鹽霧腐蝕抗力是衡量鋁合金零部件服役性能優劣的一項重要指標,在沿海和近海地區富含cr離子的大氣環境中,點腐蝕是危害性最大的一類局部腐蝕缺陷,絕大多數零件的破壞和失效往往都是源于零件表面,特別是對于汽車關鍵零部件,在開發新產品和采取新工藝后必須重新對零件的抗鹽霧腐蝕性能進行評價除了表面涂層技術外,表面改性也是一種常用手段。對于普通鋁合金鑄件,噴丸處理是表面凈化和強化的常用方法。采用球形玻璃微粉對鑄鋁零件表面進行噴丸強化處理,可以有效去除表面污跡及氧化皮、起到光亮化修飾作用;同時球形玻璃粉末噴射到零件表面,可形成許多微小半圓形凹面并產生壓應力,有效提高其表面疲勞壽命,可以緩解應力腐蝕傾向,但是對于鹽霧環境下的腐蝕抗力的影響尚沒有具體的實驗數據,尤其是對于采用半固態觸變成形生產的319s合金鑄件,用戶也非常關注新工藝下產品的抗鹽霧腐蝕性能。與傳統液態壓鑄相比,半固態觸變壓鑄可以細化組織、避免粗大氣孔、縮孔的產生,但是由于工藝條件控制相對苛刻,鑄件易出現尺寸在微米級或亞微米級的微觀缺陷,此類缺陷對于常規力學性能影響不大,但是對于腐蝕性能的的影響不容忽視,本文即是針對這一問題對噴丸處理前后的SSM319s合金樣品進行鹽霧腐蝕性能測試,以期對SSM319s合金的鹽霧腐蝕性能及表面噴丸處理對合金鑄件抗鹽霧性能的影響有清楚的了解。
實驗材料與方法A319s為半固態觸變壓鑄專用鋁合金,其成分見表1.鹽霧腐蝕試驗用樣品取自半固態觸變壓鑄(SSM)319s合金鑄件本體,從經過T6熱處理的鑄件上切取30x30x5方形樣片若干,待腐蝕一面(30x30)水砂紙磨至600,磨光的樣品一半進行表面噴丸處理,所有樣片除腐蝕測試面外其余五面均用絕緣膠布封嚴。
表1 A319s合金半固態坯料的成分控制范圍中性鹽霧腐蝕試驗按GB/T10125-1997人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗和GB6384-86進行,試驗介質為5%NaCI溶液,PH值為6.5-7.2,利用鹽水噴霧試驗箱進行鹽霧腐蝕試驗。箱內溫度控制在35±2°C,鹽霧降落速度為每80cm2面積上為1-2ml/h.鹽霧腐蝕周期選定為192h,試驗過程不同時間點(如4h、20h、48h、72h、96h、144h)暫停取出樣品進行表面觀測和重量變化記錄,同時取出檢測用過程樣品。
3、試驗結果與分析3.1鹽霧腐蝕試樣的表面狀態變化兩種不同表面加工狀態的腐蝕樣品試驗結束后將部分指定樣品放入按比的混合溶液,加熱至80C左右并保持10-15min以清除腐蝕產物,取出干燥后用電子天平進行稱重,并與腐蝕前的試樣重量進行比較。
測量質量試樣;采用掃描電鏡觀察均勻腐蝕與點腐蝕情況,并利用能譜分析腐蝕產物成分。
兩種表面狀態樣品不同腐蝕時間后的表面形貌變化態隨鹽霧腐蝕時間延長的變化情況見。從可以明顯看出,腐蝕至4小時,SSM319s-G表面顏色開始變暗,有少量白色腐蝕產物沉積;而SSM319s-B表面基本沒有變化;腐蝕至48小時,磨光表面顏色大部分都已變黑、局部腐蝕產物開始堆積,有明顯點蝕跡象存在,而噴丸表面僅有邊緣輕微的發黑痕跡。腐蝕96小時后,3.2樣品鹽霧腐蝕增(減)重規律為了比較噴丸和磨光兩種狀態的SSM319s合金樣品鹽霧腐蝕特點,我們通過腐蝕過程中樣品的重量變化來反映腐蝕發展程度。從平均腐蝕增重曲線可以看出,隨著鹽霧腐蝕時間的延長,SSM319s-G磨光表面試樣的重量幾乎是以線性規律直線增加,即腐蝕程度逐漸加重;而SSM319s-B噴丸表面試樣鹽霧腐噴丸表面也已經全部發黑,但顏色沒有磨光表面深,最明顯的差別是二者表面出現的白色粉狀腐蝕產物的量不同,磨光表面的腐蝕產物明顯多于噴丸表面,另外一個典型特征是4小時后磨光表面的局部腐蝕特征凸顯,從表面宏觀形貌和顏色變化上可以看出磨光表面的局部腐蝕程度明顯嚴重于噴丸表面。
蝕初始增重緩慢,整個腐蝕試驗過程的腐蝕增重始終低于SSM319s-G,且隨著腐蝕時間的繼續,如100小時后,增重趨勢有所降低,對比兩種腐蝕樣品的增重曲線可以發現,噴丸處理的SSM319s-B樣品耐鹽霧腐蝕性能優于SSM319s-G,腐蝕樣品重量變化規律與腐蝕表面顏色和腐蝕產物的觀察結果也大體相對應。
兩種表面處理狀態的SSM319s合金腐蝕樣品重趨勢腐蝕不同時間后的樣品經“鉻酸酐-磷酸-水溶液”熱煮去除后,試樣重量變化情況見。從可以看出,表面噴丸樣品(SSM319s-B)的平均腐蝕減重顯著低于表面磨光樣品(SSM319s-G),從增重曲線的切線斜率可以看出,隨著腐蝕時間的延長,磨光和噴丸表面的腐蝕減重速率均有降低,但噴丸表面平均腐蝕失重速率降低幅度明顯,其平均腐蝕減重不足磨光表面的50°/.表面腐蝕產物去除后樣品失重曲線3.3腐蝕產物分析及點腐蝕情況分析對腐蝕192h樣品的表面腐蝕產物微觀形貌進行掃描電鏡觀察與成分能譜分析,其中SSM319s-G樣品的表面腐蝕產物沉積量較多,能譜分析表明腐蝕產物以氧化鋁為主,同時還有少量含鎂氧化物。腐蝕192小時的SSM319s-G樣品表面出現大小不一的點蝕坑,點蝕坑內(見)的殘留白色絮狀顆粒物能譜分析主要成分為O、Al,同時含有少量Mg、Cl等,可以初步推斷該腐蝕產物為Al23和MgCb的混合物,由此也可以看出Cl-離子更易于偏聚在表面缺陷內部,可以推斷,點蝕孔一旦萌發,勢必會加速擴展。

樣品腐蝕192h后表面腐蝕產物形貌及成分分析結果SSM319s-G樣品點蝕坑內的殘留腐蝕產物成分分析腐蝕192小時后兩種表面狀態樣品的點腐蝕情況差異顯著,其中SSM319s-G樣品表面腐蝕產物去除后存在多個肉眼可見的較大點腐蝕坑,幾乎數個連成一片,其中最大的點腐蝕坑輪廓尺寸為直徑600pm和深度150pm,而SSM319s-B樣品肉眼幾乎看不到點腐蝕缺陷的存在,在高倍下僅能看到少數幾個尺寸在直徑100pm以下的腐蝕坑。
腐蝕192h后的點腐蝕坑形貌對出現嚴重點腐蝕的SSM319s-G樣品的表面及剖面進行了掃描電鏡高倍觀察,從點蝕坑的放大照片上清楚可見半固態成形的組織特征,腐蝕剝落基本上是沿著晶界,其也就是所謂的晶間腐蝕。在出現點腐蝕缺陷的情況下,晶間腐蝕同樣也為優先腐蝕相,其不斷擴展最終導致初生a相與基體剝離,因此會很快形成更大的孔洞。由此也可以看出點腐蝕的危害。
SSM319s-G樣品點腐蝕坑形貌為SSM319s-G樣品腐蝕192小時后向縱深擴展,形成內部更大的孔洞,同點蝕坑的剖面圖,從可以清晰看出時也極易誘發裂紋(b)。
腐蝕坑的形態和深度,點腐蝕坑誘發后,4噴丸處理后表面狀態及其對點腐蝕性能的影響噴丸處理前后樣品表面微觀形貌對比見,高倍下噴丸處理前樣品表面的水砂紙磨削痕跡清晰可見,劃痕和疏松、縮孔缺陷也充分暴露。噴丸后,表面磨痕已經全部被消除,原來的劃痕溝槽不復存在,表面缺陷很大程度上可以完全被彌合,最易誘發點腐蝕的表面缺陷被消除。
同時,表面噴丸帶來的表面形變也會造成表層組織中殘余壓應力的存在,殘余壓應力也會提高表面的腐蝕抗力,這從兩種樣品腐蝕后表面顏色改變的速度和腐蝕增重量不同可以反映出來。
與普通液態鑄造相比,半固態觸變壓鑄避免了尺寸較大的集中縮孔、疏松等缺陷的發生,但是半固態觸變壓鑄由于工藝控制窗口相對較窄,也容易出現微觀缺陷,尤其在觸變成形件的表面和次表層。
充型過程中表面也是液固分離現象最為突出的區域,當然也是微觀缺陷的高發部位,因此對于半固態觸變壓鑄鋁合金零件,在熱處理后進行表面噴丸處理,不僅僅起到修飾效果,從提高耐鹽霧腐蝕性能的角度來說更是一個不可或缺的表面處理工藝。
5結論5.1表面噴丸可以明顯提高SSM319s合金樣品的鹽霧腐蝕抗力,經過表面噴丸處理的樣品平均腐蝕失重減小50°%以上。
5.2表面噴丸帶來的形變效應具有很好的強化和致密化作用,顯微缺陷的彌合和殘余應力的引入均可以顯著改善SSM319s合金的抗鹽霧腐蝕性能,氯離子富集導致誘發的點腐蝕完全被抑制。
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