不同腐蝕條件下TC17鈦合金腐蝕行為研究

李儉++王金栓++陳立杰++高興++陸銓

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.138

摘 要：該文研究了不同腐蝕環境下，TC17鈦合金的腐蝕行為，對腐蝕前后實驗件，運用金相顯微鏡和超景深三維顯微系統對腐蝕表面進行了觀察。結果表明：鈦合金在3.5%NaCl溶液和H2O2復合溶液中具有較高的耐蝕性，在HNO3復合溶液和KClO3復合溶液中腐蝕效果明顯，試樣表面出現腐蝕坑。隨著腐蝕時間的增長，腐蝕坑密度、尺寸、深度也隨之變大。

關鍵詞：TC17鈦合金 腐蝕實驗 腐蝕坑

中圖分類號：TG172.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0138-04

鈦合金屬于輕金屬材料，具有比強度高、耐腐蝕性好、耐高溫等優點[1]。從20世紀50年代開始，鈦合金在航空航天領域中得到了廣泛的應用。鈦合金是當代飛機和航空發動機的主要結構材料之一，與鋁合金相比，鈦合金可以提高飛機結構壽命60%[2]。在航空發動機中，壓氣機是使用鈦合金最多的部件，占航空發動機用鈦量的95%[3]。TC17鈦合金是α-β型兩相鈦合金，該合金具有疲勞強度高，韌性、淬透性、熱穩定性好的特性，適用于制造發動機壓氣機盤及發動機葉片[4]。航空發動機壓氣機葉片的工作環境復雜，很容易發生腐蝕，帶來的腐蝕問題也較為突出。文章選定TC17為研究對象，研究了TC17鈦合金實驗件在4種不同腐蝕液環境下的腐蝕行為。

1 實驗材料與實驗方法

實驗所用材料為TC17鈦合金，其化學成分如表1所示。所有試樣軋制方向取樣，試樣尺寸為12 mm×10 mm× 2 mm。

試樣預腐蝕前用丙酮和超聲波清洗機徹底清洗試件表面油污、塵垢和油脂，然后浸泡在配置好的4種腐蝕溶液的燒杯中，預腐蝕浸泡時間分別為：24 h，120 h，240 h。為了保持腐蝕溶液內pH值穩定，溶液每隔48 h更換一次，環境溫度為20 ℃[5]。

當到達指定的腐蝕時間后，將試樣表面清洗后放入干燥器中。采用麥克奧迪金相顯微鏡BA310Met對試樣腐蝕表面進行觀測，對比未腐蝕前和在4種不同腐蝕溶液下預腐蝕24 h后的腐蝕表面形貌。為了探究腐蝕時間對TC17合金腐蝕情況的影響，又拍攝了試樣在4%HNO3復合溶液和1%KClO3復合溶液下預腐蝕120 h，240 h后的腐蝕表面形貌。為進一步探究腐蝕時間對腐蝕坑大小的影響，運用超景深三維顯微系統Keyence VHX-600對試樣在4%HNO3復合溶液下腐蝕24 h和480 h后的腐蝕表面的腐蝕坑進行觀測。

2 實驗結果與討論

TC17合金腐蝕前跟腐蝕后的金相如圖1和圖2所示。對比試樣未腐蝕前的表面和試樣在4種腐蝕溶液下預腐蝕24 h后的表面，可以發現試樣在3.5%NaCl溶液和1%H2O2復合溶液中，試樣表面基本沒有腐蝕；在4%HNO3復合溶液和1%KClO3復合溶液下，試樣表面出現了明顯的腐蝕坑。表明TC17合金在前兩種腐蝕環境下耐腐蝕性較好，在后兩種腐蝕環境下產生了明顯的腐蝕。

為了探究腐蝕時間對TC17合金腐蝕的影響，然后又觀察了TC17合金試樣在4%HNO3復合溶液和1%KClO3復合溶液內浸泡120 h和240 h的表面腐蝕形貌。如圖3、圖4所示，對比可以發現，隨著腐蝕時間的增長，TC17合金試樣表面產生的腐蝕坑的數目變多。再對比TC17合金試樣在4%HNO3復合溶液和1%KClO3復合溶液中的腐蝕表面形貌，可以發現相同腐蝕時間下，前者腐蝕表面腐蝕坑的密度比后者大，所以TC17合金在4%HNO3復合溶液中腐蝕情況較1%KClO3復合溶液中更嚴重。

為進一步探究腐蝕時間對腐蝕坑大小、深度的影響，選取浸泡在4%HNO3復合溶液下的試樣為研究對象，運用超景深三維顯微系統Keyence VHX-600對腐蝕時間為24 h和480 h的試樣表面典型腐蝕坑進行觀測，VHX-600集成5 400萬像素CCD相機，能實現快速深度合成和3D顯示功能，如圖5、6所示。

統計所觀測的腐蝕坑尺寸（如表3所示），可得：隨著腐蝕時間的增加，腐蝕坑尺寸變得更大，深度更深。

3 結論

（1）通過觀察試樣在4種不同腐蝕溶液中浸泡一定時間后腐蝕表面形貌，可以得出：TC17合金在3.5%NaCl溶液和1%H2O2復合溶液中具有較高的耐蝕性，基本沒有出現腐蝕坑；在4%HNO3復合溶液和1%KClO3復合溶液中出現明顯的腐蝕坑。

（2）隨著腐蝕時間的增長，腐蝕坑密度也隨之變大，并且在相同腐蝕時間下，試樣在4%HNO3復合溶液中腐蝕情況較1%KClO3復合溶液中更嚴重。

（3）通過試樣在4%HNO3復合溶液中浸泡24 h和480 h后腐蝕坑尺寸對比，證明隨著腐蝕時間的增加，腐蝕坑大小、深度也隨之改變。

參考文獻

[1] Leyens C， Peters M.Titanium and Titanium Alloys[A].Titanium and Titanium Alloys - Fundamentals and Applications[C].DLR，2003：1-513.

[2] Dave Watson，DR Tom Bayha，Tom Hofmann，et al.Titanium takes off[J].Cutting tool Engineering Magazine，2007，59（3）：39-42.

[3] 黃旭，朱知壽，王紅紅.先進航空鈦合金材料與應用[M].北京：國防工業出版社，2012.

[4] Rodney Boyer.Materials Properties Handbook：Titanium Alloys[M].Ohio：ASM，1994： 453.

[5] 林翠，劉楓，趙晴，等.氫氟酸-硝酸體系中TC4鈦合金的腐蝕行為[J].失效分析與預防，2008，3（2）：11-15.