2结果与讨论


2.1不同铝合金材料对腐蚀行为的影响


图2为3种铝合金/CFRP偶和试样的年腐蚀失重率。3种铝合金年腐蚀率高低顺序为A1＞A2＞A3。3种铝合金和CFRP的极化曲线如图3所示。有文献指出，CFRP与金属极化曲线交点处的电位和电流密度分别表示两种材料偶合后的腐蚀电位与腐蚀电流。表2中列出了三种铝合金与CFRP极化曲线的交点，可以看出腐蚀电流密度与浸泡试验的年腐蚀率结果一致，紧固件连接后的腐蚀情况与两种偶合材料的电偶腐蚀电流成正比，在实际选材过程中可以通过对材料进行极化曲线测试来预判材料在使用过程中的腐蚀情况，这对实际汽车制造过程中的材料选择有很好的指导意义。

图2 3种铝合金偶和试样的腐蚀速率


2.2不同表面状态对腐蚀行为的影响


由图2可见，两种表面状态对不同铝合金的腐蚀速率没有明显影响。但是材料覆盖区域的腐蚀范围却受到了表面状态的影响。如图4所示，图中虚线表示CFRP与铝合金偶合后的覆盖区域边界，其中白色为腐蚀区域，灰色为未腐蚀区域，从图中可以看出，打磨后覆盖区域内的腐蚀区大小明显小于未打磨的覆盖区域。

图3 3种铝合金和CFRP的极化曲线

表2 CFRP与铝合金极化曲线的电化学参数

图4不同表面覆盖下铝合金表面的宏观腐蚀形貌


由图4可见，打磨过的CFRP样品从覆盖区域边缘开始分别向内腐蚀了2.5mm，6mm，5.5mm，整个覆盖区域的内部并未发生腐蚀；但是未打磨过的样品从边界开始分别向内腐蚀了8mm，8.5mm，13mm，几乎整个覆盖区域内部都被腐蚀。


图5、图6为A3-U和A3-S试样4个位置的腐蚀形貌，可以看到，覆盖区域内部（位置1、2、3），A3-U的腐蚀明显严重于A3-S，而在覆盖区域的边缘（位置4），两者均发生了严重的腐蚀。打磨过样品的覆盖区域腐蚀范围明显大于未打磨样品，这是由于未打磨样品的表面粗糙度大，导致两种材料接触区域的缝隙相对来说更大一些，电解质溶液就更容易进入缝隙，覆盖区域内部的腐蚀范围就会扩大，对于打磨后的样品，表面粗糙度小，两种材料间的缝隙也小，溶液进入缝隙的深度也会较浅，所以打磨后样品的覆盖区域腐蚀面积较小。

图5 A3-U试样浸泡试验后的腐蚀形貌

图6 A3-S试样浸泡试验后的腐蚀形貌


但是两种表面状态试样的年腐蚀率却没有明显的区别，怀疑是两者的腐蚀深度差异导致这种现象的发生。为了验证这一推测，对上述六个样品使用台阶仪测试腐蚀深度，每个样品选取3个不同位置，每个位置测试3次取平均值，结果如表3所示。

表3不同位置腐蚀深度


可以看到，虽然有些位置未打磨样品的腐蚀深度略大于打磨样品的腐蚀深度，但是综合三个不同位置的腐蚀深度可以看到，总体来说打磨后样品的腐蚀深度明显高于未打磨样品。


覆盖区域的腐蚀是电偶腐蚀和缝隙腐蚀的交互作用引起的，无法将两者分割开来。两组对比试验的连接样品接触位置的边缘必然有缝隙腐蚀的发生，但是复合材料表面状态对腐蚀的影响并不清楚，本工作主要分析复合材料表面状态对腐蚀深度的影响。对于打磨后的样品来说，表面粗糙度明显降低，两种材料接触紧密，缝隙相对较小，电解质溶液不易渗透到覆盖位置内部引起腐蚀的发生，而是被限制在覆盖位置的边缘，由于电偶腐蚀和铝合金的自腐蚀，在边缘位置生成大量的腐蚀产物，导致缝隙内部形成了腐蚀闭塞区，缝隙较小时，缝隙内外溶液的对流和扩散受阻，随着金属溶解和氧还原反应的发生，导致闭塞区贫氧，缝隙内外的氧浓差电池加速了闭塞区内金属的溶解，同时闭塞区内的金属离子的水解反应生成氢离子，使pH降低，产生自催化效应进一步加速金属的腐蚀。所以铝合金的腐蚀集中在靠近覆盖位置边缘的较小范围，但是腐蚀深度相对较深。对于未打磨的样品，表面粗糙度高，两种材料接触不紧密，缝隙较大，电解质溶液容易渗透到缝隙内部，使得两种材料覆盖部位的内部也满足电偶腐蚀的条件，发生了电偶腐蚀，所以腐蚀范围较广，另一方面由于缝隙较大，缝隙闭塞区不易形成，铝合金的腐蚀行为受缝隙腐蚀影响较小，腐蚀深度较浅。


3结论


铝合金和碳纤维环氧树脂复合材料用螺栓螺母连接后浸泡在3.5%NaCl溶液中会发生电偶腐蚀和缝隙腐蚀。


铝合金对整个体系腐蚀行为的影响受铝合金自身耐腐蚀性能的制约，自身耐蚀性好的铝合金在被连接后整体的耐蚀性依然较好，测试材料的极化曲线可以预估其耐腐蚀性，为制备过程中材料的选取提供了快速、便捷的方法。


表面状态对两种材料偶合后覆盖区域的腐蚀范围和腐蚀深度有较大影响。未打磨样品由于表面粗糙度高，材料接触不紧密，电解质溶液渗入覆盖位置内部，合金发生较大范围的腐蚀。碳纤维复合材料经过表面打磨后表面粗糙度显著较低，与金属的偶合更紧密，溶液难以渗入缝隙内部，两种材料间的覆盖区域腐蚀范围明显减小，覆盖区域边缘的腐蚀深度明显加深。