NaCl盐膜对铝青铜高温氧化行为的影响(2)

2009-09-23 李占鑫 中信戴卡轮毂制造股份有限公司

  由SEM观察发现,涂NaCl试样氧化皮剥落后的表面较未涂NaCl试样氧化皮剥落后的表面腐蚀严重(图4),且在NaCl盐膜作用下所形成的氧化膜的结构较疏松,氧化膜内及氧化膜与基体金属交界面处有许多裂纹和孔洞(图5)。

铝青铜的氧化腐蚀形貌

图4 铝青铜的氧化腐蚀形貌(700℃保温4h)

(a) 未涂NaCl试样氧化皮脱落后;(b) 涂NaCl试样氧化皮脱落后

涂NaCl试样氧化后截面形貌

图5 涂NaCl试样氧化后截面形貌

  EDS分析结果也表明,在氧化膜与基体交界处出现了Cl的富集。用X射线荧光仪对两种状态下氧化物剥落后的试样表面进行成分分析发现,与试样成分相比,未涂NaCl盐膜试样表面的Cu含量减少,Al含量增加;而涂NaCl盐膜试样表面的Cu含量增加,Al含量明显减少,同时存在少量的Cl。这说明未涂NaCl盐膜试样发生高温氧化时, Cu易被氧化腐蚀掉,而铝青铜在NaCl盐膜作用下Al易被氧化腐蚀掉,同时NaCl盐膜中的Cl参与了氧化腐蚀过程。

2.3、讨论

  铝青铜在高温下表面易形成CuO、Cu2O和Al2O3氧化膜,因CuO、Cu2O氧化膜的致密度和稳定性均较Al2O3氧化膜差,因此,铝青铜在无NaCl盐膜的高温作用下,表面形成的CuO、Cu2O氧化膜易剥落,致使试样表面的Cu含量相对减少。可断定,保留在试样表面的Al2O3氧化膜对铝青铜起保护作用,故铝青铜中的Al有利于提高其抗氧化腐蚀能力。但当试样表面涂有NaCl盐膜时, NaCl将与试样表面形成的Al2O3 氧化膜发生反应: 2NaCl+Al2O3+1/2O2 =Na2Al2O4+Cl2 ,释放出Cl2。因氯原子在氧化膜中渗透性较氧强,能穿过氧化膜与金属发生氧化反应。从热力学角度看,铝比铜更易与氯结合,因此铝优先被氧化,其反应为Al+3/2Cl2=AlCl3。由于AlCl3具有很强的挥发性,在高温下会穿过氧化膜向外挥发。随着铝青铜中的铝被优先氧化及AlCl3向外挥发,导致靠近氧化膜的金属表层的铝浓度降低,即贫铝。由于AlCl3在向外扩散的过程中又被氧化: 2AlCl3+3/2O2=Al2O3+3Cl2,生成的部分Cl2又返回氧化膜与金属界面Al重复上述反应, 直到Cl2消耗殆尽。因为挥发性AlCl3的形成及AlCl3和Cl2在氧化膜内的扩散和重新氧化,使氧化膜变得多孔、易开裂、粘附性差,以及氧化膜与基体间结合力下降,从而加速了氧化膜开裂和从表面剥落。显然,正是由于铝青铜表面NaCl盐膜的存在,致使氧化和氯化腐蚀交替进行,导致Al对铝青铜不起保护作用,甚至恶化其抗高温氧化能力,造成所形成的氧化膜的结构疏松且易开裂与剥落,加速了铝青铜的氧化过程。

3、结论

  铝青铜在高温NaCl盐膜作用下,氧化和氯化腐蚀交替进行,致使Al较Cu易氧化腐蚀,所形成的氧化膜的结构疏松且易开裂与剥落,导致铝青铜的氧化腐蚀加剧,铝青铜零件不适合在含有氯化盐的高温环境下服役。