满成等：二氧化硫复合盐雾环境下2024-T351铝合金应力腐蚀开裂 543· 水时，具有吸湿性的侵蚀性Cˉ和易溶性S02气体极易 响因素下的应力腐蚀开裂行为研究相对较少 溶解在水溶液之中，造成表面涂层的老化和脱落，进而 本实验通过SO,复合盐雾试验来模拟工业污染海 腐蚀铝合金基体 洋环境，对弹性应力条件下的2024-T351铝合金在模 近年来，学者通过室内加速、实地暴露等方法对铝 拟工业海洋环境中的应力腐蚀开裂行为进行了研究， 合金在大气环境中的应力腐蚀行为进行了大量的研 并对2024-T351铝合金在S0,复合盐雾环境下不同时 究.张晓云等回研究了7A04和2A12两种铝合金 间后的应力腐蚀开裂扩展及行为特征进行了探讨. 在海洋大气环境中的应力腐蚀行为，结果表明高强铝 1试验部分 合金2A12具有较高的应力腐蚀敏感性，并且裂纹沿 晶扩展，伴有少量的二次裂纹.张晓云等网还研究了 1.1试验材料 7B04、B95、2D70和2D12四种铝合金在中国万宁的高 试验材料为2024-T351,其化学成分如表1所示. 温高湿的海洋大气环境中和中国青岛的工业海洋大气 其中2024-T351铝合金C型环应力腐蚀试样按照GB/ 环境中的应力腐蚀行为，结果显示四种铝合金在高温 T15970.5一1998“金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第 高湿的海洋环境中的应力腐蚀敏感性较高，在这两种 5部分：C型环试样的制备和应用”进行加工，如图1 环境中的断裂方式也不一致 所示.将加工后的C型环试样使用丙酮除油，去离子 大气环境因素对铝合金应力腐蚀行为的影响是比 水清洗，吹干，然后使用240至2000号水磨砂纸逐级 较复杂的，为了更好地了解环境因素的作用机制，国内 打磨至光亮，再使用乙醇和去离子水清洗，吹干备用. 学者做了一些工作.李涛等@采用灰关联分析法与 按照GB/T15970.5一1998附录A中给出的C型环试 实际大气腐蚀试验相结合，研究了不同环境因数对 样应力计算公式，计算出施加90%屈服强度的C型环 LY12铝合金大气腐蚀的影响，结果显示S0,和C1~对 沿与通过最大应力点的中心垂直方向施加的水平位 LY12铝合金应力腐蚀有着重要的影响-切，但是，关 移.C型环的取材方向为SL方向，S为施加应力的方 于弹性应力对2024-T351铝合金在S0,和CI1ˉ共同影 向，L为裂纹扩展的方向 表12024-T351铝合金的化学成分（质量分数） Table 1 Composition of 2024-T351 aluminum alloy Cu Mg Mn 》 Fe Zn Ti Cr V 3.8w4.9 1.2w1.8 0.3-0.9 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.25 ≤0.15 ≤0.1 余量 图12024-351铝合金C型环试样 Fig.1 2024-T351 C-ring aluminum alloy specimens 1.2盐雾试验 去除腐蚀产物后的宏观形貌，采用体式显微镜和扫 采用S02复合盐雾试验模拟工业污染海洋大气 描电镜分别对试样表面进行观察，记录试样表面初 环境，试验在ATLAS CCX20O0循环盐雾腐蚀试验 次出现裂纹时的时间以及不同时间后裂纹的扩展 箱中进行.试验过程按照GB/T14292一1998标准 形貌，再采用能谱分析和X射线光电子能谱技术分 进行，试验条件如下：质量分数为5%±0.5%NaCl 析腐蚀产物的组成及含量.其中，除锈液为50mL 溶液连续盐雾，箱体内温度和相对湿度分别控制于 磷酸+20g三氧化铬加蒸馏水配制成1000mL的溶 35±1℃和100%，S02的体积分数为2.25×104. 液.为了得到裂纹的扩展情况，将试样侧面抛光并 试样取样时间设定为6、12、24、96、240、480和720 用Keller试剂侵蚀(1mL氢氟酸+1.5mL盐酸+ h,使用去离子水冲洗试样的表面，吹风机吹干并储 2.5mL硝酸+95mL去离子水)，之后在三维体式 存在干燥密闭容器中.使用相机拍摄腐蚀前后及 显微镜和扫描电镜下观察.满 成等: 二氧化硫复合盐雾环境下 2024--T351 铝合金应力腐蚀开裂 水时，具有吸湿性的侵蚀性 Cl － 和易溶性 SO2气体极易 溶解在水溶液之中，造成表面涂层的老化和脱落，进而 腐蚀铝合金基体． 近年来，学者通过室内加速、实地暴露等方法对铝 合金在大气环境中的应力腐蚀行为进行了大量的研 究［4--8］． 张晓云等［9］研究了 7A04 和 2A12 两种铝合金 在海洋大气环境中的应力腐蚀行为，结果表明高强铝 合金 2A12 具有较高的应力腐蚀敏感性，并且裂纹沿 晶扩展，伴有少量的二次裂纹． 张晓云等［6］还研究了 7B04、B95、2D70 和 2D12 四种铝合金在中国万宁的高 温高湿的海洋大气环境中和中国青岛的工业海洋大气 环境中的应力腐蚀行为，结果显示四种铝合金在高温 高湿的海洋环境中的应力腐蚀敏感性较高，在这两种 环境中的断裂方式也不一致． 大气环境因素对铝合金应力腐蚀行为的影响是比 较复杂的，为了更好地了解环境因素的作用机制，国内 学者做了一些工作． 李涛等［10］采用灰关联分析法与 实际大气腐蚀试验相结合，研究了不同环境因数对 LY12 铝合金大气腐蚀的影响，结果显示 SO2和 Cl － 对 LY12 铝合金应力腐蚀有着重要的影响［11--13］，但是，关 于弹性应力对 2024--T351 铝合金在 SO2和 Cl － 共同影 响因素下的应力腐蚀开裂行为研究相对较少． 本实验通过 SO2复合盐雾试验来模拟工业污染海 洋环境，对弹性应力条件下的 2024--T351 铝合金在模 拟工业海洋环境中的应力腐蚀开裂行为进行了研究， 并对 2024--T351 铝合金在 SO2复合盐雾环境下不同时 间后的应力腐蚀开裂扩展及行为特征进行了探讨． 1 试验部分 1. 1 试验材料 试验材料为 2024--T351，其化学成分如表 1 所示． 其中 2024--T351 铝合金 C 型环应力腐蚀试样按照 GB / T 15970. 5—1998“金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第 5 部分: C 型环试样的制备和应用”进行加工，如图 1 所示． 将加工后的 C 型环试样使用丙酮除油，去离子 水清洗，吹干，然后使用 240 至 2000 号水磨砂纸逐级 打磨至光亮，再使用乙醇和去离子水清洗，吹干备用． 按照 GB / T 15970. 5—1998 附录 A 中给出的 C 型环试 样应力计算公式，计算出施加 90% 屈服强度的 C 型环 沿与通过最大应力点的中心垂直方向施加的水平位 移． C 型环的取材方向为 S--L 方向，S 为施加应力的方 向，L 为裂纹扩展的方向． 表 1 2024--T351 铝合金的化学成分( 质量分数) Table 1 Composition of 2024--T351 aluminum alloy % Cu Mg Mn Si Fe Zn Ti Cr Al 3. 8 ～ 4. 9 1. 2 ～ 1. 8 0. 3 ～ 0. 9 ≤0. 5 ≤0. 5 ≤0. 25 ≤0. 15 ≤0. 1 余量 图 1 2024--T351 铝合金 C 型环试样 Fig． 1 2024--T351 C-ring aluminum alloy specimens 1. 2 盐雾试验 采用 SO2复合盐雾试验模拟工业污染海洋大气 环境，试 验 在 ATLAS CCX2000 循 环 盐 雾 腐 蚀 试 验 箱中进行． 试验过程按照 GB / T 14292—1998 标 准 进行，试验条件如下: 质量分数为 5% ± 0. 5% NaCl 溶液连续盐雾，箱体内温度和相对湿度分别控制于 35 ± 1 ℃ 和 100% ，SO2 的体 积 分 数 为 2. 25 × 10 － 4 ． 试样取样时间设定为 6、12、24、96、240、480 和 720 h，使用去离子水冲洗试样的表面，吹风机吹干并储 存在干燥 密 闭 容 器 中． 使用相机拍摄腐蚀前后及 去除腐蚀产物后的宏观形貌，采用体式显微镜和扫 描电镜分别对试样表面进行观察，记录试样表面初 次出现裂纹时的时间以及不同时间后裂纹的扩展 形貌，再采用能谱分析和 X 射线光电子能谱技术分 析腐蚀产物 的 组 成 及 含 量． 其 中，除 锈 液 为 50 mL 磷酸 + 20 g 三氧化铬加蒸馏水配制成 1000 mL 的溶 液． 为了得到裂纹的扩展情况，将试样侧面 抛 光 并 用 Keller 试 剂 侵 蚀( 1 mL 氢 氟 酸 + 1. 5 mL 盐 酸 + 2. 5 mL 硝酸 + 95 mL 去 离 子 水) ，之后 在 三 维 体 式 显微镜和扫描电镜下观察． · 345 ·