基本信息
- 项目名称：
- 铝及铝合金耐高温海水腐蚀的防护研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过硫酸阳极氧化法对AA1100和AA5052进行表面处理后，进行浸泡实验、电化学测试以及腐蚀产物膜分析，得到耐蚀性最佳的阳极氧化工艺，为设计出更具实用价值的耐蚀性工艺打下基础。
- 详细介绍：
- 本文对工业纯铝1100及铝合金5052阳极氧化工艺进行初步研究，利用正交实验确定工艺参数，具体分析了在90℃，3.5%的氯化钠溶液中，不同工艺参数对阳极氧化膜性能的影响及其腐蚀机理和规律。 通过电化学测试法及SEM的观察发现，两种材料的原始试样中，纯铝全面腐蚀的可能性较高；仅经阳极氧化法处理后的试样的耐蚀性远优于原始试样；对于经过阳极氧化处理并沸水封孔的试样耐蚀性明显优于未封孔试样。综合分析测试结果，获得两种材料的最佳成膜工艺：纯铝1100表面处理时间10min、电流密度2A/dm2；铝合金5052表面处理时间20min、电流密度1A/dm2，在这两种工艺条件下，纯铝比铝合金更耐蚀。 最后，通过XRD和SEM对腐蚀产物膜结构和表面腐蚀形貌进行分析，发现腐蚀产物主要是Al、Al(OH)3、Al2O3和Al(OH)3·nH2O，两种最佳成膜工艺的试样表面腐蚀破坏程度最小。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 欲通过硫酸阳极氧化法对AA1100和AA5052进行表面处理后，进行浸泡实验、电化学测试以及腐蚀产物膜分析，得到耐蚀性最佳的阳极氧化工艺，为设计出更具实用价值的耐蚀性工艺打下基础。
科学性、先进性及独特之处
- 为了提高纯铝的耐蚀性，本文选用铝硫酸阳极氧化法对AA1100和AA5052进行表面处理。该方法成本低，得到的膜透明度高，耐磨性好，具有优良的耐孔蚀性能。对其在90℃，3.5%的氯化钠溶液中的腐蚀防护性能进行初步研究，利用正交优化实验确定工艺参数，具体分析了不同工艺参数（表面处理时间，电流密度）对阳极氧化氧化膜性能的影响，获得两种材料的最佳成膜工艺。
应用价值和现实意义
- 本项目研究的是低温蒸馏法海水淡化工艺中冷却管材料的选择及其耐蚀性。其使用的环境要求材料应具有良好的导热性能，在海水中还应该具有良好的耐蚀性能以保证装置的长期运行。
学术论文摘要
- 本文对工业纯铝1100及铝合金5052阳极氧化工艺进行初步研究，利用正交实验确定工艺参数，具体分析了在90℃，3.5%的氯化钠溶液中，不同工艺参数对阳极氧化膜性能的影响及其腐蚀机理和规律。 通过电化学测试法及SEM的观察发现，两种材料的原始试样中，纯铝全面腐蚀的可能性较高；仅经阳极氧化法处理后的试样的耐蚀性远优于原始试样；对于经过阳极氧化处理并沸水封孔的试样耐蚀性明显优于未封孔试样。综合分析测试结果，获得两种材料的最佳成膜工艺：纯铝1100表面处理时间10min、电流密度2A/dm2；铝合金5052表面处理时间20min、电流密度1A/dm2，在这两种工艺条件下，纯铝比铝合金更耐蚀。 最后，通过XRD和SEM对腐蚀产物膜结构和表面腐蚀形貌进行分析，发现腐蚀产物主要是Al、Al(OH)3、Al2O3和Al(OH)3·nH2O，两种最佳成膜工艺的试样表面腐蚀破坏程度最小。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 目前影响海水淡化技术中冷凝管的性能具有极其重要的作用。它的选材研究较少，此项研究一定程度上填补了冷凝管材料研究的不足，对铝及其铝合金合理、成功地应用奠定基础。
参考文献
- 舒马赫. 海水腐蚀手册 [M] . 李大超等译. 北京: 国防工业出版社,1985. 王树军.铝及其合金的强化[J].金属世界.1995, (05):13. 穆振军,陈光章,任润桃等.铝壳舰船用防污涂层的性能评价[J].装备环境工程.2008,5（5）：18-20. 赖国伟,谢晓君,武自修等. 金属喷涂长效复合防护涂层在海洋大气环境中的应用[J]. 材料开发与应用,2002 ,17 (4) :29-31. Y. F. Cheng, J. L. Luo, M. Wilmott. Spectral analysis of electrochemical noise with different transient shapes [J].Electrochimica acta, 2000, 45(11):1763-1771. 王祝堂.铝材及其表面处理手册 [M].江苏: 科学技术出版社,1991. J.O. Bockris. Electroanal[J]. Chemistry, 1993, 349:375. Hatch J, editor. Aluminum properties and physical metallurgy.Metals Park (OH): ASM; 1984. p. 58–319 Hosni Ezuber, A.El-Houd, F. El-Shawesh. A study on the corrosion behavior of aluminum alloys in seawater [J]. Materials and Design,2008,29:801-805.
同类课题研究水平概述
- 海水是高腐蚀性介质，在海水淡化设备中，与海水或盐雾接触的部分都必须具备耐腐蚀性。在LT -MED装置中，总体考虑降低设备造价和使用工况，不同的部件通常采用不同的材料，比较广泛采用的耐海水腐蚀材料有铜合金、钛及其合金、特种不锈钢[19]、塑料材料等，以下主要探讨冷凝管的选材。 冷凝管是LT - MED 装置的核心部件，使用量大。世界上大部分的冷凝管材料主要采用特种不锈钢、铝黄铜、钛合金，它们对海水具有较好的防腐性能。据文献报道[19]，不锈钢在海水浸泡试验后，耐海水腐蚀性的优劣程度与其腐蚀电位正负顺序一致，不锈钢钝化能力越强，其腐蚀电位趋于稳定的时间越长，稳态电位越正，其耐腐蚀性越好。芬兰的欧托昆普（Outokumpu）公司和瑞典的阿维斯塔（Avesta）公司的Jan Olsson和Malin Snis提出了一种新型的不锈钢，可用于蒸馏法的海水淡化装置中，这种双相不锈钢已经成功地运用在世界各地的海水淡化装置中，更多高级合金不锈钢将会是多效低温（MED）装置中的选择20]。铜合金一般作为清洁海水中冷凝管材，主要有铝黄铜等，其表面生成了一层氧化亚铜保护膜提高了铜管的耐蚀性，工程上常采取定期注入硫酸亚铁镀膜的方法来减缓铜管的冲蚀与沉积腐蚀现象。钛在海洋大气、海水环境中具有优异的耐腐蚀性能，这是因为钛自身有稳定的钝化膜。钛和钛合金耐氯化物溶液的腐蚀性也非常优良，使用温度小于110℃不会发生吸氢或腐蚀 [21]，但价格相对昂贵，以色列在低温多效海水淡化技术中的蒸发器设备就专门采用钛管。
