赵苑 毕业论文

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：不同合金元素对铝合金腐蚀行为的研究学 院： 材料与冶金学院 专 业： 材料科学与工程 班 级： 材料082班 学 号： 080802110072 学生姓名： 赵 苑 指导教师： 朱建培 2012年6月5日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究完成的。毕业论文（设计）中凡引用他们已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。 论文（设计）作者签名： 日期： 贵州大学毕业论文（设计）第IV页目 录摘要关键字AbstractKey words第1章 前言1.1 本课题研究

2、的意义11.1.1 课题背景11.1.2 课题研究的意义11.2 影响铝及铝合金腐蚀的因素3 1.2.1 铝及铝合金材料组织、性能和用途的特点3 1.2.2 铝合金材料腐蚀的特点5 1.2.3 腐蚀对高强度铝合金材料的影响71.3 铝及铝合金腐蚀的研究现状8第2章 试验材料及试验 92.1 试验材料9 2.1.1试验设备 9 2.1.2 试验药品 92.2 试验内容和方法10 2.2.1 测定试验材料的腐蚀电位和极化曲线10 2.2.2 浸泡试验11 2.2.3 试样的金相观察和成分分析12第3章 试验结果的探讨研究153.1 试样电极电位和极化曲线分析15 3.1.1试样的制备15 3.1.

3、2 试验数据及分析153.2 金相与扫描电极的图像分析18 3.2.1 试样进行腐蚀前的显微金相图18 3.2.2 试样进行腐蚀后的显微金相图193.3 试样腐蚀前后的数据分析 273.3.1 重量法的选用273.3.2 腐蚀前后试样的重量变化283.3.3 腐蚀速率的计算30第四章 结 论32参考文献 33致谢34摘 要随着当今社会科学技术的快速发展，人们对金属材料的使用变得越来越广泛。特别是高强度铝合金材料以其密度小、强度高、加工性能好以及焊接优良等特点，作为非常重要的轻质高强结构材料，一直被广泛的应用于我们生活中的方方面面。尤其在航空航天工业中占有十分重要的地位，在飞机和航天器的轻量化的

4、选择之中起到非常重要的作用。然而，作为金属材料，高强度铝合金不得不面对由于金属内部电极电势的不同而发生的电化学腐蚀的问题，这就使得我们对高强度铝合金材料腐蚀情况的研究变得非常紧迫起来。本课题主要研究的是不同含量添加合金元素（如铜、硅等），对高强度铝合金材料腐蚀后的组织、形貌及力学性能的影响。通过进行做极化曲线和扫描电镜的试验，对不同含量添加合金元素的高强度铝合金材料腐蚀后的表面腐蚀产物的组织与形貌作出分析和对比,再利用浸泡试验计算腐蚀起腐蚀速率,希望找出不同合金元素对高强度铝合金材料腐蚀后组织及力学性能的影响差异，以便找出综合性能更加优良的高强度铝合金材料来适应我国工业发展的需要。关键词：电化

5、学腐蚀，极化曲线，浸泡试验，腐蚀速率AbstractWith the rapid development of social science and technology, people on the use of metal materials become more and more widely. Especially of the high-strength aluminum alloy material to its density is small, the intensity is high, the processing performance is good and weld

6、ing excellent characteristics, as a very important high-strength lightweight material structure, has been widely used in all aspects of our lives. Especially in the aerospace industry plays a very important position, the plane and spacecraft in the lightweight choices play a very important role. How

7、ever, as the metal material, of high-strength aluminum alloy have to face because of the metal internal potential electrode different and electrochemical corrosion occurred the problem, and it makes us high strength of aluminum alloy material corrosion situation of study became very earnest. This to

8、pic is the study is different content add alloy elements, such as copper, silicon, etc, high-strength aluminum alloy material corrosion of the organization, morphology and mechanical properties of influence. Through do polarization curves and scanning electron microscopy test, the different content

9、of alloying elements add high-strength aluminum alloy material corrosion of the surface corrosion products after the organization and morphology to make analysis and contrast, and then test calculation for corrosion on corrosion rate, hope find different alloy elements on high strength alloy materia

10、l corrosion organization and the mechanics properties of differences, so as to find out more excellent comprehensive performance of high-strength aluminum alloy material to adapt to the needs of the development of the industry in our country. Keywords: electrochemical corrosion, polarization curve,

11、soak test, corrosion rate 贵州大学毕业论文（设计）第35页第1章 前 言1.1 本课题研究的意义 1.1.1 课题背景高强度铝合金材料作为非常重要的轻质高强结构材料，以其密度小、强度高、加工性能好以及焊接优良等特点1，一直广泛的应用于我们生活中的方方面面，特别是在飞机和航天器的轻量化的选择之中起到非常重要的作用，在航空航天工业中占有十分重要的地位。我国自从20世纪60年代开始直至今日，相继对高强度铝合金材料进行了深入研究，并开发和生产了适合我国国情的高强度铝合金材料，如与7075合金相近的7A04（原LC4）和7A09（原LC9）合金。在新的国家标准中包括了18种7X

12、XX系合金，并定义为7XXX（原LCX）合金。尽管我国在高强度铝合金材料研究方面取得了许多成果，但是在与发达国家的研究水平相比仍有很大的差距。特别是在腐蚀理论等基础研究方面，我国也没有发达国家的广度和深度，这就使得对高强度铝合金材料腐蚀情况的研究变得非常紧迫。本课题主要研究的是不同含量添加合金元素对高强度铝合金材料腐蚀后的组织、形貌及力学性能的影响。通过进行实验和观察，对不同含量添加合金元素的高强度铝合金材料腐蚀后的表面腐蚀产物的组织与形貌,分析腐蚀后的组织和力学性能,找出对腐蚀后组织及力学性能的影响因素，以便找出综合性能更加优良的高强度铝合金材料来适应我国工业发展的需要。 1.1.2 课题研

13、究的意义腐蚀的现象在我们的日常生活和工作之中是十分普遍的。我们可以说，人类有效地利用金属的历史，就是与金属腐蚀作斗争的历史。腐蚀，就是指材料由于周围环境的作用而引起的破坏和变质2。金属的腐蚀是指金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破坏的过程。腐蚀对金属材料造成的损失是极其惊人的。据统计，全世界每年工业装备因腐蚀而造成的经济损失大约为7000亿美元，占全球生产总值的2%-4%。特别是在一些工业发达的国家，因腐蚀造成的损失的数量更是庞大得令人吃惊。美国1975年因腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，约占当年国民生产总值的4.2%，而在1982年的经济损失却高达12

14、60亿美元；英国1969年腐蚀损失为13.65英镑，约占国民生产总值的3.5%；日本1976年腐蚀损失为92亿美元，约占国民生产总值的1.8%；前苏联1967年腐蚀损失为67美元，约占国民生产总值的2%；前联邦德国1974年腐蚀损失为60亿美元，约占国民生产总值的3%。据我国1995年的统计数据表明，腐蚀造成的经济损失高达1500亿人民币，约占全国国民生产总值的4%。目前，我国每年仍有30%的金属材料由于腐蚀而报废，其中10%的材料是不能回收的。再来查看看2003年版的中国腐蚀调查报告，中国石油工业的金属腐蚀损失每年约100亿人民币，汽车工业的金属腐蚀损失高达300亿人民币，化学工业的金属腐蚀

15、损失也高达300亿人民币，我们必须予以高度的重视。腐蚀是影响金属装备及其构件使用寿命及功能的主要因素之一3。人类由于腐蚀而引起的灾难性事故一直以来都是屡见不鲜的，损失更是极为严重。例如1965年3月，美国一输气管线因应力腐蚀破裂造成的火灾事故，导致17人丢掉了宝贵的性命；日本1970年大阪地下铁道的管线由于腐蚀折断，造成瓦斯爆炸，站内乘客当场死亡75人；1985年8月12日，日本的一架波音747飞机由于构件的应力腐蚀断裂而坠毁，酿成了500多人死亡的惨剧，直接的经济损失高达一亿多美元；1979年发生在我们国家某市液化石油公司，贮罐由于腐蚀而爆炸造成的火灾事故，伤亡几十人，直接经济损失达630万

16、元之多。而且，由于意外和事故引起的停工、停产所造成的间接经济损失，可能超过直接经济损失的若干倍，是我们无法估算的。全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的10%-40%，其中三分之二可以经过处理而重新利用，但是剩下三分之一的金属材料被腐蚀后将无法回收，永远不能被重新使用。若我国目前年产钢量以1亿吨来计算，则每年因为腐蚀消耗掉的钢材为1千万吨。由此可见，腐蚀对大自然的资源造成了多么大的浪费，同时还浪费了大量的人力和能源。金属在腐蚀的过程中，不可避免的增加了工业废水、废渣的排放量和处理难度，增加了直接进入大气、土壤、江河及海洋中的有害物质，因此造成了自然环境的污染，破坏了生态的平

17、衡，更是危害了人类的健康和生命，妨碍了国民经济的可持续发展。因此，无论是从有限的资源和能源出发，还是从人类自身的切身利益出发，研究和解决金属的腐蚀问题，都显得尤为的突出和重要了。铝及铝合金是有色金属中用途比较广泛的轻金属之一，它具有密度小、重量轻、比强度高、导电与导热性优良且具有较好的耐腐蚀性能等特点4。随着机械制造工艺如航空、航海、汽车工业的发展，随着石油化工、电信和原子能及空间技术等新型工业的崛起，铝及铝合金的使用量在日益增加，在国民经济中占有非常重要的地位。其中，高强度铝合金材料具有高强度、轻密度、优良的加工性能及焊接性能等优点，是重要的轻质高强结构金属材料。由于既具有较高的抗拉强度，又

18、能保持较高的韧度和耐腐蚀性能，高强度铝合金材料具有广阔的应用前景，被广泛的应用于航空航天工业和民用工业等领域，尤其在航空航天工业中占有非常重要的地位，是应用与航空航天工业的主要结构材料之一。在我国自行设计研制的第二代战斗机机体结构用材铝合金占80%以上，在研制的第三代战斗机机体结构用材也在60%以上5。铝合金材料，特别是高强度铝合金材料的广泛应用给我们提出了新的目标和难题，怎样去减缓铝合金材料腐蚀的速度，或者说是更好的控制铝合金材料的腐蚀行为，使铝合金材料的优点得以更好的发挥和利用，都变得刻不容缓。我所做的就是对不同含量添加合金元素对高强度铝合金材料腐蚀行为的研究，通过分析不同含量添加合金元素

19、对高强度铝合金材料腐蚀后的组织、形貌及力学性能的影响，在试验中进行观察，对不同含量添加合金元素的高强度铝合金材料腐蚀后的表面腐蚀产物的组织与形貌作出比对,分析腐蚀后的组织和力学性能,找出对腐蚀后组织及力学性能的影响因素，以便为现实应用提供一定的理论和数据，找出综合性能更加优良的高强度铝合金材料。1.2 影响铝及铝合金腐蚀的因素 1.2.1 铝及铝合金材料组织、性能和用途的特点纯铝是一种银白色金属光泽的轻金属，质地较软，具有很好的导电性，仅次于银、铜，在电力工业上可以代替部分的铜作为导线和电缆。铝是热的良好导体，在工业上可以用铝制造各种热交换器、散热器材料和民用炊具。纯铝具有良好的延展性，能够抽

20、成细丝、轧制成各种铝制品，还可以制成薄于0.01mm的铝箔，广泛地用于包装香烟盒糖果等。铝与氧气有极高的化学亲和力，在室温下即能形成致密和坚固的保护膜，甚至在熔融状态也能形成保护膜，阻止铝的继续氧化。氧化膜一旦破坏，还能形成新膜，恢复其保护性，即有一定的自疗性。因此，即使铝的标准电极电位很低，但在潮湿多变的气候中还是有足够的耐腐蚀性能6。由于纯铝的力学性能不是很高，不适合作为承受较大载荷的结构零件，所以为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入合金元素，使之形成铝合金，让它既能够保持密度小和耐腐蚀性能好的特点，又使它的力学性能得到极大的改善和提高。铝在合金化的时候常加入的合金元素有铜、硅、锰、镁、锌等

21、，加入的合金元素不同，对铝合金性能的影响也是不尽相同的7。高强度铝合金是指其拉伸强度大于480MPa的铝合金材料，主要是以AL-Cu-Mg和AL-Zn-Mg-Cu为基的合金，即2XXX（硬铝合金类）和7XXX（超硬铝合金类）系合金8。高强度铝合金材料是目前室温最高的一类铝合金材料，它的强度高，密度小，韧性储备也很高，且具有良好的加工工艺性能和焊接性能，是航空航天工业和民用工业中重要的结构材料，尤其是在航空航天工业中占有十分重要的地位，是航空航天工业的主要结构材料之一9。进几十年来，国内外学者对高强度铝合金的热处理工艺及其性能等进行了大量的研究，取得了重要进展，并极大地促进了该类材料在航空工业生

22、产中的广泛应用。由于熔炼和凝固方式、合金的化学成分、加工工艺和热处理的规定不同，合金的性能差异也是存在着极大的差异的。就目前为止，欧洲国家的铝合金强度为840MPa，北美的7090铝合金最高强度为855MPa，日本铝合金强度达到900MPa,而我国报道的超高强度铝合金强度为740MPa10。在对高强度铝合金材料的研究过程中，可以通过以下的几个途径来提高和改善高强度铝合金的性能11。首先，通过提高合金纯度、净化熔体等手段来实现提高合金的韧性和耐应力腐蚀性能，实行熔体的三净化，控制的有害物质主要是Fe和Si，其中Fe0.1%，Si0.05%，氧化夹杂68m，氢气含量0.1mL100gAL；例如美国

23、在7075合金的基础上就有效的利用上述的手段开发了拥有高纯度的铝合金 7075 合金。再者，可以通过调整合金成分，添加微量元素来进一步提高铝合金的强度和改善其综合性能；前苏联在 20 世纪 70 年代研制的拉伸强度达 800MPa 的高强度铝合金 10%Zn-3.5%5.0%Mg-0.5%1.0%Cu就是利用了调整合金成分，添加微量元素的原理，当Zn和Mg的含量得到提高后，铝合金的强度就得到了显著的增加，但是伸长率却是大幅度的降低，耐蚀性能也特别的差，最终未能进入工业中得到应用。通过研究热处理工艺，也是改善高强度铝合金材料的综合性能的重要手段，热处理工业对高强度铝合金材料的性能的改善发挥了关键

24、的作用，在各个工业发达的国家均进行了大量的研究，但是由于其关键的技术都严格的保密，不对外公布其工艺的规程，只能够看出其发展的趋势。此外，快速凝固粉末冶金工艺作为高强度航空航天材料新技术，在近二十多年的时间里获得了广 泛的应用和发展。通过快速凝固粉末冶金工艺能显著扩大各种元素在铝中的极限固溶度，增加固溶强化和时效强化的效果12。通常，在采用常规的铸锭冶金工艺的情况下，在铝中固溶度大于1%（质量）的元素只有8种，但是如果采用快速凝固粉末冶金工艺就能够极大的扩大元素在铝中的溶解度极限，使固溶度大于1%的元素扩大到16种之多，同时铝合金的综合性能可以得到显著的改善。而且，通过快速凝固粉末冶金工艺处理后

25、的合金组织非常细小均匀，并且不会发生偏析，并能形成一些常规的铸锭冶金工艺中不可能形成的亚稳相组织，使合金性能得到显著的提高13。 1.2.2 铝合金材料腐蚀的特点铝及铝合金在空气中非常容易生成一层极薄的氧化物薄膜（），也就是铝和铝合金的钝化。虽然铝是一种比较活泼的金属材料，但是由于它在空气中具有钝化这一特殊的行为，从而使得铝和铝合金具有一定的耐腐蚀性能。但是，铝和铝合金的腐蚀往往也是因为它的这层钝态的薄膜在大气中，局部遭到了破坏，打破其完整性而发生的。铝及铝合金腐蚀的基本类型包括：点腐蚀、均匀的腐蚀、缝隙腐蚀以及应力腐蚀开裂（）14。由于该试验研究的主要是高强度铝合金在盐溶液中和的腐蚀行为，所

26、以，最为常见和发生的就是点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂。点腐蚀的发生、发展可以分为两个阶段：蚀孔的成核和蚀孔的生长的过程。点腐蚀的产生与腐蚀介质中活性阴离子（尤其是）的存在密切相关。蚀核既可以在光滑的的钝化金属表面上位置形成，更易在钝化膜缺陷、夹杂物和晶间沉淀处优先形成。在大多数情况下，蚀核将继续长大，当长至一定的临界尺寸（一般孔径大于30m）时，出现宏观蚀坑。若在外加阳极极化作用下，只要介质中含有一定的，在一定的阳极（破裂）电势下会加速膜上“变薄”点的破坏。电极界面的金属阳离子不形成水化的氧化物离子，而是形成氯离子的络合物，促进“催化”反应的进行，并随静电场的增大而加速。一旦膜被击破，溶解速

27、度就会急剧增大，便可使蚀核发展成蚀孔。点腐蚀发生在铝材上的过程是一个自催化闭塞电池的过程。下图为在铝材表面诱发点腐蚀发生的过程示意图15：在蚀孔内部，孔蚀不断向金属深刻腐蚀，向孔内迁移而富集，金属离子的水化使孔内溶液酸化，使致钝电位升高，抑制钝化，当点蚀一发生，点蚀孔低部金属铝便发生溶解，即。孔内金属离子不断增加，在孔蚀电池产生的电池作用下蚀孔外的不断地向孔内迁移、富集，孔内浓度升高，同时由于孔内金属离子浓度的升高并发生水解，即使孔内溶液浓度升高，值降低，溶液酸比，相当于是蚀孔内金属处于介质中，处于活化溶解状态。水解产生的和孔内的又促使蚀孔侧壁的铝继续溶解，发生自催化反应：。孔内浓盐溶液的高导

28、电性，使闭塞电池的内阻很低，腐蚀不断加深。由于孔内浓盐溶液中氧的溶解度很低，又加之扩散困难，使得闭塞电池局部供养受到限制。所以，阻碍了孔内金属的再钝化，使孔内金属处于活化状态。缝隙腐蚀是氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用的结果。在缝隙腐蚀的初期，阳极溶解，阴极还原是在包括缝隙内部的整个金属表面上均匀出现，但缝隙内的氧气在孕育期就消耗尽了，致使缝隙内部溶液中的氧靠扩散补充，氧扩散到缝隙深处很困难，从而中止了缝隙内氧的阴极还原反应，使缝隙内金属表面和缝隙外自由暴露表面之间组成宏观电池。缺乏氧的缝隙内电势较低为阳极区，缝外电势较高位阴极区，结果缝隙内金属溶液，金属阳离子不断增多，这就吸引缝隙外溶

29、液中的移向缝隙内，以维持电荷平衡，所生成的金属氯化物在睡中水解成不溶的金属氢氧化物和游离酸，即：同时，水解、缝内酸度的增加，更加速金属的溶解，这就是自催化效应。应力腐蚀开裂的机理是铝合金在大气或微量氧的水溶液中生产氧化膜，但是由于应力作用或卤素离子作用造成局部氧化膜的破话，形成蚀坑或裂纹源，进行腐蚀电池反应。当絮状的沉淀，在蚀口堆积形成以个闭塞电池时，随着闭塞区里的氧耗尽，水解、酸化，够成自催化腐蚀环境。实验测定其值为3.2至3.4，与理论计算值3.5基本一致，裂纹扩展一般认为是按沿晶界选择机理进行的。1.2.3 腐蚀对高强度铝合金材料的影响 本课题主要是研究高强度铝合金材料在模拟海洋大气的环

30、境中的腐蚀行为，所以对高强度铝合金的腐蚀起到主要作用的是。由于铝的氯化物具有可溶性，在户外暴露的铝表面并没有大量的氯化物层存在，只有少量的进入到腐蚀产物层。通过竞争吸附，逐渐取代表面上的生产。其发生过程可以用下面的方程式表示16：在全部浸泡的状态下，大多数铝合金材料尤其高强度铝合金材料的表面容易产生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破坏，这就限制了高强度铝合金材料在海洋工程中的应用。1.3 铝及铝合金腐蚀的研究现状 铝和铝合金广泛用于交通、运输、建筑、电子、食品等领域 ,近年来铝的用量也在逐年增加 ,同时越来越多的铝及其合金被暴露于大气环境中。虽然铝及其合金在众多金属材料中属具有较好的耐大气腐蚀性的材料

31、 ,但随着大气环境的严酷性增强和对材料使用性能要求的提高。人类对铝及其合金耐腐蚀性的研究最早可以追溯到上个世纪的20年代。早在1928年，美国Alcoa实验室开展了相当广泛的变形铝合金和铸造铝合金试样的大气暴露试验。1931年美国材料试验学会(ASTM)的B一3和B一7委员会开始了一系列的研究工作，随着这些试验项目的进行和新型铝合金的加入，提供了铝及其合金的大量大气腐蚀数据。日本于20世纪70年代开始建立标准暴露试验室，正式关注大气腐蚀，但对铝合金大气环境腐蚀的研究不多，时间很短。我国于1955年开始建立大气腐蚀试验网站，1980年在国家科委组织和有关部门的共同支持下，我国大气、海水、土壤腐蚀

32、试验网站全部恢复建设，开始了我国常用材料(包括铝及其合金)大气、海水、土壤环境中长期、系统的腐蚀试验研究，并取得了大量有价值的研究成果17。但是，由于铝和铝合金的大气腐蚀研究现状和历史，以及传统的大气暴露试验和室内模拟加速试验所做的工作和不足，铝和铝合金的大气腐蚀机理方面，传统的实验技术往往不能给出满意的结果。一些原位测量技术，如环境扫描电镜，开尔文探针和红外吸收光谱等已在大气腐蚀研究中应用，为清晰地描述铝和铝合金的大气腐蚀机理提供了有利条件。可以说，在现在多种技术结合的结合和运用之下，对于我们人类揭示铝及铝合金的大气腐蚀是具有非常大的帮助的。第2章 本论2.1 试验材料 2.1.1试验设备电

33、化学工作站：电化学测量系统，将恒电位仪，恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机的结合在一起，既能够检测电池电压、电流、容量等基本参数，又能够检测体现电池反应机理的交流阻抗参数，从而完成对多种状态下电池参数的跟踪和分析；在试验中，用于检测高强度铝合金的腐蚀电极电位。光学金相显微镜：利用光学的原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取所测的试样的微细结构信息的光学仪器；在试验中，用于观察试样腐蚀后的金相组织。扫描电子显微镜：利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应；在试验中对试样进行成像分析。能谱仪：利用不同元素X射线光

34、子特征能量不同这一特点来进行成分分析；在试验中用来对试样微区成分元素种类与含量分析，配合扫描电子显微镜一起使用。水浴锅：传感器将水槽内的水的温度装换为电阻值，经过集成放大器的放大、比较以后，输出控制信号，有效的控制电加热管的平均加热功率，使水槽内的水保持恒定的温度；在试验中用于浸泡试验，使试样在恒定温度的盐溶液中进行腐蚀。电子称：称取试样腐蚀前后的重量变化。超声波清洗机：把试验浸泡在丙酮中，丙酮液体中的每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压，这种现象称为“空化作用”，超声波清洗机正是用液体中气泡的破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷试验内外表面的作用。

35、在试验中，用于清洗腐蚀前后的试验。2.1.2 试验药品 不同合金元素的高强度铝合金材料（Al-Si、Al-Cu），铜线，除锈液，蒸馏水，酒精，丙酮2.2 试验内容和方法 2.2.1 测定试验材料的腐蚀电位和极化曲线 （一）基本原理电化学工作站在电池检测中占有十分重要的地位，是本试验测量试样电极电位最为关键的一个环节。它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机的结合在了一起，即可做三种基本功能的常规试样，也可以做基于这三种基本功能的程式化试验。在试验中即能检测电测电压、电流、容量等基本参数，又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参数，从而完成对多种状态下电池参数的跟踪和分析。电极是与电解质溶液

36、或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。电化学体系借助于电极实现电能的输入和输出，电极是实施电极反应的场所。一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，用的较多的是三电极体系，本实验采用的就是三电极体系。相应的三电极体系为：工作电极、参比电极和辅助电极。工作电极：又称为研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求是：（1）所研究的电化学反应不会应电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定；（2）电极必须不能与溶剂或电解液组分发生反应；（3）电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一平滑的，且能够通过简单的方法进行表面的净化等清洁工作。为了满足工

37、作电极的上述的要求，我把需要测定电极电位的高强度铝合金材料制作成工作面积为一个平方厘米的大小的正方形试样，从粗砂纸到细砂纸依次对试样进行金相的磨制；为了防止试样除去工作面的其他部分与电解液发生反应，我把试样的其他面用绝缘的胶水封住，并在密封之前在试样的背面焊接了一根电导线，这样既保证了工作电极在用胶水密封住凝固后依然导电，又保证了工作电极的绝缘性，不与电解液发生反应。参比电极：是指一个已经知道其电势的接近于理想不极化的电极。参比电极上基本上是没有电流通过的，用于测定研究电极，相对于参比电极的电极电势。在控制电位试验中，因为参比半电池保持固定的电势，因而加到电化学池上的电势的任何变化值直接表现在

38、工作电极和电解质溶液的界面上。而实际上，参比电极既起着热力学参比，又将工作电极作为研究体系隔离起来的双重作用。参比电极的种类有很多，不同的研究体系可以选择不同的参比电极。水溶液体系中常见的参比电极有：饱和甘汞电极（SEC）、电极、标准氢电极等。本试验是在10%的饱和水溶液中进行的，所以选择的是饱和甘汞电极。辅助电极：又称对电极，辅助电极和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上进行，但必须无任何方式限制电池观测的响应。由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应，以使电解液的组分不变，即辅助电极的性能一般不显著影响研究

39、电极上的反应。但减少辅助电极上的反应对工作电极的干扰的最好方法就是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。本试验选择的是10%的饱和溶液来作为电解液。图2-1 电化学工作站的工作原理图2.2.2 浸泡试验（一）试验工作原理水浴锅工作原理：恒温水浴锅内水平放置有不锈钢管状加热器，水槽的内部放有带孔的铝制搁板。上盖上配有不同口径的组合套圈，可以适应不同口径的烧瓶放置。水浴锅左侧有放水管，恒温水浴锅右侧是电气箱，电气箱前面板上装有温度控制仪表、电源开关。电气箱内有电热管和传感器。该温度控制系统采用了优质电子元件，控温灵敏、性能可靠、使用方便。其工作原理：传感器将水槽内水的温度转换为电

40、阻值，经过集成放大器的放大、比较后，输出控制信号，有效地控制电加热管的平均加热功率，使水槽内的水保持恒温。浸泡试验工作原理：就是将试样以一定方式浸泡在实验室配制的溶液中或现场介质中,在达到规定的时间的基础之上，来计算试验的腐蚀速率，适用于实验室和现场试验，也是测定金属腐蚀速度最可靠方法之一。本试验主要是着重阐述实验室重量法来评定的浸泡试验的腐蚀速率。（二）试验内容在试验的过程中，在导师的指导下，我把所要研究的两种高强度铝合金材料（Al-Si、Al-Cu）做了尺寸上的处理，分别把两组材料制成了规则的几何形状且大致均匀的试样。每组四个试样，分别用酒精和丙酮清洗之后，称取每个试样的重量，记录，用不同

41、颜色的绝缘导线捆绑来进行每个试样的识别。最后，悬挂在装满电解溶液的烧杯里来进行浸泡试验。由于本试验研究的是模拟海洋腐蚀环境下高强度铝合金的腐蚀情况，为了配合之前对试验所测的试样的电极电位，本试验选择的腐蚀溶液也是10%的溶液。因为高强度铝合金材料在盐水的腐蚀是一个比较缓慢的过程，为了试验效果能够比较明显，我把水浴锅的温度设定为，并把实验的周期定位8天，即每两天取出一组试验进行分析和观察。2.2.3 试样的金相观察和成分分析（一）光学金相显微镜工作原理：是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完美地结合在一起而开发研制成的高科技产品，可以在计算机上很方便地观察金相图像，从而对金相图谱

42、进行分析，评级等以及对图片进行输出、打印。本试验用的是电脑型的金相显微镜系统，是将传统的光学显微镜与计算机、数码相机通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机显示屏幕上观察实时动态图形，并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。特点：本试验采用的光学金相显微镜系统拥有耐磨的先进光学系统显微镜，明场、暗场、偏光、微分干涉等观察功能齐全，高精度的万能物镜，超宽的视野，使观察者在进行试验时非常的舒适；采用的是UIS无限远补正光学系统，视野周边非常明亮、清晰；在观察过程中，试样的观察面倒置，用橡皮泥包裹后压平，使观察面在一个水平的状态之下，提高了检查的功效；显微镜的放大倍数的

43、范围比较宽泛，在 50倍1000倍，适合多种观察的要求，且拥有精密的镜头，图像的质量很高；前置调光器及粗微可以同轴调焦，使用者操作舒适；照明光源是6V30W长寿灯泡，可选配至100W；可连接数码成像系统及金相分析软件。在试验的过程中，光学金相显微镜用于观察试样腐蚀前后进行组织，并把观察到的金相图像用图片的形式记录下来，以便后期对试样的腐蚀情况的分析。在本试验中，我选用的光学金相显微镜的放大倍数为200倍。（二）扫描电子显微镜工作原理：在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子

44、，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即是用极其狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，在试验中对试样进行成像分析，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。扫描电子显微镜主要由电子光学系统（镜筒

45、）、偏转系统、信号检测放大系统、图像显示和记录系统、电源系统和真空系统等部分组成。特点：能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可以大至120mm×80mm×50mm； 样品制备过程相对简单，不用切成薄片；样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，可以从各种角度对样品进行观察；景深大，扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大到几十倍，且图象富有立体感；放大倍数非常大，可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围，；图象的放大范围广，分辨率也比较高；分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm；电子束对样品的损伤与污染程度较小；在观

46、察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。在试验中与能谱仪一起使用，用于试样的成分分析和含量分析。（三）能谱仪工作原理：利用不同元素X射线光子特征能量不同这一特点来进行成分分析。X射线能量色散谱分析法是电子显微技术最基本和一直使用的具有成分分析功能的方法，通常称为X射线能谱分析法。特征X射线的产生，是入射电子使内层电子激发而发生的现象，即内层电子被轰击后跳到比费米能到的能级上，电子轨道内出现的空位被外壳层轨道的电子填满时，作为多余的能量放出的就是特征X射线。高能级的电子落入空位的时候，要遵从所谓的选择规则。特征X射线具有元素固有的能量，所以，将它们展开成能谱后，根据它的能量值就

47、可以确定元素的种类，而且在根据谱的强度分析就可以确定其含量。特点：分析速度快，可以同时接受和检测所有不同能量的X射线光子信号，故可以在几分钟内分析和确定样品中含有的所有的元素；灵敏度高，X射线收集立体角度大，由于能谱中的Si探头可以放在离发生源很近的地方，无需进过晶体衍射，信号强度几乎没有损失，此外，能谱仪可以在低入射电子束流的条件下工作，有利于提高分析的空间分辨率；谱线重复性好，由于能谱仪没有运动部件，稳定性好，且没有聚焦要求，所以谱线峰值位置的重复性好且不存在失焦的问题，适合于表面比较粗糙的试样的分析工作。能谱仪在试验中用来对试样的微区成分元素种类与含量分析，配合扫描电子显微镜一起使用。第

48、三章 试验结果的探讨研究3.1 试样电极电位和极化曲线分析 3.1.1 试样的制备为了测定和比较两种不同试样的电极电位和做出相应的极化曲线，我首先把两次材料的铝合金切割成一个平面厘米的工作面的小方块，把起工作面处理成为平整、光滑的表面，在其工作面的背面，用焊接的方式接通一条电导线，其余部分用松脂和固体胶按照1:2的比例充分混合制作成的胶体密封，在静置12个小时胶体充分凝固后，把试样工作面上多余的胶体磨去，保证试样工作面的平整度和光滑度。最后，利用电化学工作站来测定试样的电极电位，试验完成后，用相关的origin软件绘制出所测试样的极化曲线。试验中，为了配合后期的浸泡试验，我利用的是10%的饱和

49、食盐水来充当电解液，制作的试样作为工作电极。 3.1.2 试验数据及分析 图3-1 Al-Cu 合金的极化曲线 由上图可知，Al-Cu合金的电极电位约为-0.79V。图3-2 Al-Si 合金的极化曲线由上图可知，Al-Si合金的电极电位为-0.71.根据在同等试验条件下，Al-Cu合金的电极电位低于Al-Si合金的电极电位，我把Al-Cu合金作为阳极，把Al-Si合金作为阴极，采用10%的饱和食盐水作为电解质溶液，观察它们在组成一对电偶后，腐蚀48小时候的表面形貌的情况。图 3-3 Al-Cu合金的腐蚀形貌图 3-4 Al-Si合金腐蚀后的形貌 数据分析：从两组图片上可以看出，Al-Cu合金

50、的腐蚀情况明显的比Al-Si合金的严重。由于两种材料的腐蚀电位的不同，造成在同种介质中两种金属的接触面的局部腐蚀，也就是所谓的电偶腐蚀。两种金属构成宏观电池，产生点偶电流，使电位较低的阳极（Al-Cu合金）溶解速度加快，电极电位较高的阴极（Al-Si合金）的溶解速度较小。即阴极受到了阳极的保护。在这里可以说明在同种介质中Al-Si合金的耐腐蚀性能要比Al-Cu合金的优越，但是这只是从它们的电极电位的差异方面来谈的。为了进一步的验证上诉试验的结论，我又用两组不同材料的铝合金做了浸泡试验，来计算它们的腐蚀速率。3.2 金相与扫描电极的图像分析3.2.1 对试样进行腐蚀前的显微金相图 图3-5 Al

51、-Cu合金 图3-6 Al-Si合金3.2.2 试样进行腐蚀后的显微金相图 （一）Al-Cu合金图3-7 Al-Cu合金腐蚀2天 图3-8 Al-Cu合金腐蚀4天 图3-9 Al-Cu 合金腐蚀6天 图3-10 Al-Cu 合金腐蚀8天 （二）Al-Si 合金图3-11 Al-Si 合金腐蚀2天图3-12 Al-Si 合金腐蚀4天 图3-13 Al-Si 合金腐蚀6天图3-14 Al-Si 合金腐蚀8天（三）Al-Cu合金的表面成分分析把Al-Cu合金试样放入扫描电镜下，配合能谱仪一起使用，在试样上随机选取一个区域进行成分的分析。图3-15 随机选取的试样的表面图3-16 试样表面的成分分析表

52、3-1 试样表面的成分含量分析相应元素Wt%At%氧01.5402.65铝92.3494.45硅00.2900.28锰00.6600.33铁00.4900.24铜04.6902.04从上图中可以看出，Al-Cu合金表面含有许多但是比较微量的杂质元素，这种情况可能是在对试样进行清洁的时候操作不当而混入的。由于其他杂质元素的含量和铜的含量比较起来是非常低的，所以基本上认为它们对铝合金的性能没有什么太大的影响，可以不予考虑。（四）Al-Si合金的表面成分分析同上，我也对Al-Si合金进行了成分的分析。图3-17随机选取的试样的表面图3-18试样表面的成分分析表3-2 试样表面的成分含量分析相关元素Wt%At%氧17.1325.93铝80.2071.98硅02.1701.87锰00.1700.08铁00.3200.14同样，在对Al-Si合金进行成分的分析中，也发现了许多种但是含量都比较低的的杂质元素，这也是在对试样进行清洁处理的时候没有处理的彻底和恰当而造成的。由于其他杂质元素的含量和铜的含量比较起来是微乎其微的，对该种铝合金材料的性能起主要作用的是硅元素，所以基本上认为它们对铝合金的性能没有什么太大的影响，可以不予考虑。（五）图片的综合分析 图3-19 Al-Cu合金腐蚀后在扫描下的