Korrosionsverhalten von 5052- und 6061-Aluminiumlegierungen in der Tiefseeumgebung

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Korrosionsverhalten von 5052- und 6061-Aluminiumlegierungen in einer Tiefseeumgebung

Aluminiumlegierungen haben eine geringe Dichte, eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit, eine hohe spezifische Festigkeit und eine hohe spezifische Steifigkeit. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Nichteisenmetall-Konstruktionsmaterialien in der Industrie. Es verfügt über eine hohe Korrosionsbeständigkeit und wird zunehmend im Schiffsbau eingesetzt. Umfangreich. In den 1940er Jahren wurden erstmals in den 1940er-Jahren bei Expositionsversuchen im Gebiet des Panamakanals Daten über die tatsächliche Korrosion von Aluminiumlegierungen im Meer gesammelt.
Von 1962 bis 1970 führte die US-Marine in Port Wynemee, Kalifornien, große -reale-Experimente zur Meeresexposition durch.

Zu den exponierten Materialien gehören bis zu 475 Legierungen, darunter sieben Arten von Aluminiumlegierungen: 1100, 2014, 3003, 5052, 5083, 6061 und 7002. Korrosionsexpositionsversuche wurden in Flachmeeren sowie in Tiefseeumgebungen von 700 bis 2000 Metern durchgeführt. Untersuchung des Korrosionsverhaltens der folgenden Materialien.

Chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierungen 5052 und 6061

Einfluss von Legierungselementen auf die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen

Legierungselemente in Aluminiumlegierungen beeinflussen deren Korrosionsbeständigkeit vor allem durch die Bildung verschiedener Einschlüsse und Legierungen [M, 11, 14-22].
Die Hauptbestandteile der Aluminiumlegierung 5052 sind die intermetallische Verbindung Al6 (Fe, Mn) und die P-Phase (Mg2Al3). Das Potential der intermetallischen Verbindung Al6 (Fe, Mn) beträgt etwa -700 mV (psSCE, siehe unten) und ist damit etwas höher als das der Matrix. Die Kathodenphase hat ein Potential von -800 mV, während die Lu-Phase (Mg₂Al₃) ein Potential von etwa -920 mV hat, was etwas niedriger ist als das Potential der Matrix und als Anode 116_181 fungiert.

Die Verunreinigungsphasen AlFe-Si und Mg₂Si bilden den Großteil der Aluminiumlegierung 6061. Das Potenzial der A1Fe-Si-Phase beträgt etwa -200 mV, was viel größer ist als das Potenzial der Matrix, und sie liegt als Kathodenphase vor; Das Potential der Mg₂Si-Phase liegt bei etwa -1200 mV, was viel niedriger ist als das Potential des Substrats und fungiert als Anode [119_221].
Sowohl die zweiten Phasen als auch die Aluminiumlegierungsmatrix bilden ein Mikropaar. Die Mikrokopplungseffekte der Aluminiumlegierungen 5052 und 6061 unterscheiden sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Mikrostrukturen.Die Mg₂Al₃-Phase mit niedrigem -Potenzial in der 5052-Aluminiumlegierung korrodiert bevorzugt als Anode, während die Al-Fe-Mn-Phase relativ zum Substrat ein hohes Potential aufweist, was die Substratkorrosion fördert. In der Aluminiumlegierung 6061 hat die zweite Phase von Mg₂Si ein niedriges Potenzial im Verhältnis zum Substrat, fungiert als Anode und korrodiert bevorzugt. Die Al-Fe^Si-Phase mit einem hohen Potenzial im Verhältnis zum Substrat fungiert als Kathodenphase, fördert die Korrosion des umgebenden Substrats und beschleunigt die Korrosion der 6061-Aluminiumlegierung.

Im Vergleich zu 5052- und 6061-Aluminiumlegierungen weisen die beiden Phasen in 6061-Aluminiumlegierungen einen größeren Potenzialunterschied auf und der Einfluss von Mikroelementen ist stärker, was sie anfälliger für Lochfraßkorrosion macht. Nach der Entstehung von Lochfraß breitet sich die Korrosion schnell aus und führt schließlich zur Perforation der Korrosion. Die 5052-Aluminiumlegierung hat eine geringere Potentialdifferenz zwischen den beiden Phasen als die 6061-Aluminiumlegierung, einen geringeren Mikrokopplungseffekt und einen etwas geringeren Lochfraßgrad.

Einfluss von Tiefsee-Umweltfaktoren auf die Korrosion von Aluminiumlegierungen

Die Entzündung von Aluminiumlegierungen kann in zwei Phasen unterteilt werden: Lochfraßkeimbildung und Lochfraßausbreitung. Es gibt drei grundlegende Theorien über die Gründe für das Aufreißen des Passivierungsfilms und die metastabile Lochfraßkeimbildung: den Ionenpenetrationsmechanismus, den Aufreißmechanismus des Passivierungsfilms und den Adsorptionsprozess. Der Mechanismus der Chloridionenpenetration wird berücksichtigt. Wenn aggressive Anionen (z. B. Cl) auf dem Passivierungsfilm adsorbiert werden, ist der Chloridionenradius gering und lässt sich leicht passieren. Starke Induktionsionen. Leitfähig, sodass an einer bestimmten Stelle des Films eine hohe Stromdichte aufrechterhalten werden kann und Kationen dazu angeregt werden, sich zufällig zu bewegen. Lochfraß tritt auf, wenn das elektrische Feld an der Grenzfläche der Filmlösung einen kritischen Wert erreicht [241]. Das Punktdefektmodell von Macxloiiald wurde entwickelt, um zu erklären, wie Passivierungsfilme reißen. Aggressive Anionen (z. B. Cl_) adsorbieren auf der Oxidoberfläche und reagieren mit Kationen an der Grenzfläche zwischen Ion und Lösung, wodurch Kationenfehlstellen im Passivierungsfilm entstehen. Diese Kationenfehlstellen werden durch die Schwerkraft zum Metallfilmkontakt hin bewegt. Wenn zusätzliche Kationenfehlstellen den Metall-/Filmkontakt erreichen und nicht gefressen werden können, bilden sie „Leerstellencluster“, die den Passivierungsfilm erfolgreich vom Metallsubstrat entfernen, was zu Lochfraß führt. Die Adsorptionshypothese wird als Lochfraßkorrosion bezeichnet.

Das Auftreten ist auf die konkurrierende Adsorption von Cl und O126 zurückzuführen. Sobald sich die Korrosionsgrube gebildet hat, schreitet die Lochfraßkorrosion rasch voran. Dies ist auf den Säuregehalt und den Autokatalyseprozess innerhalb der Grube zurückzuführen. Der Zustand (Potenzial ist negativer) wird zur Anode.

Die Oberfläche der Aluminiumlegierung außerhalb des Lochs befindet sich noch in einem Passivierungszustand und das Potenzial, zur Kathode zu werden, ist positiver. Dadurch entsteht innerhalb und außerhalb des Korrosionslochs eine Aktivierungs--Passivierungs-Mikro--Punktpaar-Korrosionszelle; Das Metall Die Anodenreaktion in den Poren kann als Ansammlung von Korrosionsprodukten (Al₂O₃, SiO₂ und Spuren von Mg₃(SO₄)₂(OH)₂ und NaCl) in der Nähe der Mündung der Korrosionsgrube beschrieben werden, wodurch nach und nach eine verstopfte Zelle entsteht, die die Bildung von Poren behindert.

Interne und externe Ionenmigration sowie Diffusion von gelöstem Sauerstoff. Sowohl innerhalb als auch außerhalb des Lochs wird eine Sauerstoffkonzentrationsbatterie erzeugt; Der hohe Säuregehalt und die Chloridionenkonzentration des Lochs fördern eine zusätzliche Korrosion des Metalls, was zu einem autokatalytischen Prozess der blockierten Batterie führt.

Fazit der Analyse

(1) Die Korrosionsrate und die maximale Lochfraßtiefe der Aluminiumlegierungen 5052 und 6061 im Südchinesischen Meer sind auf 1200 m niedriger als auf 800 m. In der gleichen Umgebung sind die Korrosionsrate und die maximale Lochfraßtiefe der 5052-Aluminiumlegierung. Die Pittiefe ist deutlich geringer als bei der Aluminiumlegierung 6061.

(2) Eine vergleichende Untersuchung der experimentellen Ergebnisse und einschlägiger Literaturdaten zeigt, dass mit zunehmender Wassertiefe die maximale Lochfraßtiefe der Aluminiumlegierungen 5052 und 6061 zunächst zunimmt und dann abnimmt, wobei die maximale Lochfraßtiefe bei etwa 800 m auftritt.
(3) Sowohl die 5052- als auch die 6061-Aluminiumlegierungen wiesen Spaltkorrosion und Perforationen im Nietbereich auf, und die Spaltkorrosion der 5052-Aluminiumlegierung war schwerwiegender, und im Abschnitt . 5052 trat schwere Rillenkorrosion auf, und bei den 6061-Aluminiumlegierungen trat hauptsächlich Lochfraß auf der Oberfläche auf, und auf der Oberfläche der 6061-Aluminiumlegierung trat eine Kerzengrube auf Die Aluminiumlegierung war tiefer und dichter, was in der 800 m tiefen Meeresumgebung zu Lochfraß und Perforationen führte.

(4) Die weißen Korrosionsprodukte auf den Oberflächen der Aluminiumlegierungen 5052 und 6061 bestehen aus Al₂O₃, SiO₂ und Spuren von Mg₃(SO₄)₂(OH)₂ und NaCl.