JOURNAL OF DALIAN JIAOTONG UNIVERSITYVol.29 No.4
Aug.2008
文章编号:167329590(2008)0420068204
5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为
赵亚东,沈长斌,刘书华,葛继平,黄振晖,董春林
111123
(1.大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028;2.中国北车集团唐山轨道客车有限责任
公司产品研发中心,河北唐山063035;3.中国搅拌摩擦焊中心,北京100024)
摘 要:通过室温静态挂片实验以及动电位极化曲线测试,在0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中,对5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊缝以及5083铝合金母材的电化学腐蚀行为进行了研究.结果表明:主轴转速为300r/min,焊接速度为160mm/min,搅拌头倾角为3°时的焊缝与母材相比,平均腐蚀速率较小,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流Icorr变小.同时使用扫描电子显微镜(SEM)对室温静态挂片实验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上局部只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重.
关键词:铝合金;搅拌摩擦焊;焊缝;电化学腐蚀中图分类号:TG172.9
文献标识码:A
ElectrochemicalCorrosionBehaviorofFrictionStir
WeldingWeldof5083AluminumAlloy
ZHAOYa2dong,SHENChang2bin,LIUShu2hua,GEJi2ping,
HUANZhen2hui,DONGChun2lin
2
3
1
1
1
1
(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China;2.R&DCenter,CNRTangshanRailwayVehicleCo.,Ltd,Tangshan063035,China;3.ChinaFSWCenter,Beijing100024,China)
Abstract:Electrochemicalcorrosionbehavioroffrictionstirweldingweldof5083aluminumal2loyandparentmaterialwerecomparativelyinvestigatedinthesolutionsof0.2MNaHSO3and
0.6MNaClatroomtemperaturebystaticweightlossexperiment(gravimetrictest)andpoten2tiodynamicpolarizationtechnique.Thecorrosionrateoftheweldatthetoolrotationrateof300r/min,andthetraversespeedof160mm/minwith3°tooltiltwaslessthanthatoftheparentma2terial.Thecorrosionpotentialoftheweldwasmorepositivethanthatoftheparentmaterial,andthecorrosioncurrentdensitywaslessthanthatoftheparentmaterial.SEMobservationshowedthatafewshallowpitspresentedonthesurfaceoftheweld,however,alargenumberofdeeperpitsemergedonthesurfaceoftheparentmaterial.
Keywords:aluminumalloy;frictionstirwelding;weld;electrochemicalcorrosion
铝合金搅拌摩擦焊焊缝的腐蚀性能研究具有一定的理论意义和工程应用价值.作者对5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝在室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行了较为详尽的研究.
3收稿日期:
2007211223
基金项目:大连市经委资助项目
作者简介:赵亚东(1983-),男,硕士研究生E2mail:shencb@djtu.edu.cn.
第4期赵亚东,等:5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为 69
1 试验材料及方法
试验材料采用厚度为8mm的5083铝合金,其化学成分见表1所示.试验所采用的搅拌摩擦焊试件是在北京赛福斯特技术有限公司提供的搅拌摩擦焊设备上进行,其工艺参数为:主轴转速为300r/min,焊接速度为160mm/min,搅拌头倾角为3°.
表1 5083铝合金的化学成分
材料
5083
Si0.40
Fe0.40
Cu0.1
Mg0.40
Mn4.4
Cr0.09
Zn0.25
Ti0.15
%
其它
Al
0.15余量
静态失重试验(质量法)中的样品处理方法是先用水磨碳化硅砂纸打磨至1000#,然后用去离子水冲洗,酒精除油脂,吹风机吹干,置于干燥器中备用.腐蚀介质采用0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl混合溶液,所用NaHSO3、NaCl为分析纯试剂,用去离子水进行配制.样品悬挂于盛有2000mL室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液的长方体状电解池底部,平行样品数为3个.挂片一定时间后,
取出样品,先用50mLH3PO4+20gCrO3+1L蒸馏水配成溶液去除腐蚀产物后,再浸入浓硝酸5min除去残余的腐蚀产物
[1]
.使用的电子天平由上海民桥精密科学仪器有限公司生产的,型号为FA1104A,精
度达到0.1mg.
动电位极化曲线是在上海辰华仪器公司生产的CHI600B型电化学工作站上进行的.电解池为全玻璃电解池,三电极系统,极化范围为-1.5～1.5V,扫描速度为0.01V/s,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为光亮箔片(面积为3cm2),工作电极通过线切割从大块样品取得,工作面积为1cm2(注:焊缝的取样原则是尽量取焊缝中间区域),其余非工作表面镶嵌在单组分室温硫化硅橡胶中.工作电极的工作表面的处理方法与静态失重实验中样品的处理方法一样,腐蚀介质亦一样.
扫描电子显微镜(SEM)观察采用日本JEOL公司生产的JSM-6360LV型扫描电子显微镜.
2 结果与讨论
2.1 静态失重试验(质量法)
静态失重法(质量法)是最简单和可靠的确定腐蚀速率的方法,它用于测量整个腐蚀期间的平均腐
蚀速率.失重试验的结果列入表2(表2中的样品1号为5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝,样品2号为5083铝合金母材).使用了三个平行试样,腐蚀速率ν通过下式计算:
ν=
m0-m1
s×t
(1)
式中,m0为腐蚀试验前的试样质量;m1为腐蚀试验后的试样质量;s为暴露于腐蚀介质的试样总面积;t为腐蚀试验时间.根据式(1),主轴转速为300r/min,焊接速度为160mm/min,搅拌头倾角为3°时焊缝的平均腐蚀速率小于5083母材的平均腐蚀速率.
表2
5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝和母材在室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中静态失重测试结果
试样编号
s×10-6
m
1
m
2
t
v×10-1v×10-1
m21146
g6.02766.00626.03236.24216.27876.2425
g6.02015.99806.02436.23166.26776.2315
h242424242424
g・m-2・h-1
2.7332.913.773.953.95
g・m-2・h-1
1113911461160
2.88
211601160
3.89
70大连交通大学学报第29卷
2.2 5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的动电位极化曲线
5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的动电位
极化曲线如图1所示.对焊缝和母材在室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中的动电位极化曲线进行分析,得出它们的腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr,其结果见表3.
从结果中可以看出,5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的腐蚀电位Ecorr大于母材的腐蚀电位Ecorr,其腐蚀电流Icorr值约为母材的1/3.焊缝的动电位极化曲线位于母材的动电位
表35083铝合金搅拌摩擦焊焊缝和母材在
室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/L
NaCl溶液中的电化学参数试样
12
E
corr
/mVSCEIcorr/(μA・cm-2)
-709.31-717.52
0.030.1
极化曲线的左上侧.图1和表3表明主轴转速为300r/min,焊接速度为160mm/min,搅拌头倾角为3°时焊缝的耐腐蚀能力与母材相比较好.
2.3 5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝腐蚀形貌
对失重后的样品用肉眼观察发现,5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的腐蚀形貌均一,相对比较平坦,5083母材的腐蚀形貌比较粗糙,点蚀现象比较严重.图2是1号试样和2号试样的扫描电子显微镜(SEM)的失重试验后的表面形貌图.图15083铝合金搅拌摩擦焊焊缝和母材在室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中的动电位极化曲线
图2 铝合金搅拌摩擦焊焊缝和母材的腐蚀形貌图(×50)
2.4 讨 论
在搅拌摩擦焊过程中,焊缝区要经受严重塑性变形,导致晶粒尺寸减小,单位面积内晶粒数目增加,
位错密度增加,残余应力也增大(归结为因素1),同时,也使得焊缝区的化学成分均质化(归结为因素2)
[2]
.根据经典理论,材料经过严重塑性变形后单位面积内的晶粒的数目增加,单位面积内的晶界数目,残余应力也增大,从而使材料的耐腐蚀能力降低,即因素1会导致材料耐腐蚀性能的恶化.从腐蚀,即因素2会提高材料耐腐蚀性能.因此,材料经过搅拌摩擦焊后,与母材相比,其电化学腐蚀性能
[5]
亦增加,位错密度增大,这些晶体缺陷的大量增加导致了晶粒和晶界在电化学性能上的不均匀性增大能
[3]
学的角度,化学成分均质化,降低了材料形成局部腐蚀原电池的倾向,从而提高了材料的耐腐蚀性
[4]
的变化,取决于以上两种因素综合作用的结果,即谁占主导地位.假如,前者占主导地位,材料的电化学腐蚀性能降低
;假如,后者占主导地位,材料的电化学腐蚀性能得到提高
[629]
.
根据实验结果,5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的平均腐蚀速率比5083母材的平均腐蚀速率小,其腐
第4期赵亚东,等:5083铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为 71
蚀电流也比母材的腐蚀电流小,焊缝的腐蚀电位Ecorr与母材的腐蚀电位Ecorr相比,向正向移动.焊缝的腐蚀形貌均一,相对比较平坦,但是母材的腐蚀形貌比较粗糙,点蚀现象比较严重.焊缝的电化学腐蚀性能与母材相比,得到提高,是由于焊缝的化学成分均质化占主导地位.
3 结 语
(1)在室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中,主轴转速为300r/min,焊接速度为160mm/min,搅拌头倾角为3°时焊缝的平均腐蚀速率小于5083母材的平均腐蚀速率.
(2)在室温0.2mol/LNaHSO3+0.6mol/LNaCl溶液中,主轴转速为300r/min,焊接速度为160mm/min,搅拌头倾角为3°时焊缝与母材相比,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流Icorr变小.
(3)使用扫描电子显微镜(SEM)对室温静态挂片实验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面
上局部只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重.参考文献:
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