重力和挤压铸造a356 - 10vol .% SiC复合材料在高温下的腐蚀行为₂所以₄解决方案

摘要

对重力铸造和挤压铸造A356-10体积% SiC复合材料的腐蚀行为进行了评价。为此，将制备的样品浸入H₂所以₄溶液浸泡2小时。在开路电位。采用Tafel极化和电化学阻抗谱(EIS)研究了复合材料的耐腐蚀性能。结果表明，挤压铸造复合材料的耐蚀性高于重力铸造复合材料。扫描电子显微镜(SEM)显示挤压铸造复合材料与重力铸造复合材料相比具有良好的弥散/基体界面。

1.介绍

A356铝合金是一种由铝、硅、镁组成的铸造合金。它具有良好的力学特性和高延展性，以及优异的铸造特性和高耐腐蚀性。该合金广泛应用于各种类型的机械、飞机和国防工业。该合金特别用于汽车工业，以取代钢铁部件[1］．

以A356铝合金为基础，制备了SiC、Al等陶瓷增强颗粒和纤维的复合材料₂O_3., ZrO₂．［2- - - - - -4］．这些金属基复合材料(MMCs)具有高强度、高硬度、优异的耐磨性、低热膨胀系数和具有竞争力的成本等优良性能，在许多工程应用中得到了广泛的应用。5- - - - - -11］．

颗粒增强复合材料的主要缺点之一是增强对其耐腐蚀性能的影响。这在铝合金基复合材料中是特别重要的，因为其抗腐蚀性是由一个保护性的氧化膜提供的。增强相的添加会导致保护膜的不连续或缺陷，增加腐蚀起始点，使复合材料容易发生严重腐蚀[12］．由于金属基复合材料在不同腐蚀环境中的重要应用，其腐蚀行为的研究一直备受关注。在清洗、酸洗和除垢等过程中，这些复合材料经常与酸或碱接触。众所周知，铝及其合金在含腐蚀性阴离子的溶液或高碱性溶液中表现出高腐蚀速率[13- - - - - -15］．

因此，研究铝合金及其复合材料在酸性介质中的腐蚀行为具有十分重要的意义。重力铸造的主要缺点之一是气孔等缺陷的形成，气孔是铸件在使用过程中潜在的裂纹引发剂。本研究的目的是弥补这些不足。挤压铸造更有可能制造出较低缺陷的铸造部件[6］．因此，本文对A356-10的腐蚀行为进行了研究。采用重力铸造和挤压铸造的SiC复合材料₂所以₄解决方案。

2.实验程序

2．1．复合材料的生产

A356铝合金的化学成分如表所示1．为了制备复合材料，首先在电炉中，在受控氩气气氛下将合金熔化并提高到700°C。熔体在此温度下维持2分钟。和SiC颗粒，纯度为99.9%和50μ在500转/分的搅拌下加入。实验原理图如图所示1．

为评价和比较铸造工艺对复合材料组织和腐蚀行为的影响，分别进行了重力铸造和挤压铸造。重力铸造和挤压铸造的参数见表2．此外，挤压铸件的示意性呈现如图所示2．

从铸铁切割立方体测试样品，并在所有侧面上用研磨湿砂纸机械抛光。然后将样品嵌入冷固化环氧树脂中。在所有测量之前，用丙酮脱脂，用蒸馏水冲洗，用空气流干燥。

2．2.媒介

使用具有三种不同浓度的充气酸性溶液。该组合物为0.05,0.10和0.50米H.₂所以₄， 分别。所有解决方案均由分析等级为97％₂所以₄和蒸馏水，并进行测试．

2．3.电化学测量

所有的电化学测量都是在曝气条件下的常规三电极电池中进行的。对电极为铂板，在饱和KCl中对Ag/AgCl进行电势测量。电化学测量是使用μ自动恒电位器/恒流器由合适的计算机控制。在进行电化学测量之前，工作电极浸泡在开路电位(OCP)中2小时，形成稳态钝化膜。在1 mV s的扫描速率下，将样品阴极极化至−250 mV，阳极极化至+250 mV，记录Tafel曲线⁻¹．在EIS技术中，在OCP上输入10 mV的峰-峰小幅度交流信号，频谱从100 kHz到10 mHz，用奈奎斯特图分析阻抗数据。从奈奎斯特图的半圆直径中提取极化电阻。EIS数据建模和曲线拟合采用NOVA软件。

2．4．扫描电镜

复合材料样品在H₂所以₄采用SERON、AIS-2100型分析扫描电子显微镜记录样品表面的SEM图像，并与未腐蚀样品进行对比。

3.结果与讨论

3．1.微观结构

重力铸造和挤压铸造复合材料表面的SEM照片如图所示3.和4．从图中看到的3（a）和4（a），对重力铸造复合材料的SEM检查在整个样本中显示出显着的孔隙率，并频繁聚集在这些孔周围的SiC颗粒。重力铸造复合材料的孔隙率明显高于挤压铸造复合材料（图3（b）和4（b））.在凝固过程中，由于热性能的巨大差异，复合材料中的相不同步收缩。因此在铸态试样中会产生疏松缩孔[6］．

通常，通过挤压铸件可以减小重力铸造缺陷。新的铸造技术意味着在高压下结晶，凝固和塑性变形，这相结合了强制进料和压实。在打孔夹下来之前，熔体形成了寒冷的壳。当冲头接触熔体时，整个熔融复合材料封闭在模具中。然后凝固壳体会变形并塑造[6，17］．同时，在高压(100 MPa)下，凝固区前部的熔体会因收缩而被挤压到缝隙中。

３．２．塔菲尔极化测量

数字5给出了重力和挤压铸造复合材料的Tafel极化曲线₂所以₄不同浓度的溶液。电化学参数，如腐蚀电位()及腐蚀电流密度()在不同浓度的H₂所以₄两种复合材料的介质概述见表3.．由数据可以看出，腐蚀电流密度()随H的增加而增加₂所以₄两种复合物的浓度。从图中也可以看出这一点4和表中的数据3.这一值在负电位方向上移动，随着H的浓度的增加而变化₂所以₄（0.05米以外）。两个复合材料的趋势类似。腐蚀潜力的降低（值表示由于化学溶解使初级氧化层变薄而失去钝化性。

铝的酸性腐蚀是通过部分阳极反应溶解铝，形成氢氧化铝，部分阴极反应氧气/水还原，形成氢气泡，根据下列公式[18]：

膜的溶解也可以看作是一种纯化学反应。因此，当铝浸没在水溶液中时，离子进入膜内并扩散形成氢氧根膜。然而，与此同时，膜/溶液界面的溶解也在发生。换句话说，薄膜的形成和溶解处于动态平衡状态。此外，溶液中存在的阴离子可以通过形成过渡配合物来参与溶解反应[18］．

在0.10米H浸泡后，重力和挤压复合材料的表面的SEM显微照片₂所以₄2小时的溶液在图中给出6．很明显，重力铸造复合材料似乎比挤压铸造复合材料遭受了更多的腐蚀。这可以归因于重力铸造产生的高孔隙率(图)3（b）和4（b））.

3.3。EIS测量

重力铸造和挤压铸造复合材料腐蚀的Nyquist图₂所以₄不同浓度的解决方案在图中给出7．从图中可以看出7，阻抗图呈半圆形，表明腐蚀过程主要受电荷转移控制。在H中，两种复合材料曲线的一般形状是相同的₂所以₄不同浓度的解决方案，具有较高频率的大电容回路和中间频率的小电感回路，然后在较低频率值下进行第二电容回路。在酸性溶液中铝合金腐蚀的文献中报道了类似的图[19］．

可以将高频电容回路分配给腐蚀过程的电荷转移和氧化物层的形成。由于氧化膜和电容器引起的电容器引起的电容器，氧化膜被认为是电阻器的平行电路。根据Brett，电容回路对应于界面反应，特别是铝氧化在金属/氧化物/电解质界面的反应。该过程包括al的形成⁺离子在金属/氧化物界面和它们通过氧化物/溶液界面的迁移，在那里它们被氧化成Al^３＋．在氧化物/溶液界面，OH⁻离子也形成了。在中间频率的感应回路可能是由于氧化层的弛豫过程，通过吸附的中间物种OH-Ads出现在金属表面。在低频率下观察到的第二个电容回路可以归因于金属的溶解[14］．

使用等效电路分析阻抗数据，初步模拟发生在金属-电解质界面的物理过程。等效电路如图所示8［16]用于模拟A356-10 vol上测量的阻抗数据。采用重力铸造和挤压铸造的SiC复合材料₂所以₄解决方案。

已经说过，铝溶解到碱性溶液中是通过逐步添加表面羟基物种，最终在化学溶解的铝(OH)_3.表面有氧化膜存在。等效电路如图所示8用来描述A356-10 vol的阻抗谱。% SiC复合材料H₂所以₄因为铝在酸性溶液中的溶解(根据反应1到4)与铝在碱性溶液中的溶解相似。为了模拟6061/Al-15 vol的腐蚀行为，该等效电路被报道为优秀的。% SiC在氢氧化钠溶液中的复合材料[14］．

该等效电路由平行于双层恒相元件的法拉第阻抗组成，．法拉迪亚阻抗包括表示金属/氧化膜界面的电荷转移电阻，由于表面电荷的积聚而中断了铝的阳极溶解，作为氧化膜中的电荷输送的抵抗力，以及由于表面氧化膜的介电性能。这电路中的元件是一个解电阻，其值在实际阻抗轴上的高频截距处[16］．如图所示，该等效电路提供了良好的配合9．

A356-10 vol的阻抗谱的电化学参数。% SiC复合材料的重力铸造和挤压铸造作为浓度的函数如图所示10．随着浓度的增加，电荷转移阻力，，氧化膜电阻，，氧化膜电容，两种复合材料减少。由于氧化物膜电容，，由于氧化膜的介电特性，与膜厚相关，，和介电常数，，则可表示为20.］ 在哪里ɛ= 8.85×10⁻¹²F⁻¹米⁻¹为真空的介电常数;氧化膜电容的减小表明氧化膜厚度的增加。由于氧化膜电容的减小意味着氧化膜厚度的增加(5)，表明氧化膜的电阻随厚度的增加而减小。

4.结论

通过对a356 - 10vol腐蚀行为的系统研究。% SiC复合材料在不同浓度H₂所以₄通过电化学方法求解，得出以下结论。（1）A356-10 Vol.％SiC复合材料的SEM显微照片显示，与通过重力过程产生的复合材料相比，挤压铸造复合材料表现出良好的分散/基质界面。(2）在挤压铸造中，与重力铸造相比，复合材料中存在少量的界面孔隙。（3）采用Tafel极化和EIS方法研究了A356-10的腐蚀行为。结果表明，在选定的腐蚀介质中，挤压铸造的复合材料的耐蚀性高于重力铸造的复合材料。（4）此外，Tafel极化和EIS研究表明，两种复合材料的腐蚀电流密度均随H浓度的增加而增加₂所以₄．（5）EIS研究表明，随着浓度的增加，两种复合材料的电荷转移电阻、氧化膜电阻和氧化膜电容均降低。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

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