分析镍铝青铜合金海水腐蚀行为

镍铝青钢是在铝青钢中加入Vi, Fe、Mn 等具有优异性能的合金，如在海水中具有较高的抗拉强度、抗腐蚀疲劳强度、耐海水腐蚀性能和抗空泡腐蚀性能，并具有优良的导热，导电性能，良好的耐磨损性能、焊接性能和抗海生物污损能力，而且价格低廉，在船舶关键部件与海洋工程领域得到非常广泛的应用。

1、镍铝青铜合金的组织、结构及其腐蚀行为

熔融态镍铝青铜流动性强，化学成分均匀，基本无枝晶偏析。在室温下，镍铝青铜合金铸造组织主要包括基体a相、残氽β相以及R相"。K相由于Fe元素含量的不同，可细分为树枝状形貌的K1、等轴/树枝状形态的K1和xπ以及片状或球状形态的Km。铸态镍铝青铜微观组织中白亮区域的晶格常数为0. 364士0. 004 m，是以侗为主，还包含有少量的A1、Ni、Pe和Mn，结构为面心立方的固溶体a相。灰色腐蚀区域为晶格常数约为0. 357m的β'相，结构为体心立方的马氏体。β' 相高温时较稳定，随着温度的降低，会分解为a相和K相。黑色K相的形状由其与基体相问的应变能和界面能共阿决定，是Nit Pe A1的配合物，成分偏析程度会对尺寸产生影响”。当Fe含量增高，出现树枝状形貌的相为K。主要成分为Fe和Al所构成的化合物。黑色残余相β是具有3R和21结构的马氏体相。

镍铝青铜的电化学行为取决于所处溶液的pH值，在不同pH条件下其化学反应不同”，这是山于共微观结构中存在相的稳定性不同所致。当溶液pll值高于4.0时，镍织青铜的氧化山宫铜a相驱动，因镍铝青铜中a相的电势高于Km相，即E.>E.m ，Ka相首先被腐蚀:面在pll值低.于4.0 时，其阳极行为则由富铁、富镍和富铝的K-、k1.和K 1-和的氧化所控制。由此可见，镍们青钢的腐蚀行为受pll影响较大，可以通过共微观组织间的相互转变情况，来预测其在不同的腐蚀环境中的耐腐蚀性能。

2、镍铝青铜合金在海水中的腐蚀行为

文献1报道了铸造镍铝古铜合金的腐蚀，而在富含朵质的海水中高强度黄铜脱成分腐蚀的倾向比镍识青铜要大得多0。镍铝青铜有良好的力学性能，添加不同的合命尤索使其在合砂海水中与不锈钢有相当的耐蚀性能”。镍铝吉铜在海水中表现出较强的耐空泡腐蚀性能，同时也具有优良的耐腐蚀疲劳性能8。因此，镍铝古铜在船用螺旋桨中有若广泛的应用。

2.1、静态海水腐蚀

镍铝青铜在海水中耐蚀性优异，Tuthill ”"指出，在含Cl的溶液中，Cu具有较为复朵的腐蚀过程，主要是山于铜表面形成复杂的保护膜，并认为镍铝青铜最主要的电化学过程是铜的阳极溶解，阴极主要为氧气的还原，化学反应式为: Cu+2CI-e→CuCI: ; 02+2H0+2e"→40H: 2CuCIT+20H→Cw0+ H0+4Cl ，在这个过程中形成了Cu:0 保护膜，另外Al增加了Cu在海水中的耐腐蚀性能，化学反应式为: A1+4C1 →AlC1 i+3e; A1C1 +3H0→A1 (OH) +31+4C1，在这个过程中形成了A1(OH)。。Schissler等C1认为材料表面形成了厚度约为900-1000 nm凹的包含Al和Cu的保护膜(主要是Cu0和A120)，该保护膜使得镍铝青钢具有较好的耐腐蚀性，但保护膜长期暴露于海水中会形成Cu:(OH)£Cl 和Cu(ODC1之类的腐蚀产物，保护膜中的产物Cu:(OH).Cl可能会发生偏聚，形成岛状沉积4。Yang 等“采用原位扫描振动电极技术，研究了腐蚀产物膜在浸泡过程中局部电化学性质的变化，K 相在短时间内形成稳定致密的保护膜，有效地防止了腐蚀的发生。而Ei-Meligi认为镍铝青铜优异的性能可能源于Ni0和Fe0%对合金非常明显的保护作用。

2.2、空泡腐蚀

镍仍青钢优异的力学性能使共作为船用螺旋桨材料得到广泛应用a "。常见的空泡腐蚀是高速运行的螺旋桨加快周田水流速度所产生的破坏，与螺旋桨接触的水体各部分压力不均匀引起气泡迅速产生并破火，且该过程持续产生的冲击力会破坏金属表而层，导致材料的变形与质量损失微测，空泡腐蚀的发生过程如图1所示。Wood等网设计了种全 塑性空化隧道，用于研宄镍铝节铜表面的空泡腐蚀，金属. 表面起初因’i泡破裂发生腐蚀破坏，当存在轻度腐蚀时，空泡冲击与腐蚀破坏的协同效应最为显著，严重的二次空泡腐蚀会对螺旋浆的工作效率产生较大影响。Song等“研究了钩态镍铝古铜合金和约摩擦搅拌处理的镍铝市铜(FSP-NAB) 在蒸儒水和3. 56NaCl溶液中的空泡腐蚀过程，FSP-XAB 由于微现结构更加细化和均匀，其在蒸馏水和3. 5%NaCl溶液中的累计质量损失为铸态NAB的2/3和1/2，铸态VAB的质量损失上要是山于大K颗粒的脱落、大而深的空洞和长裂纹。Al-Hashem等利州机卢空化装置研究了镍铝古铜的微结构对其在海水中空泡腐蚀行为的影响，长时间空泡使合金表而非常粗糙，产生大的空穴或凹坑，切性撕裂和a相柱状晶粒边界的腐蚀，在与K沉淀相邻的a相中观察到5 10μm长的微裂纹，这些裂纹是从空脱的底部开始的，使合金受到的破坏更加严重。ZChang 等“认为遭受初期空泡腐蚀损伤后的a相中存在大量的位错和变形李品，这些位错和变形李品可以阻止疲劳裂紋的形核和扩展，从而使镍铝青铜具有优异的耐空泡脑蚀性能。

2. 3、冲刷腐蚀

冲刷腐蚀是腐蚀流体与材料表而高速作用而对材料造成的损伤，以及材料表而受固相颗粒冲击造成材料损耗@。.螺旋桨高速运转时，在表面保护膜或腐蚀产物膜遭受腐蚀损耗后，材料腐蚀速度会进一步加快。冲刷腐蚀是流体作用下的机械磨损与电化学腐蚀协同作用产生的腐蚀结果，对常见应用环境中的镍沿青钢合金的危軎性较大切。

杜鹏等x采用旋转圆桶冲刷腐蚀试验机研究了不同流速海水冲刷铜镍合金的腐蚀行为，认为合余的腐蚀速率在静态海水中明显低于在流动海水中，流速增大会导致内外双层腐蚀保护膜磨损、腐蚀迷率增大，腐蚀受用极反应和传质过程控制，海水剪切力会降低材料表面腐蚀保护膜的保护作用，使得腐蚀速率变大。维娅楠'I在舟山海水腐蚀试验站，利用模拟冲刷腐蚀测试系统研究了啊合余的冲刷腐蚀行为，发现其冲刷腐蚀同时受流速和泥沙含量的影响，腐蚀速率与海水流速呈正线性关系，H试验结果|j实海冲制腐蚀失审结果致。

3、结语

在耐苛刻海水腐蚀环境条件方面，镍铝青铜合金无疑是最现想的铜合金材料。针对镍铝青铜合金综合性能提升的技术需要，将来可以将新合金元素改性和合金元素含量的精准控制作为重点研究方向，并尝试通过掺杂不同合金元素来开发出不同系列的新型镍铝青铜合金，遂渐完善我国海洋环境用铜镍合金材料体系。同时，应不断加强合金组织调控、表面改性等方面的应用研究工作，并与新型合金开发工作紧密结合，进一步提高铜镍合金耐空泡腐蚀和冲刷腐蚀的性能，研制开发出综合性能优异的新型铜镍合金材料，以满足新时期不同海洋工程技术领域的应用需求。