D0I:10.13374/j.is8n1001-053x.2004.06.038 第26卷第6期 北京科技大学学报 Vol.26 No.6 2004年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2004 钛合金TC4塑性变形后在3%NaCI溶液中的 交流阻抗谱 姜应律吴荫顺 北京科技大学腐蚀与防护中心，北京100083 摘要通过对不同应变状态下钛合金TC4在3%NaCI溶液中的交流阻抗谱的研究，发现在 高应变条件下钛合金的腐蚀速度更易受到外加交流信号频率的影响，根据阳极溶解的应力 腐蚀机理，腐蚀裂纹处实际上处于交流信号的扰动中，因此腐蚀裂纹处的电化学过程应与交 流信号的频率有关，频率越高腐蚀速度越快，理论估计在50Hz的频率下腐蚀速度可增加10 倍以上，因此认为应力腐蚀过程中裂纹的萌生和发展与界面上产生的交流信号密切相关， 关键词钛合金：交流阻抗：频率：应力腐蚀 分类号TG172 材料在经过塑性变形后，其物理化学性质往 为5.506mm×1.64mm.交流阻抗实验采用SI1280 往发生很大的变化，对材料的电化学性质和腐蚀 电化学测试系统进行，测试频率范围为0.01 机理也将产生深刻的影响.在研究钛合金TC4 ~2×10Hz,交流信号的振幅为5mV,实验采用三 的应力腐蚀过程中，笔者对经过塑性变形的TC4 电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极 合金的交流阻抗谱与未经变形的TC4合金的交 为铂电极 流阻抗谱进行了对比研究，发现两者之间有很多 表1钛合金TC4的化学成分（质量分数） 值得注意的差别，这对TC4合金在含氯离子的水 Table 1 Chemical composition of titanium alloy TC4% 溶液中的应力腐蚀敏感性研究大有裨益. Al Fe Si C N H O V 另外，交流阻抗方法已广泛应用于研究金 6.00.070.040.010.0080.0030.124.22 属/溶液界面的性质)，但在等效电路选取、弥 散效应对数据处理的影响等方面仍存在很多问 2实验结果和分析 题，笔者也在本文中做了一些探索， 2.1无应变条件下TC4合金在3%NaC1溶液中的 1实验 交流阻抗谱 由电化学过程控制的界面过程等效电路如 实验材料为TC4合金，其化学成分见表1.未 图1所示，其中C,为界面电容，R为法拉第电 经塑性变形的材料为中l5mm的圆形试样，环氧 阻，R为传递电阻，R为溶液电阻.在R:很大的条 树脂封闭固化后经1000砂纸打磨，静置于3% 件下，界面等效电路中将可忽略其影响，此时阻 NaC溶液中3h后进行交流阻抗实验.经塑性变 抗谱的特征为：虚部与频率的双对数图呈一直 形的材料为拉伸试样的断口，拉伸过程产生的应 线，此时虚部为界面电容的信息，实部为传递电 变为11.1%，将断口材料截取后用环氧树脂封闭 固化，经1000砂纸打磨，静置于3%NaC1溶液中 3h后进行交流阻抗实验.断口面为工作面，面积 收稿日期2003-04-15姜应律男，31岁，博士研究生 图1界面等效电路 *北京市自然科学基金资助项目No.3012008) Fig.1 Interface equivalent circuit第 ￾￾ 卷 第 ￾期 ￾￾￾￾年 ￾￾月 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ 一 ￾￾￾￾ 一 ￾ ￾￾￾ 。 ￾￾￾￾ 钦合金 ￾￾￾塑性变形后在 ￾￾￾￾￾￾溶液 中的 交流阻抗谱 姜应 律 吴 荫顺 北 京科 技大 学 腐蚀 与 防护 中心 ， 北 京 ￾￾￾￾￾ 摘 要 通 过对 不 同应 变状 态 下 钦合 金 ￾￾￾在 ￾￾￾￾￾溶 液 中的 交流 阻 抗 谱 的研 究 ， 发现 在 高应 变 条件 下 钦 合金 的腐蚀 速 度 更 易 受 到外 加 交流信号频 率 的 影 响 ￾ 根据 阳 极溶 解 的应 力 腐 蚀 机 理 ， 腐蚀 裂 纹 处 实 际 上 处 于 交流 信 号 的扰 动 中 ， 因 此腐蚀 裂 纹处 的 电化 学 过 程应 与 交 流 信 号 的频 率有 关 ， 频 率越 高腐 蚀速度 越 快 ， 理 论 估 计 在 ￾ ￾ 的 频 率 下 腐蚀 速度 可踏加 ￾ 倍 以上 ￾ 因 此 认 为应 力腐蚀 过 程 中裂 纹 的萌生和 发 展 与 界 面 上产 生 的交流 信 号 密 切 相 关 ￾ 关键词 钦 合 金 ￾ 交流 阻 抗 ￾ 频 率 ￾应 力腐蚀 分 类 号 ￾￾ ￾￾ 材料 在 经 过 塑 性 变 形后 ， 其物 理 化 学性质往 往 发 生很 大 的变 化 ， 对 材 料 的 电化 学性 质 和 腐 蚀 机 理 也 将 产 生 深 刻 的影 响 〔￾一￾， ￾ 在研 究钦 合 金 ￾￾￾ 的应 力腐 蚀 过 程 中 ， 笔 者 对 经 过 塑 性 变 形 的￾￾￾ 合 金 的交 流 阻抗 谱 与 未 经 变 形 的 ￾￾￾合 金 的交 流 阻抗 谱 进 行 了对 比研 究 ， 发现 两 者之 间有 很 多 值 得 注 意 的差 别 ， 这 对 ￾￾￾合 金 在 含 氯 离子 的水 溶 液 中 的应 力腐 蚀 敏 感 性 研 究‘叼大 有 裨 益 ￾ 另 外 ， 交 流 阻 抗 方 法 已 广 泛 应 用 于 研 究 金 属 ￾溶 液 界 面 的性 质 ‘￾一￾，， 但 在 等 效 电路 选 取 ‘￾、 弥 散效应 对 数 据 处 理 的影 响‘￾等 方 面仍 存在 很 多 问 题 ， 笔 者 也 在 本 文 中做 了一 些 探 索 ￾ 为 ￾ ￾ ￾￾￾￾ ‘ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾ 交流 阻抗 实验 采 用 ￾ ￾￾￾ 电 化 学 测 试 系 统 进 行 ， 测 试 频 率 范 围 为 ￾￾ 一￾￾ ￾少 ￾ ， 交 流 信 号 的振 幅 为 ￾￾￾ ， 实验 采 用 三 电极 体 系 ， 参 比 电极 为饱 和 甘 汞 电极 ， 辅 助 电极 为 铂 电极 ￾ 表 ￾ 钦合金 ￾￾￾的 化 学成 分￾质 量 分 数￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾ 实验 实验 材 料 为 ￾￾￾合 金 ， 其 化 学 成 分 见表 ￾ ￾ 未 经 塑 性 变 形 的材 料 为中巧 ￾￾ 的 圆 形 试 样 ， 环 氧 树 脂 封 闭 固化 后 经 ￾￾￾ ￾砂 纸 打 磨 ， 静 置 于 ￾￾ ￾￾￾￾溶 液 中 ￾￾后 进 行 交 流 阻 抗 实验 ￾ 经 塑 性变 形 的材料 为拉伸 试 样 的断 口 ， 拉伸 过程产 生 的应 变 为 ￾ ￾ ￾￾ ， 将 断 口 材 料 截 取 后 用 环 氧 树 脂 封 闭 固化 ， 经 ￾￾￾￾禅砂 纸 打 磨 ， 静 置 于 ￾￾ ￾￾￾溶 液 中 ￾￾后 进 行 交 流 阻 抗 实验 ￾ 断 口 面 为 工 作 面 ， 面积 收稿 日期 ￾￾￾刁￾一 ￾ 姜应 律 男 ， ￾ 岁 ， 博士 研 究 生 ￾ 北 京市 自然科 学 基 金 资助 项 目困众 ￾￾￾￾￾￾ ￾ 实验 结 果 和 分 析 ￾￾ 无 应 变 条件 下 ￾￾￾合 金在 ￾￾￾￾￾ 溶 液 中 的 交 流 阻 抗 谱 由 电化 学 过 程 控 制 的 界 面 过 程 等 效 电路 如 图 ￾所 示 ‘￾ ， 其 中￾ 为 界 面 电容 ，凡为法 拉 第 电 阻 ， ￾ ￾为传 递 电阻 ， ￾ ￾为溶 液 电阻 ￾ 在￾很 大 的条 件 下 ， 界 面等 效 电路 中将 可 忽 略其 影 响 ， 此 时 阻 抗 谱 的特 征 为 ￾ 虚 部 与 频 率 的双 对 数 图呈 一 直 线 ， 此 时虚 部 为 界 面 电容 的信 息 ， 实部 为传 递 电 匕仁丑口 ￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾ 图 ￾ 界 面 等效 电路 ￾￾ · ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．２００４．０６．０３８