鋁合金焊接的失效行為
鋁合金焊接部位的焊縫及熱影響區(qū)由于晶粒相對(duì)粗大，存在元素偏析,往往成為易發(fā)生腐蝕的薄弱部位。為此，行業(yè)內(nèi)開發(fā)了多種表面處理方法用來改善鋁合金焊接件的表面狀況，以提高相關(guān)鋁合金材料及結(jié)構(gòu)的環(huán)境適應(yīng)能力。一些相關(guān)研究表明鋁合金陽(yáng)極氧化膜的性質(zhì)在很大程度上受合金顯微組織的影響。鋁合金硫酸陽(yáng)極氧化膜在形成的同時(shí)又不斷溶解，在膜層中造成了一定的孔隙，成為外界腐蝕介質(zhì)進(jìn)人膜層內(nèi)部的微小通道。
通過對(duì)硫酸陽(yáng)極化2A97鋁合金攪拌摩擦焊對(duì)接結(jié)構(gòu)的試樣件為研究對(duì)象，在熱帶島礁開展戶外暴露試驗(yàn)，通過宏觀形貌、微觀形貌、成分分析、電化學(xué)阻抗分析等方法，研究其在島礁海洋大氣環(huán)境自然暴露初期的變化規(guī)律與腐蝕失效行為。
試驗(yàn)及分析步驟如下：
自然暴露試驗(yàn)
外觀記錄
圍觀形貌分析
SEM和EDS分析
電化學(xué)阻抗測(cè)試
結(jié)論分析如下：
外觀變化
2A97鋁合金硫酸陽(yáng)極化攪拌摩擦焊對(duì)接試樣在戶外暴露0.5年后，試樣表面顏色由淺褐色變?yōu)榛野咨?，但焊縫連接處、熱影響區(qū)以及非焊接部位均未觀察到明顯的變化，無明顯的腐蝕產(chǎn)物堆積;戶外暴露1年后，試樣表面顏色無明顯改變。在焊縫連接處、熱影響區(qū)以及非焊接部位同樣均未觀察到明顯的變化，無明顯的腐蝕產(chǎn)物堆積。
表面形貌變化
樣品在戶外暴露試樣的光學(xué)微觀照片(放大500倍)。
初始試樣非焊接區(qū)呈現(xiàn)出硫酸陽(yáng)極化典型的多孔結(jié)構(gòu)，在熱影響區(qū)呈現(xiàn)出條紋狀的焊接形貌，在焊縫處形成了明顯的縫隙
戶外暴露0.5年后，試樣的非焊接區(qū)無明顯變化,而熱影響區(qū)的典型條紋狀形貌特征有所消散，焊縫周圍未觀察到腐蝕產(chǎn)物堆積
戶外暴露1年后，試樣非焊接區(qū)整體形貌特征變化不明顯，但在局部區(qū)域可觀察到較為明顯的起伏不平和顏色變化，可推斷為硫酸陽(yáng)極化膜層的衰退,而在熱影響區(qū)仍可觀察到條紋狀的典型形貌，但在局部區(qū)域可觀察到少量缺陷，焊縫周圍區(qū)域可以見到顏色明顯改變。
成分變化
原始試樣熱影響區(qū)表面存在由硫酸陽(yáng)極氧化過程形成的多孔形貌以及由焊接過程形成的條紋狀形貌，試樣表面的主要元素Al、S呈均勻分布;
試樣在熱帶島礁大氣環(huán)境中暴露0.5年后,仍然可觀察到多孔形貌和條紋狀形貌，但條紋狀形貌特征有所弱化，且表面附著的雜質(zhì)數(shù)量明顯增多，試樣表面的主要元素Al、S仍然較為均勻地分布在表面
試樣在熱帶島礁大氣環(huán)境中暴露1年后，總體形貌變化不明顯，但在局部區(qū)域中S元素的分布已呈現(xiàn)出較為明顯的差異。
綜上所述，經(jīng)過1年戶外暴露試驗(yàn)后，2A97鋁合金硫酸陽(yáng)極化攪拌摩擦焊對(duì)接試樣熱影響區(qū)表面孔隙和缺陷增多,外界的雜質(zhì)容易殘留在表面的孔隙形貌中，但暫未形成腐蝕區(qū)域。
電化學(xué)行為分析
初始試樣在低頻區(qū)阻抗虛部隨著電信號(hào)頻率降低，以及測(cè)試時(shí)間的增加而逐漸增大;在同一測(cè)試頻率下，經(jīng)歷不同暴露時(shí)間試樣的阻抗實(shí)部和虛部均不相同,且暴露時(shí)間越長(zhǎng)，其數(shù)值相對(duì)更低，即容抗弧初始位置對(duì)應(yīng)的阻抗值相對(duì)更小。由此說明，經(jīng)歷戶外暴露試驗(yàn)后，被檢測(cè)區(qū)域的陽(yáng)極氧化膜層的防護(hù)效果有所褪化，使得電解液可通過氧化膜表面缺陷擴(kuò)散到內(nèi)部并與基材接觸，從而形成了電流通路。
結(jié)論
1) 2A97鋁合金硫酸陽(yáng)極化攪拌摩擦焊對(duì)接試樣在熱帶島礁大氣環(huán)境暴露初期熱影響區(qū)局部區(qū)域孔隙和缺陷增加，成為雜質(zhì)元素的聚集區(qū)。
2) 2A97鋁合金硫酸陽(yáng)極化攪拌摩擦焊對(duì)接試樣在熱帶島礁大氣環(huán)境暴露初期的電化學(xué)阻抗隨著戶外暴露時(shí)間的增加而呈下降趨勢(shì)，但下降幅度不明顯。
3)2A97鋁合金硫酸陽(yáng)極化攪拌摩擦焊對(duì)接試樣在熱帶島礁大氣環(huán)境中可能存在的腐蝕失效模式主要為母材區(qū)的點(diǎn)蝕、熱影響區(qū)的剝蝕以及焊核縫隙區(qū)的縫隙腐蝕。
