Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| LY12和LC4铝合金在中国西部盐湖大气环境中腐蚀行为的研究 | |
| 其他题名 | Atmospheric Corrosion of LY12 and LC4 Aluminum Alloy in Salt Lake Environment in Western China |
| 王彬彬 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 柯伟 ; 王振尧 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 大气腐蚀是指金属材料暴露在大气自然环境条件下，由于大气中的水分、氧气和其他腐蚀介质的化学和电化学作用而引起的腐蚀，它是材料与气候因素共同作用的结果。我国幅员辽阔，气候条件多变，不同的气候区对大气腐蚀会产生不同的影响。地广人稀的西北部地区，干旱少雨，土地荒漠化盐碱化严重，有数百个盐湖星罗棋布其间，总面积达数万平方千米，气候迥异于中部和东部（包括沿海）地区，其中尤以青海盐湖地区最为典型，但关于此地区大气腐蚀性的研究和相关金属腐蚀基础数据匮乏。随着国家西部大开发战略的深入，相关地区各种基础设施对如何合理选材提出了迫切需求。铝及铝合金已广泛应用于国防和国民经济的各个领域，但其易受大气污染物尤其是氯盐的影响而发生腐蚀。为了系统深入的了解铝及铝合金在富盐干旱大气环境中的腐蚀行为并为此地区工程设施选材提供数据和技术支持，我们选取LY12和LC4（包铝和不包铝两种状态）两种典型铝合金材料，进行了盐湖地区大气暴露实验和实验室模拟实验，通过失重、形貌、腐蚀产物分析和电化学测试等方法，利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子探针（EPMA）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IRS）和电化学工作站等技术手段，研究了铝及铝合金在我国西部盐湖地区大气环境下腐蚀的基本规律，确定了影响铝及铝合金在盐湖地区大气腐蚀行为的主要因素，探讨了盐湖地区大气腐蚀行为与气候因子及无机盐气溶胶之间的关系，阐述了主要沉积盐MgCl2中Mg元素在整个腐蚀过程中的作用机制。另外，成功制备了间距≤10μm的微距电极探头，并利用它初步探索了气溶胶对腐蚀行为的影响。 研究发现，LY12和LC4两种铝合金在盐湖大气环境下都发生了严重的局部腐蚀，未受外力的试样中都发现了应力腐蚀裂纹，包铝的LY12包铝层在两年时间内已被腐蚀穿透；两种铝合金都有较高的腐蚀速率，前期（25个月之前）腐蚀失重呈线性增长，速率远高于部分海洋及工业大气环境下的速率，说明了盐湖大气环境的苛刻。无浸入式的干湿交替循环实验可以较好的模拟现场大气腐蚀行为，说明了干旱少雨的气候特点和较高的无机盐气溶胶沉积是影响铝及铝合金在盐湖地区腐蚀行为的主要因素。 在Mg元素的影响下，形成了不同于NaCl影响下的腐蚀产物，主要腐蚀产物都是[Mg1-xAlx(OH)2]x+ (Cl- ,CO2-) x?mH2O，这是一种层状双金属复合氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)，具有插层状微观结构，层片上带有结构正电荷，层间存在可交换的阴离子，如Cl-, CO32-等。通过实验室模拟实验所得到的结果推测了其可能的形成过程：基体溶解形成Al3+，Al3+水解形成Al(OH)3沉淀，同时，阴极区的吸氧反应造成局部区域pH值升高，一定时间后，Mg2+与OH-结合形成Mg(OH)2沉淀，与之前形成的Al(OH)3复合并脱水，最终形成LDH。因其形成过程所需条件和特殊的层状结构，它的形成可影响到整个腐蚀进程。同时LDH的形成改变了以往认为的Mg元素最终以Mg(OH)2沉淀析出的看法。 无论是否存在CO2，MgCl2造成的LY12腐蚀都以点蚀为主，失重高于NaCl，这与纯铝在同种条件下所表现出的腐蚀行为有较大差别。以MgCl2作为腐蚀介质时，腐蚀产物都为LDH；以NaCl为腐蚀介质时，两种条件下腐蚀产物都为Al2O3或Al(OH)3。不同条件下，都出现了Cu元素的富集。合金元素Cu的存在及其富集现象的发生，是造成CO2对纯铝和LY12铝合金腐蚀行为不同影响的主要因素之一。 利用自制的微距电极探头，研究了混合盐气溶胶和单组分盐气溶胶吸湿行为的不同，结果表明前者在更低相对湿度下就可以发生明显的吸湿行为。此结果也进一步说明了干旱少雨的现场环境下，无机盐气溶胶是如何发挥作用的。 |
| 英文摘要 | Atmospheric corrosion is a chemical or electrochemical interaction between materials and climatic factors (including moisture, oxygen and other corrosion medium). Due to a vast territory and complicated climatic conditions of China, there is quite a variety of atmospheric corrosion behavior in different regions. Northwest China is dotted with hundreds of salt lakes, as well as the characteristics of arid-rainless and land salinization, which make the climatic conditions different from that of the central and eastern regions. |
| 中文关键词 | 铝合金 ; 大气腐蚀 ; 腐蚀产物 ; 气溶胶 ; MgCl2 |
| 英文关键词 | aluminum alloys atmospheric corrosion corrosion products aerosol MgCl2 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 腐蚀科学与防护 |
| 来源机构 | 中国科学院金属研究所 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287253 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王彬彬. LY12和LC4铝合金在中国西部盐湖大气环境中腐蚀行为的研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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