【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 蝕 性的研究最 早 可以追溯到 上個(gè)世紀(jì)的 20 年代。 早在 1928年，美國(guó) Alcoa實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了相當(dāng)廣泛的變形鋁合金和鑄造鋁合金試樣的大氣暴露試驗(yàn)。1931 年美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì) (ASTM)的 B 一 3 和 B 一 7 委員會(huì)開(kāi)始了一系列的研究工作，隨著這些試驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)行和新型鋁合金的加入，提供了鋁及其合金的大量大氣腐蝕數(shù)據(jù)。日本于 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始建立標(biāo)準(zhǔn)暴露試驗(yàn)室，正式關(guān)注大氣腐 蝕，但對(duì)鋁合金大氣環(huán)境腐蝕的研究不多，時(shí)間很短。我國(guó)于 1955 年開(kāi)始建立大氣腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站， 1980 年在國(guó)家科委組織和有關(guān)部門的共同支持下，我國(guó)大氣、海水、土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站全部恢復(fù)建設(shè)，開(kāi)始了我國(guó)常用材料 (包括鋁及其合金 )大氣、海水、土壤環(huán)境中長(zhǎng)期、系統(tǒng)的腐蝕試驗(yàn)研究，并取得了大量有價(jià)值的研究成果 [17]。 但是，由于 鋁和鋁合金的大氣腐蝕研究現(xiàn)狀和歷史 ， 以及傳統(tǒng)的大氣暴露試驗(yàn)和室內(nèi)模擬加速試驗(yàn)所做的工作和不足 ， 鋁和鋁合金的大氣腐蝕機(jī)理方面 ， 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)往往不能給出滿意的結(jié)果 。 一些原位測(cè)量技術(shù) ， 如環(huán)境掃描電 鏡 ， 開(kāi)爾文探針和紅外吸收光譜等已在大氣腐蝕研究中應(yīng)用 ， 為清晰地描述鋁和鋁合金的大氣腐蝕機(jī)理提供了有利條件 ?？梢哉f(shuō)，在現(xiàn)在多種技術(shù)結(jié)合的結(jié)合和運(yùn)用之下，對(duì)于我們?nèi)祟惤沂句X及鋁合金的大氣腐蝕是具有非常大的幫助的。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁(yè) 第 2 章 本論 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)設(shè)備 電化學(xué)工作站：電化學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，將恒電位儀，恒電流儀和電化學(xué)交流阻抗分析儀有機(jī)的結(jié)合在一起，既能夠檢測(cè)電池電壓、電流、容量等基本參數(shù)，又能夠檢測(cè)體現(xiàn)電池反應(yīng)機(jī)理的交流阻抗參數(shù)，從而完成對(duì)多種狀態(tài)下電池參數(shù)的跟蹤和分析；在試驗(yàn)中，用于檢測(cè)高強(qiáng)度鋁合金的腐蝕電極電位。 光學(xué)金相顯微鏡：利用光學(xué)的原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取所測(cè)的試樣的微細(xì)結(jié)構(gòu)信息的光學(xué)儀器；在試驗(yàn)中，用于觀察試樣腐蝕后的金相組織 。 掃描電 子顯微 鏡 ：利用二次電子信號(hào)成像來(lái)觀察樣品的表面形態(tài)，即用極狹窄的電子束去掃描樣品，通過(guò)電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)；在試驗(yàn)中對(duì)試樣進(jìn)行成像分析。 能譜儀：利用不同元素 X 射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行成分分析；在試驗(yàn)中用來(lái)對(duì)試樣微區(qū)成分元素種類與含量分析，配合 掃描電 子顯微 鏡 一起使用。 水浴鍋：傳感器將 水槽內(nèi)的水的溫度裝換為電阻值，經(jīng)過(guò)集成放大器的放大、比較以后，輸出控制信號(hào)，有效的控制電加熱管的平均加熱功率，使水槽內(nèi)的水保持恒定的溫度；在試驗(yàn)中用于浸泡試驗(yàn)，使試樣在恒定溫度的鹽溶液中進(jìn)行腐蝕。 電子稱：稱取試樣腐蝕前后的重量變化。 超聲波清洗機(jī) ： 把試驗(yàn)浸泡在丙酮中，丙酮液體中的每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓，這種現(xiàn)象稱為“空化作用”，超聲波清洗機(jī)正是用液體中氣泡的破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖刷試驗(yàn)內(nèi)外表面的作用。在試驗(yàn)中，用于清洗腐蝕前后的試驗(yàn)。 試驗(yàn)藥品 不同合金元素的高強(qiáng)度鋁合金材料（ AlSi、 AlCu） ，銅線， NaCl ，除銹液，蒸餾水，酒精，丙酮 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁(yè) 試驗(yàn)內(nèi)容和方法 測(cè)定試驗(yàn)材料的腐蝕電位和極化曲線 （一）基本原理 電化學(xué)工作站在電池檢測(cè)中占有十分重要的地位，是本試驗(yàn)測(cè)量試樣電極電位最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。它將恒電位儀、恒電流儀和電化學(xué)交流阻抗分析儀有機(jī)的結(jié)合在了一起，即可做三種基本功能的常規(guī)試樣，也可以做基于這三種基本功能的程式化試驗(yàn)。在試驗(yàn)中即能檢測(cè)電測(cè)電壓、電流 、容量等基本參數(shù)，又能檢測(cè)體現(xiàn)電池反應(yīng)機(jī)理的交流阻抗參數(shù)，從而完成對(duì)多種狀態(tài)下電池參數(shù)的跟蹤和分析。電極是與電解質(zhì)溶液或電解質(zhì)接觸的電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體，為多相體系。電化學(xué)體系借助于電極實(shí)現(xiàn)電能的輸入和輸出，電極是實(shí)施電極反應(yīng)的場(chǎng)所。一般電化學(xué)體系分為二電極體系和三電極體系，用的較多的是三電極體系，本實(shí)驗(yàn)采用的就是三電極體系。相應(yīng)的三電極體系為：工作電極、參比電極和輔助電極。 工作電極：又稱為研究電極，是指所研究的反應(yīng)在該電極上發(fā)生。一般來(lái)講，對(duì)工作電極的基本要求是：（ 1）所研究的電化學(xué)反應(yīng)不會(huì)應(yīng)電極自身所發(fā)生 的反應(yīng)而受到影響，并且能夠在較大的電位區(qū)域中進(jìn)行測(cè)定；（ 2）電極必須不能與溶劑或電解液組分發(fā)生反應(yīng)；（ 3）電極面積不宜太大，電極表面最好應(yīng)是均一平滑的，且能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行表面的凈化等清潔工作。 為了滿足工作電極的上述的要求，我把需要測(cè)定電極電位的高強(qiáng)度鋁合金材料制作成工作面積為一個(gè)平方厘米的大小的正方形試樣，從 0 粗砂紙到 6 細(xì)砂紙依次對(duì)試樣進(jìn)行金相的磨制；為了防止試樣除去工作面的其他部分與電解液發(fā)生反應(yīng)，我把試樣的其 他面用絕緣的膠水封住，并在密封之前在試樣的背面焊接了一根電導(dǎo)線，這樣既保證了工作電極在用膠水密封住凝固后依然導(dǎo)電，又保證了工作電極的絕緣性，不與電解液發(fā)生反應(yīng)。 參比電極：是指一個(gè)已經(jīng)知道其電勢(shì)的接近于理想不極化的電極。參比電極上基本上是沒(méi)有電流通過(guò)的，用于測(cè)定研究電極，相對(duì)于參比電極的電極電勢(shì)。在控制電位試驗(yàn)中，因?yàn)閰⒈劝腚姵乇３止潭ǖ碾妱?shì)，因而加到電化學(xué)池上的電勢(shì)的任何變化值直接表現(xiàn)在工作電極和電解質(zhì)溶液的界面上。而實(shí)際上，參比電極既起著熱力學(xué)參比，又將工作電極作為研究體系隔離起來(lái)的雙重作用。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁(yè) 參比電極 的種類有很多，不同的研究體系可以選擇不同的參比電極。水溶液體系中常見(jiàn)的參比電極有：飽和甘汞電極（ SEC）、 AlClAl/ 電極、標(biāo)準(zhǔn)氫電極等。本試驗(yàn)是在10%的飽和 NaCl 水溶液中進(jìn)行的，所以選擇的是飽和甘汞電極。 輔助電極：又稱對(duì)電極，輔助電極和工作電極組成回路，使工作電極上電流暢通，以保證所研究的反應(yīng)在工作電極上進(jìn)行，但必須無(wú)任何方式限制電池觀測(cè)的響應(yīng)。由于工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)時(shí)，輔助電極上可以安排為氣體的析出反應(yīng)或工作電極反應(yīng)的 逆反應(yīng)，以使電解液的組分不變，即輔助電極的性能一般不顯著影響研究電極上的反應(yīng)。但減少輔助電極上的反應(yīng)對(duì)工作電極的干擾的最好方法就是用燒結(jié)玻璃、多孔陶瓷或離子交換膜等來(lái)隔離兩電極區(qū)的溶液。 本試驗(yàn)選擇的是 10%的飽和 NaCl 溶液來(lái)作為電解液。 圖 21 電化學(xué)工作站的工作原理圖 浸泡試驗(yàn) （一）試驗(yàn)工作原理 水浴鍋 工作原理：恒溫水浴鍋內(nèi)水平放置 有 不銹鋼管狀加熱器，水槽的內(nèi)部放有帶孔的鋁制擱板。上蓋上配有不同口徑的組合套圈，可 以 適應(yīng)不同口徑的燒瓶 放置 。水浴鍋?zhàn)髠?cè)有放水管，恒溫水浴鍋右側(cè)是電氣箱，電氣箱前面板上裝有溫度控制儀表、電源開(kāi)關(guān)。電氣箱內(nèi)有電熱管和 傳感器 。該溫度控制系統(tǒng)采用了優(yōu)質(zhì)電子元件，控溫靈敏、 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁(yè) 性能可靠、使用方便。其工作原理：傳感器將水槽內(nèi)水的溫度轉(zhuǎn)換為電阻值，經(jīng)過(guò)集成放大器的放大、比較后，輸出控制信號(hào)，有效地控制電加熱管的平均加熱功率，使水槽內(nèi)的水保持恒溫。 浸泡試驗(yàn) 工作原理： 就是將試樣以一定方式浸泡在實(shí)驗(yàn)室配制的溶液中或現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)中 ,在達(dá)到規(guī)定的時(shí) 間的基 礎(chǔ) 之上 ， 來(lái)計(jì)算試驗(yàn)的腐蝕速率， 適用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) ，也是測(cè)定金屬腐蝕速度最可靠方法之一 。本 試驗(yàn)主要是 著重闡述實(shí)驗(yàn)室重量法 來(lái) 評(píng)定的浸泡試驗(yàn) 的腐蝕速率。 （二）試驗(yàn)內(nèi)容 在試驗(yàn)的過(guò)程中，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，我把所要研究的兩種高強(qiáng)度鋁合金材料（ AlSi、AlCu）做了尺寸上的處理，分別把兩組材料制成了規(guī)則的幾何形狀且大致均勻的試樣。每組四個(gè)試樣，分別用酒精和丙酮清洗之后，稱取每個(gè)試樣的重量，記錄，用不同顏色的絕緣導(dǎo)線捆綁來(lái)進(jìn)行每個(gè)試樣的識(shí)別。最后，懸掛在裝滿電解溶液的燒杯里來(lái)進(jìn)行浸泡試驗(yàn)。由于本試驗(yàn)研究的是模擬海洋腐蝕環(huán)境下高強(qiáng)度鋁合金的腐蝕情況，為了配合之前對(duì)試驗(yàn)所測(cè)的試樣的電極電位，本試驗(yàn)選擇 的腐蝕溶液也是 10%的 NaCl 溶液。因?yàn)楦邚?qiáng)度鋁合金材料在鹽水的腐蝕是一個(gè)比較緩慢的過(guò)程，為了試驗(yàn)效果能夠比較明顯，我把水浴鍋的溫度設(shè)定為 C?40 ，并把實(shí)驗(yàn)的周期定位 8 天，即每?jī)商烊〕鲆唤M試驗(yàn)進(jìn)行分析和觀察。 試樣的金相觀察和成分分析 （一） 光學(xué)金相顯微鏡 工作原理： 是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、 計(jì)算機(jī) 圖像處理技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開(kāi)發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計(jì)算機(jī)上很方便地觀察金相圖像，從而對(duì)金相圖譜進(jìn)行分析，評(píng) 級(jí)等以及對(duì)圖片進(jìn)行輸出、打印。 本試驗(yàn)用的是電腦型的金相顯微鏡系統(tǒng)，是將傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡與計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換有機(jī)的結(jié)合在一起，不僅可以在目鏡上作顯微觀察，還能在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上觀察實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形，并能將所需要的圖片進(jìn)行編輯、保存和打印。 特點(diǎn)：本試驗(yàn)采用的光學(xué)金相顯微鏡系統(tǒng)擁有 耐磨的先進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡，明場(chǎng)、暗場(chǎng)、偏光、微分干涉等觀察功能齊全，高精度的萬(wàn)能物鏡，超寬的視野，使觀察者在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)非常的舒適；采用的是 UIS 無(wú)限遠(yuǎn)補(bǔ)正光學(xué)系統(tǒng)，視野周邊非常明亮、清晰；在觀察過(guò)程中，試樣的觀察面倒置，用橡皮泥 包裹后壓平，使觀察面在一個(gè)水平的狀態(tài) 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) 之下， 提高 了 檢查 的 功效 ；顯微鏡的 放大倍數(shù) 的范圍比較寬泛，在 50 倍 ～ 1000 倍 ， 適合多種觀察的要求，且擁有 精密 的 鏡頭，圖像 的 質(zhì)量 很 高 ； 前置調(diào)光器及粗微 可以 同軸調(diào)焦，使用者操作舒適 ； 照明光源 是 6V30W 長(zhǎng)壽燈泡，可選配至 100W； 可連接數(shù)碼成像系統(tǒng)及金相分析軟件 。 在試驗(yàn)的過(guò)程中，光學(xué)金相顯微鏡用于觀察試樣腐蝕前后進(jìn)行組織，并把觀察到的金相圖像用圖片的形式記錄下來(lái)，以便后期對(duì)試樣的腐蝕情況的分析。在本試驗(yàn)中，我選用的光學(xué)金相顯微鏡的放大倍數(shù)為 200 倍 。 （二） 掃描電 子顯微 鏡 工作原理： 在樣品室中，掃描電子束與樣品發(fā)生相互作用后產(chǎn)生多種信號(hào)，其中包括二次電子、背散射電子、 X 射線、吸收電子、俄歇 (Auger)電子等。在上述信號(hào)中，最主要的是二次電子，它是被入射電子所激發(fā)出來(lái)的樣品原子中的外層電子，產(chǎn)生于樣品表面以下幾 nm 至幾十 nm 的區(qū)域，其產(chǎn)生率主要取決于樣品的形貌和成分。通常所說(shuō)的掃描電鏡像指的就是二次電子像， 利用二次電子信號(hào)成像來(lái)觀察樣品的表面形態(tài)，即是用極其狹窄的電子束去掃描樣品，通過(guò)電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，在試驗(yàn)中對(duì)試樣進(jìn)行成像分析， 它是研究樣品表面形貌的最 有用的電子信號(hào)。檢測(cè)二次電子的檢測(cè)器的探頭是一個(gè)閃爍體，當(dāng)電子打到閃爍體上時(shí)， 1 就在其中產(chǎn)生光，這種光被光導(dǎo)管傳送到光電倍增管，光信號(hào)即被轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，再經(jīng)前置放大及視頻放大，電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，最后被送到顯像管的柵極。 掃描電子顯微鏡主要由電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)、圖像顯示和記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等部分組成。 特點(diǎn)： 能夠直接觀察樣品表面的結(jié)構(gòu)，樣品的尺寸可 以 大至 120mm80mm50mm ； 樣品制備過(guò)程 相對(duì) 簡(jiǎn)單，不用切成薄片 ； 樣品可以在樣品室中作三度空間的平移和旋轉(zhuǎn)，可以從各種角度對(duì)樣品進(jìn)行觀察 ； 景深大， 掃描電鏡的景深較光學(xué)顯微鏡大幾百倍，比透射電鏡大 到 幾十倍 ，且 圖象富有立體感 ；放大倍數(shù)非常大， 可放大十幾倍到幾十 萬(wàn)倍，它基本上包括了從放大鏡、光學(xué)顯微鏡直到透射電鏡的放大范圍 ，； 圖象的放大范圍廣，分辨率也比較高 ； 分辨率介于光學(xué)顯微鏡與透射電鏡之間，可達(dá) 3nm； 電子束對(duì)樣品的損傷與污染程度較小 ； 在觀察形貌的同時(shí)，還可利用從樣品發(fā)出的其他信號(hào)作微區(qū)成分分析。 在試驗(yàn)中與能譜儀一起使用，用于試樣的成分分析和含量分析。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁(yè) （三）能譜儀 工作原理：利用不同元素 X 射線光子特征能量不同這 一特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行成分分析。 X 射線能量色散譜分析法是電子顯微技術(shù)最基本和一直使用的具有成分分析功能的方法，通常稱為 X 射線能譜分析法。特征 X 射線的產(chǎn)生，是入射電子使內(nèi)層電子激發(fā)而發(fā)生的現(xiàn)象，即內(nèi)層電子被轟擊后跳到比費(fèi)米能到的能級(jí)上，電子軌道內(nèi)出現(xiàn)的空位被外殼層軌道的電子填滿時(shí)，作為多余的能量放出的就是特征 X 射線。高能級(jí)的電子落入空位的時(shí)候，要遵從所謂的選擇規(guī)則。特征 X 射線具有元素固有的能量，所以，將它們展開(kāi)成能譜后，根據(jù)它的能量值就可以確定元素的種類，而且在根據(jù)譜的強(qiáng)度分析就可以確定其含量。 特點(diǎn)：分析速度快，可以 同時(shí)接受和檢測(cè)所有不同能量的 X 射線光子信號(hào)，故可以在幾分鐘內(nèi)分析和確定樣品中含有的所有的元素；靈敏度高， X 射線收集立體角度大，由于能譜中的 Si 探頭可以放在離發(fā)生源很近的地方，無(wú)需進(jìn)過(guò)晶體衍射，信號(hào)強(qiáng)度幾乎沒(méi)有損失，此外，能譜儀可以在低入射電子束流的條件下工作，有利于提高分析的空間分辨率；譜線重復(fù)性好，由于能譜儀沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，穩(wěn)定性好，且沒(méi)有聚焦要求，所以譜線峰值位置的重復(fù)性好且不存