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建筑装饰用铝青铜合金的耐腐蚀性能
来源:广东赫达金属材料有限公司 发布时间:2020-04-23 点击量:3277
古建筑中的铜质材料是一种高档的装饰材料,主要用于宫庭、寺庙、记念性建筑以及商店铜字招牌等。在现代化建筑装饰方面,铜及其合金集古朴和华贵于一身,被广泛应用于外墙板、执手或把手、纱窗和西式高级壁炉等上。
较为常见的建筑装饰用铜质材料多为铝青铜,即一种以Al为主要合金化元素的铜合金,少部分装饰用铜质材料中还添加了Ni元素,在长时间使用过程中,铜质材料的腐蚀失效一直是限制其使用的关键,然而关于铜合金在腐蚀介质作用下的腐蚀行为及其作用机理方面的研究工作相对较少。
为了弄清不同材质的建筑装饰用铜合金的耐腐蚀性差异及其影响机制,进一步拓展铜合金的应用范围,本文对4种不同成分的铜合金耐腐蚀性进行了研究,结果可为装饰用铜合金的开发与应用提供参考。
铝青铜实验材料与方法
实验原料为4种不同成分的建筑装饰用铝青铜合金,主要元素化学成分如表1所示。其中KK1合金和Cu-17Ni-3Al-X合金为铸态,而QA110-4-4合金和KK3合金为挤压态。
使用线切割方式截取块状金相试样,依次进行粗砂纸和细砂纸打磨、机械抛光和腐蚀后,用75%醋酸+25%丙酮溶液进行腐蚀后,在光学显微镜上观察,电化学性能测试在化学工作站中进行,标准三电极体系,工作电极为被测试样,饱和甘汞为参比电极,铂片为辅助电极,扫描速率为2mV/s,工作面积为10mm×10mm,测试前需要进行打磨、抛光和清洗
参照JB/T7901-1999对铜合金进行3.5%NaCl溶液中的浸泡腐蚀实验,溶液pH值为8.0,温度为室温,浸泡腐蚀结束后的宏观形貌采用Nikon数码相机进行拍摄,采用50%HCl水溶液去除表面腐蚀产物,并经过清洗冲洗和吹干后,在电镜上观察腐蚀形貌,并对微区成分进行能谱分析;采用天平对腐蚀前后的质量进行称重,并计算腐蚀速率:V=8.76×(W0-W1)STD,式中:V为腐蚀速率,mm/a;W0为腐蚀前质量,g;W1为去除腐蚀产物后的质量,g;S为被测面积,m2;T为浸泡腐蚀时间,h;D为被测金属的密度,g/cm3。
铝青铜实验结果与分析
4种铝青铜合金的金相组织。可看出,KK1合金的金相组织为灰白色α-Cu固溶体、黑色鱼骨状β'相和颗粒状κ相,晶粒尺寸为40μm;QA110-4-4合金的金相组织为灰白色α-Cu固溶体和弥散分布的条状或者颗粒状κ相,晶粒尺寸为10μm;KK3合金的金相组织为α-Cu固溶体、颗粒状κ相和片层状(α+κⅢ)共晶相,晶粒尺寸为20μm;Cu-17Ni-3Al-X合金的金相组织为α-Cu固溶体、鱼骨状富Ni和富Si相,晶粒尺寸约为8μm。4种铝青铜合金都是以Cu为基的固溶体,合金中β'相为AlCu3,颗粒状κ相由多种金属间化合物组成,如Al3Fe、AlNi等。
铝青铜试验结论
1、KK1合金的金相组织为灰白色α-Cu固溶体、黑色鱼骨状β'相和颗粒状κ相;QA110-4-4合金的金相组织为灰白色α-Cu固溶体和弥散分布的条状或者颗粒状κ相;KK3合金的金相组织为α-Cu固溶体、颗粒状κ相和片层状(α+κⅢ)共晶相;Cu-17Ni-3Al-X合金的金相组织为α-Cu固溶体、鱼骨状富Ni和富Si相。
2、4种铝青铜合金自腐蚀电位从高至低顺序为Cu-17Ni-3Al-X合金>QA110-4-4合金>KK3合金>KK1合金,平均钝化电流密度从小至大顺序:Cu-17Ni-3Al-X合金
