銅鋁異種金屬釬焊接頭的電化學(xué)腐蝕性能研究

朱曉歐 王曉麗 陸鵬程 羅 暢

（江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

隨著異種金屬連接技術(shù)的發(fā)展，鋁銅釬焊接頭由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，被廣泛地用于電氣工程，制冷和供暖設(shè)備，以及其他需要鋁銅連接的各個(gè)領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于銅鋁釬焊報(bào)道比較多[1-6]，但主要集中于工藝的研究，對(duì)其焊縫的電化學(xué)腐蝕行為研究的鮮有報(bào)道。特別是銅鋁接頭在焊合后,由于它的電阻極為微小，隨著接頭長(zhǎng)時(shí)間使用或擱之較長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn),難免會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,從而嚴(yán)重影響了工程構(gòu)件的安全性。另外由于接頭的壽命無(wú)法估計(jì),工藝因素影響復(fù)雜,接頭的腐蝕問(wèn)題已引起廣泛的腐蝕科研機(jī)構(gòu)的重視。因此，本文針對(duì)四種不同的焊接工藝制備的銅鋁釬焊接頭進(jìn)行了電化學(xué)實(shí)驗(yàn),對(duì)其接頭部位的耐腐蝕性能進(jìn)行了研究，具有一定的理論意義和工程價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

表1 實(shí)驗(yàn)提供的4組試樣的焊接處理工藝

本實(shí)驗(yàn)采用的基體材料為純銅(Cu)和純鋁(Al)，50mm×50mm×2mm 銅片和 50mm×50mm×3mm 鋁片若干，使用H1AlSi12釬料在箱式電阻爐SX-4-10中進(jìn)行釬焊。焊接工藝如表1所示。

1.2 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

切取20 mm×20mm的焊后試樣，先將鋁片打磨去除，讓焊縫完全露出，作為研究工作面，用500#、800#、1200#、1500# 水砂紙逐級(jí)打磨、拋光，然后將試樣一端鉆3mm的孔，引出銅導(dǎo)線。用丙酮除油，留出10mm×10mm的工作面積，非工作段表面用環(huán)氧樹(shù)脂封閉。

電化學(xué)試驗(yàn)采用常規(guī)的三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為Pt電極，采取3.5%的氯化鈉溶液作為電解液測(cè)量。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用美國(guó)EG&G公司的M283系統(tǒng)。以0.25mV/min的掃描速率；電位范圍從相對(duì)于開(kāi)路電位的-250mV到+250mV，測(cè)示電流的變化；并進(jìn)行電流、電位的數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到電流與電位變化的Tafel曲線圖。實(shí)驗(yàn)前將試樣在溶液中浸泡5min后開(kāi)始，以使腐蝕溶液均勻、穩(wěn)定地浸入試樣被測(cè)表面中。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1 4組不同焊接工藝下的焊接接頭的Tafel曲線曲線

四組銅鋁釬焊接頭在3.5%氯化鈉溶液的Tafel曲線如圖1所示。采用Corrview軟件對(duì)曲線進(jìn)行擬合，得到該組實(shí)驗(yàn)的電化學(xué)參數(shù)。

表2 4組不同焊接工藝下的焊接接頭極化曲線的自腐蝕電位和自腐蝕電流

首先，我們先考慮壓力對(duì)耐蝕性的影響。我們從圖1及表2中可以看出試樣1的自腐蝕電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于試樣2，因此，試樣1的耐腐蝕性能比試樣2的耐腐蝕性能好。而試樣1與其他試樣2的焊接工藝上最大的區(qū)別就在于在焊接過(guò)程中在工件上放置了一塊重達(dá)0.1kg的重物，因?yàn)楹附颖旧韺a(chǎn)生殘余應(yīng)力，并且是影響焊接接頭耐蝕性的最大因素，在其焊接接頭上放置重物，在有平面縫補(bǔ)的殘余應(yīng)力存在時(shí)，應(yīng)力腐蝕破裂引起的方向大約與最大主應(yīng)力方向相互垂直，又因?yàn)橹匚锼斐傻膲毫εc殘余應(yīng)力的方向垂直，這樣就會(huì)大大減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，這使得應(yīng)力腐蝕發(fā)生的情況處于比較安全的狀態(tài)，從而相對(duì)試樣2來(lái)說(shuō)，就大大提高了接頭的耐蝕性。綜上分析可知，在釬焊過(guò)程中，施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ瑫?huì)減少焊接時(shí)對(duì)接頭產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，減少了應(yīng)力腐蝕發(fā)生的可能性，使得材料的耐蝕性大大提高。

然后，我們可以比較保溫溫度對(duì)腐蝕的影響。通過(guò)比較試樣2與試樣4這兩組試樣的腐蝕電流，試樣4的腐蝕電流明顯小于試樣2的腐蝕電流，這說(shuō)明試樣4的耐蝕性比試樣2的好，這可能是因?yàn)樵嚇?在釬料與母材在冶金反應(yīng)過(guò)程中，釬縫里有大量CuAl2沿晶界析出，CuAl2的電極電位比Al的電極電位高，易產(chǎn)生晶間腐蝕，導(dǎo)致接頭耐腐蝕性能變差，而試樣4保溫溫度為645℃時(shí)，釬料和母材的反應(yīng)過(guò)程可能是由母材Cu基體擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，Cu元素固溶在Al的晶格中，形成了α-Al固溶體，起到了固溶強(qiáng)化基體的作用。

最后,研究下保溫時(shí)間的影響。由表2中，通過(guò)比較試樣3和試樣4的自腐蝕電流發(fā)現(xiàn)，試樣3的自腐蝕電流小于試樣4的自腐蝕電流，這說(shuō)明試樣3的耐腐蝕性能比試樣4的耐腐蝕性能好。這是由于在一定的保溫溫度下，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可以使接頭的成分均勻化，從而減少了電偶腐蝕，提高了接頭的耐腐蝕性能。

3 結(jié)論

3.1 在釬焊過(guò)程中，施加一定壓力，會(huì)減少焊接時(shí)對(duì)接頭產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，減少了應(yīng)力腐蝕發(fā)生的可能性，使得材料的耐蝕性大大提高；

3.2 當(dāng)釬縫里有大量CuAl2沿晶界析出，CuAl2的電極電位比Al的電極電位高，易產(chǎn)生晶間腐蝕，導(dǎo)致接頭耐腐蝕性能變差，適當(dāng)?shù)奶岣弑販囟龋宇^成份主要以α-Al固溶體存在可以提高頭的耐腐蝕性能；

3.3 在一定的保溫溫度下，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可以使接頭的成分均勻化，減少電偶腐蝕，提高接頭的耐腐蝕性能。

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