紫外线的波长对腐蚀行为的影响7075铝合金在海洋大气环境中

文摘

紫外线对7075铝合金的腐蚀行为研究了海洋大气中通过盐雾腐蚀试验。电化学方法和表面分析技术被用来分析和比较7075铝合金的腐蚀法在海洋大气与0纳米波长的紫外线辐射,185 nm、254 nm和365 nm。结果表明,紫外线照射可以促进7075铝合金的腐蚀。氧气是容易发生化学反应形成氧原子被紫外线辐照后,和氧原子结合氧气形成海洋大气中的臭氧。7075铝合金在海洋大气加速腐蚀由于臭氧含量增加。虽然有钝化膜表面与不同程度的保护铝合金在紫外线照射下,海洋大气中7075铝合金的表面点蚀后未能形成一个稳定的钝化膜,腐蚀速率是最快的,当紫外线波长为185 nm。

1。介绍

7075铝合金是一种超高强度变形铝合金。由于其良好的机械性能,通常用作高强度材料配件。在1940年代末,7000系列铝合金用于飞机制造行业,它仍然是广泛应用于航空工业直到现在。7075铝合金作为飞机框架材料由于其良好的耐蚀性(1]。然而,7075铝合金材料也经历了严重腐蚀等特殊环境的高盐和高湿度。国际航空运输协会明确指出,腐蚀是飞机失败的主要因素之一。

在海洋大气、恶劣的高温环境和高湿度,紫外线会导致点状腐蚀,晶间腐蚀和剥落腐蚀铝合金表面反过来(2]。一些学者使用扫描电镜、x射线衍射、电化学测试技术,傅里叶变换红外光谱(FTIR)和x射线衍射研究铝合金的腐蚀行为3- - - - - -5]。主要的实验方法包括大气暴露实验,实验室测试和软件模拟。铝合金的腐蚀行为在沿海环境、高温、高湿的环境,和强烈的阳光环境进行了研究。研究人员指出,铝合金的腐蚀影响因素包括腐蚀时,大气温度、相对湿度、含盐量、交替干燥和潮湿的环境,空气污染,光强度(6- - - - - -11]。金属铝在自然条件下的大气腐蚀是由于H等污染物的结合₂年代,Cl⁻,所以₂,所以₃,没有_x、有限公司₂阿,₃和气象条件12,13]。这个过程更加复杂。

当飞过海洋,飞机将遭受大气腐蚀和海水的侵蚀。飞机的表面在高海拔地区也将暴露在强烈的紫外线辐射。摘要7075铝合金飞机皮肤作为实验样本,研究飞机表面的金属腐蚀现象造成的海洋大气。电化学方法和表面分析技术被用来比较7075铝合金的腐蚀行为与波长的紫外线辐照下0纳米,185 nm、254 nm和365 nm。研究结果将提供一个理论依据飞机的腐蚀保护铝合金机身飞行在高海拔地区的海洋。

2。材料和方法

2.1。实验样品

我们使用了7075铝合金作为工作电极的实验。铭泰提供的实验材料是铝行业。化学成分(质量分数)的7075铝合金表所示1。样本的大小是20毫米×20毫米×3毫米。后面的样品是用铜线焊接,另一边是用作实验工作表面。样品的非职业表面与环氧树脂密封。工作表面积是400毫米²,如图1。

抛光样品表面与一系列的2000 #砂纸直到样品表面没有明显的划痕。工作面与丙酮冲洗先后,无水酒精,蒸馏水。然后,我们干,重的样品(数字平衡的精度0.1毫克)使用前。

2.2。实验设备

在这个实验中使用的实验装置如图2(14]。质量流量控制器是安装在入口调节空气流量,这样气流保持恒定的流量和进入实验设备。通过气泵设备的空气流动,空气流出流量控制器流过的饱和溶液和两个干燥坦克在序列进行脱氧和治疗,分别。使脱酸和干空气进入密封的盒子。密封盒,里面有一个分区一个小洞,把样本,和顶部装有可调波长的紫外灯,可以垂直辐照的样品。底部的密封盒是一个模拟海水的解决方案。海水中使用的实验配置根据ASTM d1141 - 1998(2013),和化学成分表中列出2。

2.3。实验方法

2.3.1。失重法

盐雾试验后28天,采集标本,用自来水冲洗。清砂的解决方案是用来去除腐蚀产物表面的样品。样本完全干,直到两个测量之间的差异在0.0002 g,然后他们再次重电子天平。腐蚀速率的计算是样品腐蚀前后的质量损失。

2.3.2。电化学测试

CHI660D电化学工作站被用来测量样品的电化学参数。三电极测试系统用于测量过程。饱和甘汞电极作为参比电极,7075铝合金样品工作电极,电极和Pt的辅助电极。电化学测试主要包括开路电位((OCP),潜在的极化曲线(塔费尔)和交流阻抗(EIS)测试。具体操作如下:首先,我们执行一个开路电位测试执行的工作电极和潜在的动态极化曲线测试后的开路的潜在价值是稳定的。扫描速率为0.1 mV / s,和扫描范围是Eocp±250 mV。在交流阻抗(EIS)测试,扫描速度调整到0.5 mV / s,测试频率范围是10⁻²∼10⁶赫兹,交流激励信号是一个正弦波10 mV。

2.3.3。表面形态

我们分析了表面腐蚀后的样品。蔡司(EVO MA15)扫描电子显微镜用于分析样品的微观形态(SEM)表面,和扫描电压是20 kV。

3所示。结果与讨论

3.1。表面腐蚀形貌

图3显示了7075铝合金试样腐蚀的形态。

从图可以看出3样品的表面没有腐蚀相对平坦。

图4显示了7075铝合金的表面腐蚀形貌样品在不同波长的紫外线辐照后模拟海洋大气。数据4(一)- - - - - -4 (d)对应于7075铝合金的腐蚀形态与波长的紫外线辐照下0纳米(黑暗的环境中,记录为0海里),185 nm、254 nm和365 nm 28天,分别。

从图可以看出4(一)0 nm紫外线波长时,腐蚀产物层表面上的7075铝合金薄,整体腐蚀产品相对较小,样品表面的腐蚀程度轻。从图可以看出4 (b)表面有密集的腐蚀坑的示例用紫外线辐射的波长185 nm,和样品表面的严重腐蚀。一方面,由于腐蚀产物表面形成7075铝合金跌落185 nm紫外线辐射条件下,衬底的表面进一步接触海洋气氛,促进7075铝合金的腐蚀。另一方面,在高盐、高湿环境中,腐蚀坑形成的7075铝合金表面形成缝隙腐蚀,这也进一步加剧了金属基体的腐蚀。从图可以看出4 (c)紫外线波长254纳米时,大量的腐蚀产物出现在7075铝合金,表面,形成一层致密的腐蚀产品。因此,与185 nm紫外线辐射环境相比,腐蚀产物膜的作用下,7075铝合金的腐蚀速率被紫外线辐照后与254 nm和365 nm波长将会降低。从图可以看出4 (d)紫外线波长365纳米时,腐蚀产物膜也是7075铝合金表面形成,但与254 nm紫外线环境相比,腐蚀产物相对较少,表明7075铝合金的腐蚀程度进一步放缓。

因此,紫外线的波长185 nm会导致腐蚀产物7075铝合金表面脱落,表面和腐蚀产物层覆盖提出了一个多孔结构。这种现象可能导致的标本与紫外线辐射的波长185 nm比标本更容易腐蚀与紫外线辐射波长为254 nm和365 nm。

3.2。失重实验分析

7075铝合金的腐蚀速率样品暴露在海洋大气中不同波长的紫外线是失重实验测量和计算的方法。腐蚀速率是表达的质量变化,样品的腐蚀速率之间的关系曲线和紫外线波长。为了减少误差,三个样品的质量变化值在相应条件下测量。结果如图5。

从图可以看出5样品的腐蚀速率由紫外线辐照显然比样品没有紫外线。由于不同波长的紫外线辐射,7075铝合金的腐蚀速率也不同。紫外线的波长185 nm最大的影响在样品表面的腐蚀,导致加速腐蚀。7075铝合金的腐蚀速率由紫外线辐射的波长365 nm低于185 nm和254 nm。它可以看到从图中的腐蚀速率数据5在相同的腐蚀环境中,样品的腐蚀速率是由于紫外线辐射增加了2到3倍,但对样品和不同波长的紫外线辐照,腐蚀速率不增加紫外线波长的增加。辐照样品的质量损失与波长185纳米的紫外线比样品与波长254 nm和365 nm。

3.3。电化学行为

3.3.1。极化曲线的分析

7075铝合金样品被放置在实验装置来模拟海洋大气腐蚀伴随着紫外线辐射。数据6(一)- - - - - -6 (d)分别对应的极化曲线7075铝合金辐照与波长的紫外线0纳米,185 nm、254 nm和365 nm在不同时期。

它可以从极化曲线在图中找到6局部腐蚀电位的金属样品表面受到腐蚀的影响。随着腐蚀时间的增加,样品的局部腐蚀电位增加。实验结果表明,样品表面的局部腐蚀潜力最高的28天。如图6,有三条曲线(曲线样本的第一天,没有紫外线辐射(a), 28天的曲线与254 nm紫外线波长(c),和第一天的曲线与365 nm紫外线波长(d))显示,电流密度在阳极面积大幅增加,最后趋于稳定,稳态点蚀的特点和钝化。紫外线波长185纳米时,1 d的极化曲线,21 d, 28 d只显示突然增加电流密度没有明显钝化的平台。结果表明,7075铝合金进行了明显的点状腐蚀产生的海洋大气和钝化膜能抑制金属腐蚀的持续发展。然而,当7075铝合金样品被紫外线辐射的波长185 nm,表面点蚀后未能形成稳定的钝化膜。

图7显示了样品后28天的极化曲线和不同波长的紫外线照射。样品的表面电流密度和潜在的曲线在图7是安装和加工来获取相关的电化学参数值,如表所示3。参数表3被用来分析和比较了7075铝合金在海洋大气腐蚀行为在不同波长的紫外线辐射。

从图可以看出7,7075铝合金试样表面局部腐蚀电位的不同是由于紫外线波长的变化后28天的腐蚀。紫外线波长185纳米时,金属表面上的电流密度是最高的。如表所示3,可以发现,当紫外线波长为185 nm,表面电流密度我_相关系数的样本是最大的。结论是与失重方法获得的结果一致。因此,紫外线的波长185 nm的腐蚀行为影响最大的7075铝合金在海洋大气腐蚀速率是最大的。

3.3.2。EIS分析

交流阻抗图被用来分析材料的耐腐蚀性能。分析了材料的阻抗比较的容抗弧阻抗谱的形状。弧越大,阻抗越大,材料的耐蚀性越好(15,16]。图8显示样品的电化学阻抗谱紫外线辐照的海洋大气中不同波长为28天。

从图可以看出828天后,紫外线辐照在海洋大气,曲线形状样品的电化学阻抗谱是一个单容抗弧。标本的电容电弧由不同波长的紫外线辐照是不同的。直径的电化学阻抗谱的容抗弧代表在电荷转移电阻,所以容抗弧的大小与腐蚀速率成反比关系。图8表明样品的电化学阻抗谱电容弧是最小的紫外线波长185纳米的时候,和金属耐蚀性差。

根据样品的腐蚀过程和其表面腐蚀形态,我们结合铝合金腐蚀的基本原理,最后和等效电路模型中选择这一实验如图9。C₁代表了电容的样品表面的腐蚀产物膜。C₂代表之间的化学反应双层电容样品和反应介质。R_r代表的抵抗反应介质,R_t氧化膜的电阻和腐蚀产物表面的金属样品,和R_年代代表了电荷转移过程中阻力经验丰富的电化学反应发生时。

ZSimpwin软件被用来适应等效电路中的参数图7075铝合金在海洋大气腐蚀。图10等效电路中显示了每个组件的数据图。

如图10,可以得出结论,在没有紫外线辐射,在电荷转移电阻在反应是558.8Ω·厘米²,电荷转移电阻73.08Ω·厘米²在紫外线的波长185 nm的测试。样品的腐蚀速率没有紫外线的照射是最小的。紫外线波长185纳米时,电化学反应的电子迁移的阻力是最小的,和样品的腐蚀速率最大。紫外线辐射会降低样品的表面电荷转移电阻,和腐蚀速率会增加因此,与失重法的测量结果一致。

从图可以看出10反应介质的阻力是最小的在没有紫外线辐射的环境。反应介质的阻力显著增加在紫外线照射下波长185 nm、254 nm和365 nm。因此,紫外线辐射会增加海洋大气介质的阻力,和反应介质的阻力是最大的在测试环境中紫外线波长365纳米。

3.4。腐蚀机理研究

许多学者认为,最重要的因素影响海洋大气腐蚀是Cl⁻在海水和大气。大量的实验数据证明了Cl⁻对金属腐蚀(有促进作用17- - - - - -20.]。关于海洋中金属铝的主要化学反应气氛,学者也得出了同样的结论(5,21,22]。金属铝的腐蚀在大气中被认为是电化学腐蚀。这个化学反应直接促进了薄的氧化膜或金属的断裂,甚至溶解(铝合金矩阵20.]。

大量的Cl⁻海洋大气中参与了反应。Cl⁻将铝合金表面吸附和化学反应与金属表面的氧化膜。经过一系列的反应,最后的间变性大细胞淋巴瘤引起₃产品溶于水。特定的反应步骤如下:

了紫外线辐照金属的腐蚀也会受到其他因素的影响。例如,氧气进行了相应的化学反应一定波长的紫外线的照射下生成氧原子(23];氧原子和氧气分子的重组生成臭氧。

氧气和臭氧在紫外线的辐射下的转换过程如下:

h普朗克常数,大小的描述量子物理常数;ν紫外线光的频率。

O₃通常有一个催化加速对金属腐蚀的影响。O₃将与H反应⁺和Cl⁻在金属表面。相反,氧原子之间的相互作用和空气中的水分子产生氢氧自由基增加大气的侵蚀作用[24),从而大大增加金属的腐蚀速率。这也解释了为什么7075铝合金的腐蚀速率标本在紫外线下照射的速度比,没有紫外线照射的标本。

4所示。结论

(1)7075铝合金的腐蚀速率海洋大气中由于紫外线辐射可能会显著增加。试样的腐蚀速率由紫外线辐照2到3倍的标本没有紫外线。(2)7075铝合金试样的海洋大气腐蚀表面暴露于紫外线时可能会增加。紫外线波长为185 nm时,腐蚀产物在样品表面排列松散,有更多的毛孔。波长254 nm和365 nm时,样品表面的腐蚀产物分布更均匀,气孔少。(3)对于不同波长的紫外线辐射,7075铝合金在海洋大气的腐蚀速率是不同的。7075铝合金在海洋大气后未能形成稳定的钝化膜下的紫外线波长185 nm,腐蚀速率是最快的。

数据可用性

研究数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

这项研究工作受到了民航安全能力建设基金(安全评价体系建设multibranch复杂环形围裙管网)。

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