A7N01铝合金焊接接头微区腐蚀演变的电化学研究

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A7N01铝合金作为Al-Zn-Mg系铝合金,由于其优良的可焊性已经被广泛应用于国内外高速列车车体结构,以ER5356为焊丝的MIG焊是目前车体焊接结构中最常用的焊接方法,焊接过程中高的峰值温度和快的升温降温速率往往导致焊接接头的耐腐蚀性能变差,从而对车体结构造成不利影响。A7N01的主要强化相为MgZn2,焊缝的主要强化相为Al8Mg5,成分的不同,以及由于焊接热输入的影响,使得热影响区组织发生变化,晶粒、第二相以都不同于母材和焊缝,这些都造成了 A7N01铝合金焊接接头各微区表现出不同的耐腐蚀性能。钝化膜作为铝合金基体耐腐蚀的主要保护层,在腐蚀环境下具有自修复能力,钝化膜的破坏和再生的竞争决定了铝合金的耐腐蚀性能。本论文以A7N01铝合金MIG焊接接头的三个微区:母材、焊缝和热影响区为研究对象,通过电化学阻抗和电化学噪声监测手段,考察各微区在NaCl-H2O2溶液中的腐蚀演变过程、腐蚀各阶段的特征,在3.5%NaCl溶液中的点蚀演变特征,以及应力加载下焊接接头各微区的腐蚀演变过程。电化学阻抗和噪声结果表明,在NaCl-H2O2溶液中,A7N01铝合金焊接接头各微区母材区,热影响区和焊缝区的腐蚀从点蚀萌生开始,进入点蚀控制阶段,过渡为晶间腐蚀阶段,再到腐蚀产物脱落阶段。在点蚀控制阶段和晶间腐蚀阶段,钝化膜的破坏与修复交替进行,腐蚀产物在蚀孔处的堆积,使腐蚀速率总体呈降低趋势,腐蚀产物的脱落则使腐蚀速率重新增加。噪声电阻Rn,以及fn和q的累积概率曲线表明,焊缝在长时间腐蚀过程中,更倾向于均匀腐蚀,而热影响区的局部腐蚀特征最为明显。热影响区最早进入晶间腐蚀状态,最晚进入腐蚀产物脱落阶段,晶间腐蚀敏感性最大。三种接头微区试样在3.5%NaCl溶液中浸泡168h均只经历了点蚀的亚稳态期和稳态期,与在NaCl-H2O2溶液中的阻抗谱相比,没有明显的感抗标志。腐蚀过程中主要由阴极控制,钝化膜修复作用与破坏处于竞争,亚稳态期钝化膜修复速率大于破坏速率,稳态期小于破坏速率。阻抗和电化学噪声结果表明,在3.5%NaCl溶液中,焊缝的钝化膜修复能力最强,腐蚀速率低于母材。在浸泡后期热影响区腐蚀产物在蚀孔处的堆积导致粒子扩散变慢,而新的蚀孔则在快速形成。母材和热影响区主要是电位较高的第二相粒子周围的基体发生阳极溶解,在粒子周围点蚀成核继而发展。焊缝点蚀成核主要由于表面尺寸较小的第二相粒子溶解速率并脱落,从而导致点蚀并向周围扩展。与无应力条件下相比,拉应力的加载使焊缝和热影区的事件发生频率fn减小,而母材的fn增加,表明拉应力使焊缝和热影响区的局部腐蚀倾向增加,与焊缝和热影响区相比,较大的拉应力使腐蚀产物脱落面积较大,增加了母材的腐蚀速率。噪声电阻Rn和PSD曲线倾斜部分斜率k值表明,应力条件下腐蚀速率增加,腐蚀产物的积累慢于未加载情况,应力降低了微区进入腐蚀产物脱落期的时间,且焊缝的腐蚀产物积累和钝化膜修复能力大于母材大于热影响区。应力增加了各个微区点蚀萌生的速率,并且增加了晶间腐蚀敏感性。
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