鋁青銅具有較高的強(qiáng)度及優(yōu)良的導(dǎo)熱、耐蝕性能,因而被廣泛地用于電廠、船舶中冷凝管的熱交換材料及其他耐蝕耐磨部件。有關(guān)鋁青銅在介質(zhì)中的腐蝕行為的研究報道較多,近期的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),電弧噴涂的鋁青銅涂層具有很好的抗高溫氧化性能 ,但關(guān)于鋁青銅在高溫氯化鹽膜作用下的氧化行為的研究未見報道，在真空技術(shù)網(wǎng)上也未見相關(guān)文章發(fā)表。由于一些冷凝管、過熱器等部件在服役過程中因溫度過高而易發(fā)生氧化腐蝕,而部件表面的沉積鹽可加速其腐蝕過程 ,而NaCl是沉積鹽中的典型組分。為此,本文研究了在700～900℃鋁青銅表面未涂和涂有NaCl鹽膜的氧化行為,并對其氧化機(jī)制進(jìn)行分析,所得結(jié)果對豐富鋁青銅的高溫氧化腐蝕及擴(kuò)大其應(yīng)用將有一定的理論與實(shí)際意義。

1、試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)材料為鋁青銅, 其主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為89.12Cu,10.33Al,0.32Bi。試驗(yàn)材料采用真空中頻感應(yīng)爐熔煉,溫度約1200℃時,在石墨模中澆注成棒料。然后,將棒料加工成尺寸為10mm ×10mm ×5 mm的試樣,試驗(yàn)前樣品用砂紙磨至1000號,經(jīng)酒精清洗及預(yù)熱后,用毛刷將過飽和的NaCl水溶液均勻涂于試樣表面,烘干,試樣表面可獲得涂鹽量約為3mg/cm²。然后,將表面涂NaCl鹽膜和未涂NaCl鹽膜的試樣放在石英坩堝內(nèi),在SX-4-10型箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行氧化試驗(yàn),其加熱溫度分別為700℃和900℃,間隔一定時間將石英坩堝取出,冷卻到室溫后,用ESJ-0524光電子天平(精度0.1mg)稱其質(zhì)量變化。用NEOPHOT-1型金相顯微鏡、D/max2rB型X射線衍射儀(XRD)、AD2VANTPXP-381型X射線熒光儀及KYKY-2800型掃描電鏡(SEM/EDS)分析試樣表面與截面腐蝕產(chǎn)物的形貌、成分和物相。

2、試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1、氧化動力學(xué)

　　圖1為鋁青銅在700℃和900℃的氧化動力學(xué)曲線�？梢钥闯�,涂NaCl鹽膜的試樣氧化增重明大于未涂NaCl鹽膜試樣的氧化增重, 這意味著NaCl鹽膜能加速鋁青銅的高溫氧化過程,且溫度越高,氧化增重越大。從氧化動力學(xué)曲線特征看,初期氧化增重幅度較大,隨時間的延長其氧化增重幅度減小。

圖1　鋁青銅腐蝕動力學(xué)

2.2、氧化腐蝕形貌

　　圖2為鋁青銅組織。

圖2　鋁青銅的顯微組織

　　可以看出,鋁青銅的鑄態(tài)組織是由不規(guī)則的白色區(qū)和黑色區(qū)構(gòu)成,結(jié)合XRD(圖3(a))和EDS分析可知,白色區(qū)為α(Cu)的固溶體,黑色區(qū)主要由α(Cu)的固溶體、AlCu₃和Al₄Cu₉相組成。由宏觀觀察可見,在700～900℃高溫作用下,未涂NaCl鹽膜的試樣表面形成一層均勻致密的黑色氧化膜, XRD分析表明,形成的氧化物主要是CuO、Cu₂O和Al₂O₃,且氧化皮剝落后的試樣表面呈原色。而涂NaCl鹽膜的試樣表面形成的氧化膜較疏松,并且開裂和剝落較嚴(yán)重,氧化皮剝落后的試樣表面呈紫紅色,此時試樣表面僅有α(Cu)的衍射峰(見圖3(b)) 。

圖3 　鋁青銅的X射線衍射圖

(a)原材料; (b)氧化物脫落后試樣表面(涂NaCl)