深冷处理对CuAl合金在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性的影响

　　深冷处理是一种新的热处理工艺方法， 通过深冷处理可以提高金属材料的力学性能，同时也具有稳定尺寸和减小变形的作用[1-3]。有关深冷处理应用在铜合金方面的研究已有报道[4-5]，但关于铜合金经深冷处理后耐腐蚀性的研究较少。由于CuAl合金具有较高的强度及优良的导热、耐蚀性能，可通过热处理来改善其使用性能。为此，本文探讨了深冷处理对CuAl合金耐腐蚀性的影响。

　　1 实验材料与方法

　　实验材料为铸态CuAl合金，其化学成分(质量分数，%)为88.285Cu，11.24Al，0.48其余。将铸态样品在 KLX-12D型箱式电阻炉中加热到800℃保温15min后浸入液氮中(-196℃)停留30min。然后，再将深冷处理前后的试样加工成10mm×10mm×5mm，经1000#砂纸磨光后，浸入3.5%NaCl 的溶液中进行浸泡试验，溶液温度分别20℃和40℃，浸泡时间240h，实验在HHS-12电热恒温水溶锅内进行。实验后用超声波清理器清除试样上的腐蚀产物，经清水冲洗、烘干后用ESJ205-4型光电子天平(精确度为 0.1mg)秤重，根据失重法计算腐蚀速率。用CHI660A电化学测试仪测定深冷处理前后样品在3.5%NaCl溶液中的极化曲线，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，扫描速率为0.5mV/s。并借助Axiovert200MAT型金相显微镜和D/MAX-rB型X射线衍射仪(带石墨单色器，Kα辐射)对试样组织进行分析。

　　2 实验结果与分析

　　2.1 金相组织

　　图1为深冷处理前后CuAl合金的金相组织。可以看出，铸态CuAl合金的组织较粗大，经深冷处理后，CuAl合金的组织明显细化，且在晶界处出现网状组织特征。XRD分析结果(图2)表明，深冷处理前后CuAl合金组织均由α相(Cu的固溶体)和AlCu3金属间化合物组成，仅是深冷处理前后CuAl合金组织中α和AlCu3相的衍射峰强度发生变化。这说明深冷处理未导致新相生成。

　　2.2 腐蚀速率

　　表1为深冷处理前后CuAl合金在3.5%NaCl溶液中的平均腐蚀速率。可以看出，CuAl合金的腐蚀速率随溶液温度的升高而增大，深冷处理能增大CuAl合金的腐蚀速率，在20℃时，深冷处理后CuAl合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率为4.32×10^-5mg·mm^-2·h^-1，较深冷处理前CuAl合金的腐蚀速率增大了22.63%。深冷处理降低了CuAl合金耐腐蚀性能。

　　图3为CuAl合金在20℃，3.5%NaCl溶液中的极化曲线。可见，深冷处理可使腐蚀电位明显负移。因为腐蚀电位越高，材料的耐腐蚀性能越好，因此可以判断出深冷处理后CuAl合金的耐腐蚀性能有所降低，与表1中结果相符合。由Cu-Al合金二元相图可知[6]，当温度低于360℃时，铝在铜中的固溶度随温度下降而减小。由于深冷处理过程中的温度很低(-196℃)，原子的热运动很弱，扩散能力差，致使过饱和的铝原子很难从固溶体中析出，这可能会造成因固溶度的减小而引起晶格畸变，增加了内应力。另外，CuAl合金从800℃冷却到-196℃，必然会产生收缩进而产生应力，由应力导致应力腐蚀而使腐蚀加速。另一方面，由于晶界处的能量较晶粒内高，在3.5%NaCl溶液腐蚀的过程中晶界将会优先腐蚀。晶粒越细小，单位体积内晶界面积比例越大， 耐腐蚀性能越差。深冷处理能细化CuAl合金组织，致使组织内应力增加。故经深冷处理后CuAl合金的耐腐蚀性能降低。