硝酸含量對(duì)測(cè)量5xxx鋁合金板材晶間腐蝕性能的影響

尤 媛，肖寶靚，張 東，曹 陽，陳 龍

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

5xxx鋁合金具有中等強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性能，是鋁合金中除純鋁外耐腐蝕性能最好的合金，被廣泛應(yīng)用于海洋工程和船舶領(lǐng)域，其中晶間腐蝕是影響其產(chǎn)品性能的一個(gè)主要指標(biāo)[1]。晶間腐蝕敏感性檢測(cè)方法有質(zhì)量損失法和金相觀察法[2]，其中質(zhì)量損失法包括ASTM G67-2013《在硝酸溶液中使用質(zhì)量損失測(cè)定5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性的試驗(yàn)方法(NAMLT)》[3]和GB/T 26491-2011《5xxx鋁合金晶間腐蝕試驗(yàn)方法 質(zhì)量損失法》[4]，這兩個(gè)檢測(cè)方法主要區(qū)別在于使用的硝酸含量不一致，其中ASTM G67-2013方法中規(guī)定的硝酸含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為70%～72%，GB/T 26491-2011方法中規(guī)定的硝酸含量為44%，然而我國的純硝酸試劑的濃度為65%～68%。因此，本文一方面研究是否能夠使用我國分析純硝酸來代替ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)中要求的硝酸含量進(jìn)行試驗(yàn)；另一方面對(duì)ASTM G67-2013和GB/T 26491-2011這兩種檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，為對(duì)5xxx鋁合金板材晶間腐蝕檢測(cè)提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用遼寧忠旺集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的5052-H112、5454-H111和5083-H116鋁合金板材，板材厚度為5mm，通過ARL-3460直讀光譜儀定性分析，化學(xué)成分結(jié)果見表1。試樣經(jīng)過鋸床鋸切、銑床銑平以及打磨試樣邊緣等加工后，尺寸為50mm×6mm×5mm，其中50mm方向與產(chǎn)品縱向平行。

表1 鋁合金材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2 試驗(yàn)方法

使用質(zhì)量損失法對(duì)三種鋁合金板材晶間腐蝕敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)用硝酸溶液含量分別為65%、60%、55%、50%、44%、32%、25%和17%，每組試驗(yàn)采用4個(gè)平行試樣。首先將試樣在80℃的5%NaOH溶液中浸泡1min，清水沖洗后浸泡于純硝酸30s，清水沖洗、干燥，稱取初始質(zhì)量(m1)；然后分組浸泡在不同含量的硝酸溶液中，溶液溫度30℃，浸泡時(shí)間24h。取出試樣，用細(xì)毛刷重復(fù)刷洗、晾干直到質(zhì)量恒定(m2)，計(jì)算單位面積的質(zhì)量損失(mg/cm2)，結(jié)果取4個(gè)試樣平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表2為三種鋁合金板材在不同硝酸含量溶液中的質(zhì)量損失。結(jié)果表明，5xxx鋁合金在不同含量硝酸溶液中的質(zhì)量損失有很大區(qū)別，隨著硝酸含量的不斷降低，質(zhì)量損失越來越高，當(dāng)硝酸稀釋至44%時(shí)，質(zhì)量損失達(dá)到最大值，然后隨著硝酸含量的繼續(xù)降低而減小；表明使用質(zhì)量損失法對(duì)5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性進(jìn)行測(cè)量時(shí)，硝酸含量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。

表2 三種鋁合金在不同硝酸含量溶液的質(zhì)量損失

從表2中還可以看出，5083-H116鋁合金在硝酸溶液中的質(zhì)量損失明顯大于5052-H112和5454-H111鋁合金，這主要是因?yàn)?083合金中Mg元素含量為4.591%，相對(duì)于5052和5454鋁合金較高，Mg含量過高時(shí)，合金中的金屬間化合物β相增多，硝酸溶液會(huì)優(yōu)先溶解鋁鎂合金中的金屬間化合物，導(dǎo)致5083-H116鋁合金在硝酸溶液中的質(zhì)量損失較大。

圖1為三種鋁合金板材在不同硝酸含量中質(zhì)量損失變化曲線，采用二項(xiàng)式的方程對(duì)曲線進(jìn)行擬合，相關(guān)系數(shù)R2均在0.98以上，擬合程度非常高，擬合公式如下：

5052-H112：y=-5.311x2+0.9635x+3.197(1)

5454-H111：y=-6.251x2-1.7889x+5.820(2)

5083-H116：y=-68.78x2+50.329x+2.029(3)

根據(jù)上述擬合公式，計(jì)算得出三種鋁合金板材在71%硝酸溶液中的質(zhì)量損失，分別與44%和65%硝酸溶液中的質(zhì)量損失進(jìn)行對(duì)比(表3)，硝酸含量44%的溶液中質(zhì)量損失最大、65%次之、71%中最小。這表明，(1)使用ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硝酸含量測(cè)量5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性弱于使用我國分析純硝酸測(cè)量的結(jié)果，因此，使用我國的分析純硝酸進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果能滿足質(zhì)量損失≤15 mg/cm2的要求時(shí)，則依據(jù) ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果也必能滿足要求，可以使用我國的分析純硝酸代替ASTM G67標(biāo)準(zhǔn)中要求硝酸對(duì)5xxx鋁合金板材晶間腐蝕敏感性的測(cè)定；(2)使用71%的硝酸測(cè)量5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性弱于使用44%的硝酸測(cè)量的結(jié)果，因此，GB/T 26491-2011標(biāo)準(zhǔn)比ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)更加苛刻。

表3 三種鋁合金在不同硝酸含量溶液中的質(zhì)量損失對(duì)比

3 結(jié)論

(1)通過對(duì)三種鋁合金板材在不同硝酸含量溶液中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，在含量44%的硝酸溶液中質(zhì)量損失最大，然后依次向兩側(cè)遞減，表明使用質(zhì)量損失法對(duì)5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性進(jìn)行測(cè)量時(shí)，硝酸含量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。

(2)5xxx鋁合金中隨著Mg元素含量的增加，合金中的金屬間化合物β相增多，硝酸溶液會(huì)優(yōu)先溶解鋁鎂合金的金屬間化合物，在硝酸溶液中的腐蝕速率越大。

(3)使用ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硝酸含量測(cè)量5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性弱于使用我國分析純硝酸濃度，可以使用我國的分析純硝酸代替ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)中要求的硝酸含量對(duì)5xxx鋁合金板材晶間腐蝕敏感性的測(cè)定。

(4)使用71%的硝酸測(cè)量5xxx鋁合金晶間腐蝕敏感性弱于使用44%的硝酸測(cè)量結(jié)果，GB/T 26491-2011標(biāo)準(zhǔn)比ASTM G67-2013標(biāo)準(zhǔn)更加苛刻。