鄧玉臻，呂慶玉，王曉光

（叢林集團(tuán)有限公司，龍口265705）

0 前言

表1 實(shí)驗(yàn)合金A和B的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

6×××合金因其合金特性通常不加處理就具有較好的耐腐蝕性能，目前已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但其在軌道交通車輛等結(jié)構(gòu)受力件領(lǐng)域中的應(yīng)用較少，這些部位多以7 ××× 高強(qiáng)合金為主。7×××系合金雖具有較高的強(qiáng)度，但是其擠壓成形性、成品率以及腐蝕方面的不足，促使部分軌道車輛廠開始考慮通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合金優(yōu)化來拓展6×××系合金的用途，并對6×××系合金的諸如腐蝕方面的性能提出了更高要求。

6005A 合金是一種具有中高強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)鋁合金，一般認(rèn)為具有良好的抗腐蝕性能，但是受限于合金成分等因素，其實(shí)際腐蝕性能存在差異。因此了解影響6005A 合金腐蝕性能的因素可以為合金優(yōu)化升級和實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。本文以6005A鋁合金剝落腐蝕為研究點(diǎn)，通過腐蝕實(shí)驗(yàn)和分析，從合金成分、組織、表面質(zhì)量、腐蝕環(huán)境以及焊接影響等方面對影響6005A 剝落腐蝕的因素進(jìn)行了探討，并提出了針對性的應(yīng)對措施。

剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)溶液配制和結(jié)果判定按照GB/T 22639-2008 要求執(zhí)行，腐蝕溶液pH 使用雷磁PHS-3E 精密酸度計(jì)測量，試樣尺寸為40 mm×100 mm×型材厚度，試樣均經(jīng)過175 ℃×8 h 的人工時效。待檢測試樣在加工和運(yùn)輸過程中應(yīng)對主試驗(yàn)面進(jìn)行必要的防護(hù)和清洗，實(shí)驗(yàn)前對非實(shí)驗(yàn)面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)覆蓋，側(cè)面未防護(hù)。腐蝕實(shí)驗(yàn)在可實(shí)現(xiàn)溫度準(zhǔn)確控制的設(shè)備中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中確保溶液體積與試樣的暴露面積之比在15 mL/cm2左右。

資料顯示，鋁合金中的Cu 元素雖然能有效抑制停放效應(yīng)，提高人工時效效果，但是會對鋁合金腐蝕產(chǎn)生不利影響；擠壓型材表面受擠壓工模具限制會呈現(xiàn)不同的表面質(zhì)量和差異化組織，這些部位會成為易腐蝕部位；環(huán)境尤其是環(huán)境pH 的變化會加速腐蝕的萌生與擴(kuò)展；由于焊接熱影響區(qū)的存在使其內(nèi)部組織不均勻，這也可能成為腐蝕萌生的優(yōu)先位置。針對這些因素，本文通過以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比研究。

1 實(shí)驗(yàn)方案

表2 剝落腐蝕試驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)選用6005A系的兩個分支合金進(jìn)行，分別命名為合金A 和合金B(yǎng)。其中A 為常規(guī)6005A 合金，成分滿足國標(biāo)要求，B為優(yōu)化升級的合金，它們的具體成分如表1所示。

本文使用美國英斯特朗CLB3 布氏硬度計(jì)、蔡司Observer.A1m光學(xué)顯微鏡和TR220便攜式粗糙度儀進(jìn)行硬度、金相及粗糙度檢測。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 合金成分的影響

在擠壓A、B 合金時，采用相同的擠壓工藝以確保型材出口溫度在495 ℃左右。A、B 合金的剝落腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 A、B合金剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)前后形貌圖（左側(cè)為實(shí)驗(yàn)前，右側(cè)為試驗(yàn)后）

結(jié)果顯示，A合金型材試驗(yàn)結(jié)束后表面發(fā)生可見的輕微點(diǎn)蝕情況，腐蝕級別判定為PA 級，而B合金宏觀表面未出現(xiàn)可見腐蝕現(xiàn)象，腐蝕級別判定為N 級。由此可見，合金中Cu 的含量對合金剝落腐蝕有影響，較低的銅含量對剝落腐蝕性能有利，這與資料論述一致[1]。

A合金的腐蝕是由于型材局部發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，原因可從兩個方面分析：一方面，Cu 元素的存在能加速時效進(jìn)程，相同時效制度下能析出更多的強(qiáng)化相，而6005A 合金的Mg、Si 元素及其強(qiáng)化相與基體存在一定的電位差[2-3]；另一方面Cu 元素的電極電位正于鋁基體，形成的電位差會促進(jìn)腐蝕，尤其是當(dāng)Cu 元素在晶界部位析出時。電位差的存在為電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生提供了必要條件，一旦其它諸如腐蝕介質(zhì)等條件滿足時腐蝕即可萌生和擴(kuò)展。因此，合理控制Cu含量對提高6×××合金的腐蝕性能影響巨大。

2.2 pH的影響

選取B 合金試樣在不同pH 的溶液中進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 兩種表面質(zhì)量的B 合金型材剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)前后形貌圖（左側(cè)為實(shí)驗(yàn)前，中間溶液pH0.25，右側(cè)國標(biāo)溶液pH0.43）

圖2中a、b試樣在型材同一位置取樣，但在不同溶液中呈現(xiàn)不同的腐蝕形貌。隨著酸度增加，腐蝕明顯加重，而且腐蝕在斷面分布呈現(xiàn)規(guī)律性：除均勻分布的局部點(diǎn)蝕外，沿?cái)D壓方向出現(xiàn)一條帶狀嚴(yán)重腐蝕分布區(qū)。由此可見pH 的降低會增加腐蝕產(chǎn)生的概率，這與Cl-和H+的交互作用有關(guān)。在低pH 環(huán)境下，Cl-更容易擊穿鋁合金氧化膜并促進(jìn)腐蝕的萌生和擴(kuò)展。

觀察腐蝕嚴(yán)重部位的橫斷面金相（見圖3），發(fā)現(xiàn)此型材表面粗晶不明顯，腐蝕嚴(yán)重帶正好處于型材融合口附近，而且腐蝕坑沿融合口與基體邊界向內(nèi)部基體延伸，深度大于基體和融合口心部，說明型材內(nèi)的差異性組織邊界會成為腐蝕快速擴(kuò)展的通道。從電化學(xué)腐蝕角度分析，這是因?yàn)椴町惢慕M織邊界處更易形成局部大電位差，有利于電化學(xué)腐蝕的進(jìn)行，而且一旦腐蝕開始，邊界處的腐蝕擴(kuò)展迅速。

2.3 表面質(zhì)量的影響

觀察圖2 可見實(shí)驗(yàn)型材a、b 和c、d 在pH0.25的溶液中呈現(xiàn)的腐蝕形貌存在明顯差異。對比分析發(fā)現(xiàn)，二者的差異主要體現(xiàn)在表面質(zhì)量上。經(jīng)測量和觀察，a、b 試樣表面橫向粗糙度在0.4 μm 左右，且縱向模痕清晰可見；c、d試樣表面橫向粗糙度為0.2 μm。我們知道當(dāng)鋁合金處于腐蝕介質(zhì)中時，氧化膜是處于一種破壞與生成的雙向過程，當(dāng)生成速度大于或等于破壞速度時，合金是完全耐蝕的，但是當(dāng)條件惡劣至氧化膜破壞速度大于生成速度時，氧化膜會不斷減薄，直至破裂露出內(nèi)部新鮮金屬，此時腐蝕將加速進(jìn)行。資料顯示[1，4]，鋁合金表面有缺陷的部位，其生產(chǎn)的氧化膜厚度較薄，缺陷邊緣尖銳部位的氧化膜可能存在裂紋，降低了氧化膜的穩(wěn)定性和均勻性，削弱了氧化膜對鋁合金基體的保護(hù)作用。因而由工藝或工模具原因?qū)е碌哪：酆捅砻嫫鸫痰葧Ωg產(chǎn)生重要影響。

2.4 焊接的影響

選取B合金試驗(yàn)料，按照車體材料焊接工藝進(jìn)行拼裝焊接，選取其中無缺陷的帶余高焊接部位進(jìn)行剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

從焊接試樣的剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，型材基體和焊縫附近未出現(xiàn)腐蝕痕跡，但是在距離焊縫左右20 mm附近出現(xiàn)明顯的腐蝕情況。在側(cè)面未防護(hù)的情況下，型材邊部出現(xiàn)明顯的向內(nèi)部延伸的分層（類似晶間腐蝕），且主要沿平行于焊縫的方向分布。腐蝕結(jié)果顯示，焊接部位附近的型材在焊接熱的影響下，橫向析出相分布發(fā)生變化，靠近焊縫附近的金屬受高溫重新固溶并發(fā)生緩慢自然時效，熱影響區(qū)遠(yuǎn)端則因升溫小而發(fā)生過時效-峰時效的過渡。而焊縫附近的硬度如圖5所示。在距焊縫20 mm左右，硬度由高值80 HB發(fā)生向下的突變，判斷熱影響區(qū)寬度應(yīng)略大于40 mm左右，與本實(shí)驗(yàn)的試樣寬度接近。由此可知，焊接部位的熱影響區(qū)靠近基體部位的耐蝕性較差，這可能與此部位時效處于峰時效附近有關(guān)[5]。

圖5 焊接試樣焊縫附近橫斷面硬度分布

3 改善措施

本文從合金元素、pH、表面質(zhì)量和焊接四個方面對影響腐蝕的因素進(jìn)行了對比研究，它們對腐蝕的產(chǎn)生和擴(kuò)展均存在不同程度的影響。為提升合金的抗腐蝕性能，可以從生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與防護(hù)等方面進(jìn)行改善。

（1）生產(chǎn)方面，通過成分優(yōu)化，控制可能導(dǎo)致腐蝕加速的合金元素如Cu 等的含量，并配以合理的時效工藝，以便確保型材基體的耐蝕性；工模具應(yīng)做好拋光處理，尤其是工作帶部位的拋光和氮化處理，以提高工作帶的光潔度和耐磨性，提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量；擠壓工藝制定應(yīng)保證型材具有良好的擠出表面質(zhì)量，即要控制好出口溫度；儲運(yùn)過程中，應(yīng)采取措施使型材避免出現(xiàn)磕碰等損傷。

（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)與防護(hù)方面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮使用環(huán)境和部位，避免在融合口部位和焊接部位形成內(nèi)外部積液；對可能形成高酸度積液的部位，必須定期檢查并清理，對已發(fā)生腐蝕的部位進(jìn)行必要處理；對焊接完成的拼接樣可根據(jù)斷面硬度分布對性能突變部位進(jìn)行特殊的表面涂覆防腐處理，提高耐蝕性。

4 結(jié)束語

隨著人們對鋁合金綜合性能要求的不斷提高，6×××合金的耐腐蝕性能研究也將越來越深入。本次研究從剝落腐蝕實(shí)驗(yàn)本身出發(fā)，對影響6005A合金剝落腐蝕的幾個主要因素進(jìn)行了探討分析，并提出了針對性的預(yù)防解決措施，可為提高該合金的綜合性能和用途提供指導(dǎo)。