响不大[31];另外,材料的表面粗糙度越高,在表面越容易形成湍流,冲刷腐蚀也就越严重㊂2.4㊀腐蚀产物膜Cu-Ni合金在海水环境中具有优异的耐腐蚀性能,不仅由于自身电位较正,不易发生腐蚀反应,更由于其表面形成的致密的腐蚀产物膜阻隔了金属基体与腐蚀环境的接触,从而降低了腐蚀速率㊂目前,学术界公认的Cu-Ni合金在海洋环境中的腐蚀产物膜,是一种双层结构模型[32]㊂模型的内层为致密的Cu2O膜,可以保护合金免于腐蚀,这是铜镍合金在海水中具有良好耐蚀性的主要原因;外层为二价铜的化合物(Cu(OH)2㊁CuO㊁Cu2(OH)3Cl㊁CuCl2或CuCO3㊃Cu(OH)2)产物膜,外层膜疏松多孔,对基体不具有保护性[33,34]㊂Ma等[35]还发现产物膜中有金属镍的存在,随着膜层深度的增加,镍的氧化态(NiO和Ni(OH)2)逐渐减004All Rights Reserved.㊀第5期曹青敏等:铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为与机理研究进展少,而镍金属单质增加㊂在膜的内层中检测到的NiO/ Ni(OH)2对内层的较高电阻有很大贡献,Ma等认为腐蚀产物膜在海水中的形成过程可以分为5个阶段,如图3所示㊂关于Cu2O膜层的生成方式,目前主要有2种理论:一种是基体中的铜作为阳极直接生成Cu2O,其过程如反应式(1);另一种是吸附层或合金表面上的铜形成了可溶性CuCl-2,导致水解反应并生成Cu2O,其反应过程如式(2)和式(3)[36]㊂2Cu+H2O↔Cu2O+2H++2e-(1) Cu+2Cl-↔CuCl-2+e-(2) 2CuCl-2+H2O↔Cu2O+2Cl-+2H+(3) North等[37]用铜基合金上的Cu2O膜的不良半导体特性解释了Cu-Ni合金相较于纯铜的耐蚀性优势㊂他们猜想镍和铁掺入Cu2O膜中,占据了阳离子空位,降低了阳离子空位浓度,从而提高了耐蚀性,这一说法被许多人所接受㊂但是Burleigh等[38]认为,将氧化镍(NiO)和赤铁矿(Fe2O3)代替Ni2+和Fe2+/Fe3+添加到Cu2O中并不会消除阳离子空位,但会产生新的空位,如式(4)和式(5)所示:NiOңCu O Ni㊃Cu+VᶄCu+OˑO(4) Fe2O3ң3Cu O2Fe㊃㊃Cu+4VᶄCu+3OˑO(5)式中,Ni㊃Cu是填充Cu2O薄膜中阳离子位置的镍阳离子, VᶄCu是薄膜中带负电的阳离子空位,OˑO是薄膜中的氧阴离子,Fe㊃㊃Cu是填充薄膜中阳离子位置的铁阳离子㊂根据在氧恒定压力下阳离子空位浓度与电子空穴浓度之间的关系式(6)和式(7),阳离子空位浓度的增加必然会导致电子空穴浓度的降低㊂因此,镍和铁改善钝化膜耐冲刷腐蚀性能的方式可能与电子空穴的减少有关,从而导致电子电阻率增加㊂12O2ңCu O OˑO+2VᶄCu+2h㊃(6) [VᶄCu][h㊃]ɖP0.25O2(7)式中,OˑO是Cu2O薄膜中的氧阴离子,VᶄCu是薄膜中带负电的阳离子空位,h㊃是薄膜中带正电的电子空穴㊂图3㊀90/10(B10)铜镍合金在海水浸泡环境下的腐蚀产物膜形成过程示意图[35]:(a)浸泡初期,铜溶解形成CuCl2,Cu2O再沉淀;(b)浸泡中期,Cu2O被氧化并形成非保护性的Cu2(OH)3Cl;(c)浸泡中后期,阳离子空位及电子空穴的产生㊁扩散,Cu2O薄膜开始向内生长;(d)浸泡中后期,向内生长的Cu2O膜增厚,纯铜晶粒再沉积;(e)浸泡后期,向内生长的Cu2O薄膜变厚,薄膜内层形成NiOFig.3㊀Schematic diagram of corrosion product film formation process of90/10copper-nickel alloy in seawater immersion environment[35]:(a) at the early stage of the immersion,dissolution of copper to form CuCl2and reprecipitation of Cu2O;(b)at the middle stage of the im-mersion,oxidation of Cu2O and formation of nonprotective Cu2(OH)3Cl;(c)at the mid-to-late stage of the immersion,generation and diffusion of cation vacancies and electron holes and start-up of inward growth of Cu2O film;(d)at the mid-to-late stage of the immersion, thickening of the inward-growing Cu2O film and redeposition of pure copper grains;(e)at the late stage of the immersion,thickening of the inward-growing Cu2O film and formation of NiO in the inner layer the film104All Rights Reserved.中国材料进展第41卷3㊀环境因素对腐蚀行为的影响研究3.1㊀温度温度对铜镍合金的影响机制在于:腐蚀反应的氧扩散速率㊁阴阳两极反应速率都会随着环境温度的变化有较大波动,从而使合金的腐蚀速率随之发生改变;另外,较高的温度还适宜海洋中微生物的繁殖,加速微生物腐蚀㊂但是海水温度升高又会使海水中的溶解氧含量降低,同时加速保护性钙质水垢在合金表面的生成,减慢阴极还原反应的进行,使得腐蚀速率降低㊂由此可见,温度对铜镍合金在海洋环境中腐蚀速率的影响是多方面综合作用的,实验条件的不同可能会导致研究结果各不相同㊂Melchers [39]对现有的90/10铜镍合金浸泡腐蚀数据的分析表明,样品最初浸泡时的温度会对其长期腐蚀行为产生较大影响,最初浸泡温度在18~28ħ之间时,90/10铜镍合金表现出更好的耐蚀性㊂杜孟孟等[40]利用电化学测试手段研究了2种铜镍合金在20~80ħ时的腐蚀性能,发现BFe10-1-1合金在40ħ时腐蚀速率最小,这是传质速度和溶解氧含量综合作用的结果,且2种合金在较高温度下均会在表面迅速生成腐蚀产物膜,达到稳定状态㊂3.2㊀pH 值海水的pH 值一般为8.1~8.3,偏弱碱性㊂铜合金在海水中会发生钝化,在表面形成Cu 2O 钝化膜,对基体有保护作用,但钝化膜在酸性条件下会溶解㊂Efird [41]发现当海水介质的pH 值ȡ9时,铜合金表面会形成CuO 膜,当pH 值>13时,CuO 膜将会溶解,并推导出了电位-pH 图(如图4)㊂罗宗强等[42]研究了pH 值对Cu-17Ni-3Al-x铜合金腐蚀的影响,发现在3.5%的NaCl 溶液中,环境pH 值越高(pH =3~12),合金越易形成致密的腐蚀产物膜,腐蚀速率越低㊂图4㊀90/10铜镍合金在25ħ下的电位-pH 图[41]Fig.4㊀Potential-pH diagram of 90/10copper-nickel alloy at 25ħ[41]3.3㊀氯离子海洋环境是高盐环境,因此氯离子(Cl -)对合金的腐蚀影响不可忽视㊂Cl -会对合金产生腐蚀的主要原因是其与铜合金表面的氧化亚铜膜发生反应,生成可溶或微溶的氯化物,从而引起合金发生点蚀[43]㊂研究表明,Cl-主要通过以下几个方面对合金材料造成腐蚀破坏[44]:①Cl -会渗透到腐蚀产物膜内,对膜的结构造成破坏;②Cl -的吸附容易抑制腐蚀产物膜的形成及修复;③Cl-的吸附在腐蚀产物膜上形成强电场,加速基体的溶解㊂对于Cl -对Cu-Ni 合金腐蚀速率的影响,研究者们做了许多研究㊂常钦鹏等[45]发现在含Cl -的环境中B30Cu-Ni 合金表面氧化膜会发生点蚀,并且随着环境中Cl-浓度的增大,腐蚀速率逐渐增大㊂Badawy 等[46]的研究结果表明,当Cl -浓度低于0.3mol /L 时,Cu-Ni 合金的腐蚀速率会随着Cl -浓度的升高而升高;当Cl -浓度达到0.3mol /L 时,CuCl 经过反应和水解生成致密的Cu 2O 层,保护基体免于腐蚀,腐蚀速率降低㊂Verma 等[47]也表示,Cu-Ni 合金在含氯介质中腐蚀形成的主要腐蚀产物为CuCl㊁CuCl 2和Cu 2O㊂Cl -浓度还会影响镍含量与腐蚀速率的关系,Milošev 等[48]研究了Cu-x Ni (x =10%~40%,质量分数)合金在碱性溶液(pH =9.2)中的腐蚀行为,该溶液含有不同浓度的NaCl(0.01~2.0mol /L),发现存在一个临界Cl -浓度,低于该浓度时,镍含量越低,对局部腐蚀的抵抗力越大;高于该浓度时,镍含量越高,对局部腐蚀的抵抗力就越大㊂3.4㊀硫化物硫化物在海洋中的存在形式多种多样,如工业废水的排放㊁腐烂的海洋生物㊁硫酸盐还原菌等,这些因素都会导致海水介质中硫化物的产生,因此其对金属的腐蚀影响相对比较复杂㊂Cu-Ni 合金对S 2-特别敏感,S 2-可以与腐蚀过程中产生的Cu +结合生成Cu 2S,Cu 2S 是一种硬而脆的腐蚀产物,它可以附着在合金表面但粘附力较小,加上腐蚀产物膜的结构较为疏松,Cu 2S 在流动介质中极易产生脆性剥落,进而降低合金的耐蚀性[49]㊂硫化物的存在会使Cu-Ni 合金腐蚀电位向活化方向移动㊂在活化电位时,阴极反应主要依赖于氢离子的还原,在海水含氧量很低时腐蚀依然可以进行㊂Kong 等[50]采用一系列电化学方法研究了硫化物浓度对含厌氧氯化物溶液中铜腐蚀的影响,认为在缺氧环境下,硫化物浓度对耐蚀性有显著影响,形成的钝化膜同时包含Cu 2S 和CuS㊂随着硫化物浓度增加,钝化膜厚度减小,并形成多孔的外层,其对基体没有保护作用,导致合金耐蚀性降低㊂目前已发现有些物质可以减小硫化物对Cu-Ni 合金腐蚀的危害㊂5-(3-氨基苯基)四唑(APT)可作为混合抑制204All Rights Reserved.㊀第5期曹青敏等:铜镍合金在海水冲刷条件下的腐蚀行为与机理研究进展剂,在没有APT 的情况下,海水和硫化物污染的海水中都存在CuO㊁Cu 2O㊁CuCl㊁CuS 和Cu 2S,然而,在APT膜存在的情况下,上述产物完全不存在[51]㊂苯并三唑(BTAH)可以抑制Cu10Ni 合金在被硫化物离子污染的盐水中的腐蚀,研究表明,BTAH 的存在会降低腐蚀速率和腐蚀产物膜的生成量,同时可以说明腐蚀产物膜越薄,合金的腐蚀速率越低,即对合金基体的保护性越高[52]㊂3.5㊀流速Cu-Ni 合金耐海水冲刷腐蚀性能较好,但是存在一个临界流速,一旦海水超过该流速,则腐蚀速率急剧增大,如图5所示[53]㊂一般认为,海水流速对Cu-Ni 合金腐蚀过程的影响机制为:流动的海水在合金表面产生剪切力,流速越大剪切力越大[54],当表面产生的剪切力超过表面钝化膜与合金基体的结合力时,钝化膜就会与基体分离,从而腐蚀速率变大,这个海水流动的临界速度就被称为材料在该介质中的临界流动速度㊂当海水流速增大时,传质系数随之增大,会促使电化学反应加速,加快腐蚀性物质到达材料表面,加速腐蚀;当海水流速过大时,还会在合金表面形成湍流产生气泡,造成空泡腐蚀㊂吴成红等[55]则得到了相反的结论,认为流速增大可以冲刷掉金属表面的腐蚀性物质,减少局部腐蚀的发生,同时可以促进钝化剂到达金属表面,增强钝化能力,从而保护金属㊂因此,海水流速对Cu-Ni 合金腐蚀速率的影响,目前的研究尚没有达成一致,有待于进一步深入研究㊂图5㊀冲刷腐蚀速率随流速变化示意图[53]Fig.5㊀Schematic of the changes in erosion-corrosion mechanism as ve-locity is increased[53]4㊀Cu -Ni 合金在海水冲刷条件下的腐蚀机理研究㊀㊀研究表明,由于铜的电位较低,在海水中很难被直接氧化,而且在其表面会生成一层氧化产物膜,阻碍腐蚀过程的进行,因此Cu-Ni 合金在海洋环境中表现出良好的耐蚀性[56,57]㊂North 等[37]是最早将Cu 2O 膜的半导体性质和Cu-Ni 合金的耐蚀性联系起来的学者㊂他们认为Cu-Ni 合金的耐蚀性能够优于纯铜,是因为Cu-Ni 合金中的镍以掺杂离子的形式溶解在Cu 2O 膜中,与亚铜离子溶解后形成的阳离子空位相结合,降低了膜层中的阳离子空位浓度和电子电导率,增加了膜层电阻,从而改善了合金的耐蚀性[58]㊂以上过程可用式(8)表示:Ni +V ᶄCu ↔Ni ㊃Cu +2eᶄ(8)一些研究者认为,Cu-Ni 合金在海洋环境中浸泡后,在其表面形成了致密的Cu 2O 保护膜层,该膜层能与基体牢固地结合在一起,有效保护基体,阻止合金进一步被腐蚀[59-61]㊂然而单纯的Cu 2O 产物膜层实际上存在大量缺陷,研究者在Cu 2O 产物膜中发现了少量Ni 和Fe 的氧化物,证明了是Ni 和Fe 的氧化物填充了产物膜中的缺陷,增加了产物膜的致密性,才能提升合金的耐蚀性㊂冲刷腐蚀是材料受到流体冲刷和环境腐蚀协同作用的结果,比单一地受到冲刷或腐蚀作用要严重[62]㊂冲刷腐蚀的交互作用机制主要可以概括为以下2个方面[63]㊂一方面是冲刷对腐蚀的影响㊂首先,冲刷能促进传质过程,加速去极化剂(如O 2㊁CO 2等物质)到达合金表面,以及腐蚀产物从表面剥离㊂其次,冲刷会破坏合金表面的钝化膜,并促使新的钝化膜形成,若表面膜的自修复速率小于被冲刷破坏的速率,那么该材料的耐冲刷腐蚀性能较弱,会发生较为严重的冲刷腐蚀㊂因此,合金的耐冲刷腐蚀性能受到其能否形成稳定的表面膜,以及表面膜再修复能力的直接影响㊂所以,要提高合金的耐冲刷腐蚀性,可以从研究如何提高合金表面钝化膜的力学性能入手㊂再者,冲刷作用还会使材料发生变形,使位错发生滑移㊁塞积,局部的能量增大,形成应变电池㊂当腐蚀环境中存在固体时,冲刷过程还会在材料表面留下大小不一的冲蚀坑,增大合金比表面积,进一步加剧腐蚀过程㊂另一方面是腐蚀对冲刷的影响㊂腐蚀会发生在材料表面,使表面凹凸不平,从而加剧冲刷的效果,尤其是在材料的缺陷处和相界面处,由冲刷造成的局部腐蚀更为严重㊂腐蚀在材料表面作用后还会破坏材料表面结构,溶解材料表面的加工硬化层,使其更加容易折断和脱落㊂材料因腐蚀在表面形成的氧化物膜层在强的冲刷作用下易被冲去,使腐蚀速率增大㊂对于冲刷腐蚀的过程及机理,目前学界观点比较一致[64,65],铜合金的冲刷腐蚀过程如图6所示㊂冲刷腐蚀的总失重T 可以通过式(9)表示[66]:T =C 0+E 0+C e +E c(9)其中,T 是冲刷腐蚀的总失重;C 0是纯腐蚀的失重;E 0304All Rights Reserved.。
若干因素对铜及铜合金电沉积-腐蚀机制的影响研究
若干因素对铜及铜合金电沉积-腐蚀机制的影响探究电沉积和腐蚀是常见的金属表面处理方法，在工业生产中有广泛的应用。
本文针对铜及铜合金的电沉积和腐蚀机制进行了深度探究，探究了若干因素对其机制的影响。
在电沉积方面，探究了电压、电流密度、溶液温度等因素对电沉积质量和结构的影响，探讨了循环伏安法和原子力显微镜等表征手段在电沉积探究中的应用。
在腐蚀方面，从自腐蚀、酸性腐蚀、碱性腐蚀和海洋腐蚀四个方面进行了探究，探究了PH值、温度、溶液浓度等因素对腐蚀速率和机制的影响，并探究了电场、超声波等物理因素对腐蚀的影响。
探究结果对于提高铜及铜合金表面加工技术和产品质量具有重要的实际应用价值。
关键词：铜；铜合金；电沉积；腐蚀；影响因素；表征手段；加工技术正文：一、引言铜及铜合金广泛应用于电子、航空、航天等领域，在工业生产中，电沉积和腐蚀是常用的表面处理方法，可提高产品的质量和使用寿命。
然而，在电沉积和腐蚀过程中，受到浩繁因素的影响，如电压、电流密度、PH值、温度等，这些因素对电沉积和腐蚀的机制有着重要的影响。
本文将对这些因素对铜及铜合金电沉积和腐蚀机制的影响进行探究，为提高铜及铜合金表面加工技术和产品质量提供参考依据。
二、铜及铜合金电沉积机制探究电沉积是指在电解质中，以过程金属离子为媒介，通过外加电压将金属离子还原成金属沉积在电极表面的过程。
电沉积可通过调整电压、电流密度、溶液温度等因素来控制沉积速率和结构。
下面将分别探究这些因素对电沉积的影响。
1.电压对电沉积质量和结构的影响电压是影响电沉积速率和质量的重要因素，电压越高，电沉积速率越快。
同时，电压还影响沉积层的结构和性能。
当电压较低时，沉积物为匀称细小的晶粒层，当电压增高时，晶粒变大，出现多晶或单晶层。
但过高的电压也会导致析出层厚度不匀称、裂纹、疏松等缺陷，降沙哑积膜的性能。
2.电流密度对电沉积质量和结构的影响电流密度是指单位面积内流过的电流量，电流密度越大，电沉积速率越快。
铸造合金的化学腐蚀行为研究
铸造合金的化学腐蚀行为研究一、引言铸造合金作为一种重要的材料，在工业生产中得到广泛应用。
然而，由于长期在恶劣环境中使用，铸造合金容易受到腐蚀的影响，从而降低其性能和寿命。
为了更好地了解铸造合金的化学腐蚀行为，并采取相应的防护措施，本文进行了相关研究。
二、实验方法本实验选用不同种类的铸造合金，分别将其置于酸性、碱性和盐性溶液中进行腐蚀实验。
并通过电化学测试、表面分析和材料力学性能测试等方法，对腐蚀行为进行详细研究。
三、实验结果与分析3.1 酸性环境中的腐蚀行为实验结果表明，在酸性环境中，铸造合金的腐蚀速率较快。
通过扫描电子显微镜(SEM)观察，可以看到铸造合金表面出现了严重的腐蚀痕迹，例如腐蚀坑和脱落等。
同时，电化学测试结果显示，铸造合金在酸性溶液中发生了较大的阳极溶解现象，表明酸性环境对铸造合金的腐蚀具有明显的促进作用。
3.2 碱性环境中的腐蚀行为与酸性环境相比，碱性环境对铸造合金的腐蚀影响较小。
实验结果显示，铸造合金在碱性溶液中的腐蚀速率相对较慢。
SEM观察发现，铸造合金表面仅出现一些细小的腐蚀痕迹，但整体腐蚀状况不明显。
电化学测试结果也证实了这一点，铸造合金在碱性溶液中呈现较低的阳极溶解趋势。
3.3 盐性环境中的腐蚀行为盐性环境是铸造合金腐蚀的常见情况之一。
实验结果显示，盐性溶液中的腐蚀速率较高，且腐蚀痕迹较为明显。
SEM观察可以观察到大量的腐蚀坑和腐蚀裂纹。
同时，电化学测试结果表明，盐性溶液中铸造合金出现了较大的阳极溶解，意味着盐性环境下铸造合金的腐蚀作用更加严重。
四、防护措施根据对铸造合金化学腐蚀行为的研究，可以采取以下防护措施来提高铸造合金的抗腐蚀性能：4.1 表面处理：通过表面涂层、电镀等方法形成一层保护膜，减轻铸造合金与腐蚀介质的接触，降低腐蚀速率。
4.2 添加合金元素：在铸造合金中添加抗腐蚀元素，如铬、镍等，提高合金的抗腐蚀性能。
4.3 腐蚀监测与维护：定期对铸造合金进行腐蚀监测，及时采取修补、更换等维护措施，延长合金的使用寿命。
铸造合金的高温气氛下的腐蚀性行为研究
铸造合金的高温气氛下的腐蚀性行为研究随着科技的不断发展，高温环境下的材料性能要求也越来越高。
铸造合金作为一种重要的材料，在高温气氛下面对腐蚀性行为的研究备受关注。
本文将从不同角度探讨铸造合金在高温环境中的腐蚀性行为与研究进展。
一、高温气氛下的铸造合金铸造合金是指经过熔炼、铸造等工艺制成的合金材料。
在高温气氛中，铸造合金会面临较为严峻的腐蚀环境。
常见的高温气氛包括氧化性气氛、还原性气氛以及氧化-还原性气氛等。
1.1 氧化性气氛氧化性气氛是指含有氧气或氧化剂的气体环境。
在高温下，铸造合金可能与氧化物发生反应，产生腐蚀。
例如，铁铬铝高温合金在氧化性气氛中易遭受高温氧化腐蚀。
1.2 还原性气氛还原性气氛是指含有还原性气体或还原性气体产生物质的环境。
在高温条件下，还原性气体可能与铸造合金表面形成气体或溶质，导致铸造合金的腐蚀行为。
例如，钛合金在还原性气氛中容易遭受氢腐蚀。
1.3 氧化-还原性气氛氧化-还原性气氛是指同时存在氧化性气体和还原性气体的环境。
在高温下，铸造合金可能在氧化-还原性气氛中经历复杂的腐蚀过程。
这种环境下，铸造合金的腐蚀行为与氧化物和还原物质的相互作用密切相关。
二、高温气氛下铸造合金的腐蚀机理铸造合金在高温气氛下遭受腐蚀的机理较为复杂，包括气体腐蚀、氧化腐蚀、溶质腐蚀等。
下面将从不同方面介绍各种腐蚀机理。
2.1 气体腐蚀气体腐蚀指的是铸造合金与高温气氛中的一种或多种气体发生反应，形成产物，并导致合金表面发生破坏的过程。
这种腐蚀可能是物理吸附、化学吸附、物理吸附-化学反应或直接化学反应等多种方式。
2.2 氧化腐蚀氧化腐蚀是指铸造合金表面与氧气或氧化剂发生反应，形成氧化物或氧化合物的过程。
高温铁铬铝合金的氧化腐蚀主要是由铝在高温下生成铝氧化物层导致的。
2.3 溶质腐蚀溶质腐蚀是指在高温环境中，溶质与铸造合金中的金属元素或金属间化合物相互作用，导致合金中的金属元素溶解或析出。
这种腐蚀机理可能引起铸造合金的组织和性能变化。
铸造合金的化学腐蚀行为与材料阻隔层设计
铸造合金的化学腐蚀行为与材料阻隔层设计铸造合金在实际应用中，常常需要承受各种环境条件下的腐蚀性介质，如酸性、碱性和盐腐蚀等。
因此，了解铸造合金的化学腐蚀行为，并采取正确的材料阻隔层设计，对于提高铸造合金的耐腐蚀性能具有重要意义。
一、铸造合金的化学腐蚀行为分析1. 强酸性腐蚀强酸性介质中的氢离子能够与合金中的金属离子发生反应，导致合金表面的金属离子向介质中溶解，使得合金表面逐渐腐蚀。
此外，强酸性介质还可能导致合金表面的氧化物膜被破坏，加速腐蚀的发生。
2. 强碱性腐蚀强碱性介质中的氢氧根离子具有强氧化性，能够与铸造合金中的金属阳离子发生反应。
尤其在高温和浓度较高的碱性介质中，腐蚀速度更快。
此外，碱性介质还可能引起氧化物膜的脱附和表面活性物质的吸附，加剧腐蚀的程度。
3. 盐腐蚀盐腐蚀是指铸造合金在含有氯、溴等卤素离子的介质中被腐蚀的现象。
此类介质中的卤素离子会与合金表面金属离子发生反应，形成溶解的离子化合物，破坏合金表面的完整性。
同时，盐腐蚀还受到氧、温度等因素的影响，加速腐蚀过程。
二、材料阻隔层设计1. 表面涂层表面涂层是常用的材料阻隔层设计方法之一。
通过在铸造合金表面形成一层具有耐腐蚀性的涂层，可以减缓腐蚀的发生。
常用的涂层材料有金属涂层、非金属涂层等。
金属涂层可以为合金提供物理层面的保护，而非金属涂层则可以通过改变材料的表面性能来实现阻隔腐蚀的目的。
2. 内部合金设计合金的内部合金设计是通过调整合金的成分和微观结构来提高其耐腐蚀性能。
例如，向合金中添加一定量的抗腐蚀元素，如镍、铬等，可以增强合金的耐腐蚀性能。
此外，通过合金的热处理和固溶处理等工艺，可以改变合金的显微组织，进一步提高合金的耐腐蚀性能。
3. 界面设计界面设计是指在铸造合金与介质之间引入一层具有耐腐蚀性能的中间层，以阻隔腐蚀介质对合金的侵蚀。
常用的界面设计方法包括电化学沉积法、热喷涂法等。
这些方法可以在铸造合金表面形成一层致密、均匀的阻隔层，提高合金的耐腐蚀性能。
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１ 实 验
实验 材 料 为 铸 造 硅 黄 铜 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４， 按 照 标 准 ＧＢ１１７６－２０１３ 熔炼，其化学成分如表 １ 所示。
表 １ 铸造硅黄铜 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 成分（ 质量分数） ／ ％
Ｚｎ
Байду номын сангаас
Ｓｉ
Ｐｄ
Ａｌ
Ｓｎ
Ｃｕ
１５．１３ ３．１０９ ５ ０．０６６
０．０１５
０．０２７
第 ３９ 卷第 １ 期 ２０１９ 年 ０２ 月
矿 冶 工 程
ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．３９ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１９
铸造铜合金冲刷腐蚀及机理研究①
杨刚毅， 汪冰峰， 刘 源， 姜 锋， 叶鹏程
（ 中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００８３）
ＹＡＮＧ Ｇａｎｇ⁃ｙｉ， ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ⁃ｆｅｎｇ， ＬＩＵ Ｙｕａｎ， ＪＩＡＮＧ Ｆｅｎｇ， ＹＥ Ｐｅｎｇ⁃ｃｈｅｎｇ （ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ）
余量
采用管流模拟实验进行冲刷腐蚀实验［１１］ 。 实验 装置模拟海水循环系统，在管道形状、管道安装、流体 流速及流体成分等方面可以很好地反映实际设备的工 况条件。 实验装置如图 １ 所示，其中铜管为铸造硅黄 铜 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４，其余位置用 ＰＰＲ 热水管与 ＰＰＲ 接头 连接。 实验溶液为 ３． ５％ ＮａＣｌ， 为了模拟海水冲刷强
摘 要： 模拟海水环境，对硅黄铜进行了冲刷腐蚀模拟实验和电化学腐蚀实验，借助 ＳＥＭ 与 ＸＲＤ 等手段分析了腐蚀现象，研究冲
刷腐蚀机理。 结果表明：铸造铜合金在冲刷腐蚀过程中腐蚀产物与电化学腐蚀相同；在未形成完整的钝化膜之前，铜合金腐蚀速率
快；海水冲刷作用使材料表面处于钝化膜不断破坏与形成的循环过程中。
铸造铜合金具有良好的铸造性能及耐海水腐蚀性 能［１－３］ ，广泛 用 作 海 水 淡 化 处 理 管 道 与 冷 凝 器 管 材 料［４］ 。 但是铜合金在海水环境中服役时仍会发生严 重腐蚀问题。 国内外对腐蚀的研究主要集中在静态腐 蚀或者准静态腐蚀上。 静态腐蚀实验主要指模拟浸泡 实验［５］ ，而准静态腐蚀则有盐雾实验、周期喷雾实验 等［６］ 。 在海水环境中，剧烈的冲刷作用会大幅加剧腐 蚀程度，这在静态腐蚀实验中难以得到重现。 目前，国 内外研究者对于冲刷腐蚀进行了许多研究［７－１０］ ，但大 多集中于单因素对于冲刷腐蚀的影响。 由于冲刷腐蚀 的复杂性， 具体的动态腐蚀机理并不明确。 本文对 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 硅黄铜进行冲刷腐蚀实验， 采用 ＳＥＭ 与 ＸＲＤ 等手段对实验后样品的表面腐蚀产物进行分析， 并结合电化学工作站实验结果，得到冲刷作用影响腐蚀 的机理，为 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 硅黄铜的腐蚀保护提供指导。
关键词： 硅黄铜； 电化学腐蚀； 冲刷腐蚀； 海水腐蚀； 动态腐蚀
中图分类号： ＴＧ１４６
文献标识码： Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１９．０１．０３２
文章编号： ０２５３－６０９９（２０１９）０１－０１２５－０３
Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｅｒｏｓｉｏｎ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ａｓ⁃ｃａｓｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ａｌｌｏｙｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｒａｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｓｅａｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ＳＥＭ ａｎｄ ＸＲＤ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔ ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｆａｓｔｅｒ ｂｅｆｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ， ａｎｄ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅａｗａｔｅｒ ｅｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｍａｉｎｅｄ ｉｎ ａ ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｒａｓｓ； ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ； ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ； ｓｅａｗａｔｅｒ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ； ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
１２６
矿 冶 工 程
第 ３９ 卷
25 100 lg[I(A · cm-2)]
度，参考动态腐蚀性能测试方法［１１］ ，设计实验时间持 续 ８ ｈ，温度控制在 ６０ ℃ ，流速为 １．１ ｍ ／ ｓ。
125 D1=.
25 25
;( ;)
图 １ 冲刷腐蚀设备
采用 ＩＭ６ｅｘ 电化学工作站对 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４ 进行电 化学性能测试。 实验采用三电测量体系，测试样品的 电化学 极 化 曲 线 和 交 流 阻 抗 谱 （ ＥＩＳ） ， 工 作 电 极 为 ＺＣｕＺｎ１６Ｓｉ４，辅助电极为铂电极，选用参比电极为饱和 甘汞电极（ ＳＣＥ） ，电解溶液为 ３．５％ ＮａＣｌ，工作面积为 ８ ｍｍ × ８ ｍｍ。 动态极化曲线测量电压为－０．７ ～ ０．５ Ｖ， 扫描速度为 ２ ｍＶ ／ ｓ。 交流阻抗谱测量施加的正弦电位 幅值为 １０ ｍＶ，扫描频率范围设定为 １０ ｋＨｚ ～ １０ ＭＨｚ。
① 收稿日期： ２０１８－０８－０６
基金项目： 湖南省战略性新型产业重大科技成果转换类项目（２０１６ＧＫ４０１９） 作者简介： 杨刚毅（１９９４－） ，男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究方向为铸钢的冲刷腐蚀性能。 通讯作者： 汪冰峰（１９７８－） ，男，湖南岳阳人，副教授，主要从事材料动态行为研究。