2結果與討論

2.1不同鋁合金材料對腐蝕行為的影響

圖2為3種鋁合金/CFRP偶和試樣的年腐蝕失重率。3種鋁合金年腐蝕率高低順序為A1＞A2＞A3。3種鋁合金和CFRP的極化曲線(xiàn)如圖3所示。有文獻指出，CFRP與金屬極化曲線(xiàn)交點(diǎn)處的電位和電流密度分別表示兩種材料偶合后的腐蝕電位與腐蝕電流。表2中列出了三種鋁合金與CFRP極化曲線(xiàn)的交點(diǎn)，可以看出腐蝕電流密度與浸泡試驗的年腐蝕率結果一致，緊固件連接后的腐蝕情況與兩種偶合材料的電偶腐蝕電流成正比，在實(shí)際選材過(guò)程中可以通過(guò)對材料進(jìn)行極化曲線(xiàn)測試來(lái)預判材料在使用過(guò)程中的腐蝕情況，這對實(shí)際汽車(chē)制造過(guò)程中的材料選擇有很好的指導意義。

圖2 3種鋁合金偶和試樣的腐蝕速率

2.2不同表面狀態(tài)對腐蝕行為的影響

由圖2可見(jiàn)，兩種表面狀態(tài)對不同鋁合金的腐蝕速率沒(méi)有明顯影響。但是材料覆蓋區域的腐蝕范圍卻受到了表面狀態(tài)的影響。如圖4所示，圖中虛線(xiàn)表示CFRP與鋁合金偶合后的覆蓋區域邊界，其中白色為腐蝕區域，灰色為未腐蝕區域，從圖中可以看出，打磨后覆蓋區域內的腐蝕區大小明顯小于未打磨的覆蓋區域。

圖3 3種鋁合金和CFRP的極化曲線(xiàn)

表2 CFRP與鋁合金極化曲線(xiàn)的電化學(xué)參數

圖4不同表面覆蓋下鋁合金表面的宏觀(guān)腐蝕形貌

由圖4可見(jiàn)，打磨過(guò)的CFRP樣品從覆蓋區域邊緣開(kāi)始分別向內腐蝕了2.5mm，6mm，5.5mm，整個(gè)覆蓋區域的內部并未發(fā)生腐蝕；但是未打磨過(guò)的樣品從邊界開(kāi)始分別向內腐蝕了8mm，8.5mm，13mm，幾乎整個(gè)覆蓋區域內部都被腐蝕。

圖5、圖6為A3-U和A3-S試樣4個(gè)位置的腐蝕形貌，可以看到，覆蓋區域內部（位置1、2、3），A3-U的腐蝕明顯嚴重于A(yíng)3-S，而在覆蓋區域的邊緣（位置4），兩者均發(fā)生了嚴重的腐蝕。打磨過(guò)樣品的覆蓋區域腐蝕范圍明顯大于未打磨樣品，這是由于未打磨樣品的表面粗糙度大，導致兩種材料接觸區域的縫隙相對來(lái)說(shuō)更大一些，電解質(zhì)溶液就更容易進(jìn)入縫隙，覆蓋區域內部的腐蝕范圍就會(huì )擴大，對于打磨后的樣品，表面粗糙度小，兩種材料間的縫隙也小，溶液進(jìn)入縫隙的深度也會(huì )較淺，所以打磨后樣品的覆蓋區域腐蝕面積較小。

圖5 A3-U試樣浸泡試驗后的腐蝕形貌

圖6 A3-S試樣浸泡試驗后的腐蝕形貌

但是兩種表面狀態(tài)試樣的年腐蝕率卻沒(méi)有明顯的區別，懷疑是兩者的腐蝕深度差異導致這種現象的發(fā)生。為了驗證這一推測，對上述六個(gè)樣品使用臺階儀測試腐蝕深度，每個(gè)樣品選取3個(gè)不同位置，每個(gè)位置測試3次取平均值，結果如表3所示。

表3不同位置腐蝕深度

可以看到，雖然有些位置未打磨樣品的腐蝕深度略大于打磨樣品的腐蝕深度，但是綜合三個(gè)不同位置的腐蝕深度可以看到，總體來(lái)說(shuō)打磨后樣品的腐蝕深度明顯高于未打磨樣品。

覆蓋區域的腐蝕是電偶腐蝕和縫隙腐蝕的交互作用引起的，無(wú)法將兩者分割開(kāi)來(lái)。兩組對比試驗的連接樣品接觸位置的邊緣必然有縫隙腐蝕的發(fā)生，但是復合材料表面狀態(tài)對腐蝕的影響并不清楚，本工作主要分析復合材料表面狀態(tài)對腐蝕深度的影響。對于打磨后的樣品來(lái)說(shuō)，表面粗糙度明顯降低，兩種材料接觸緊密，縫隙相對較小，電解質(zhì)溶液不易滲透到覆蓋位置內部引起腐蝕的發(fā)生，而是被限制在覆蓋位置的邊緣，由于電偶腐蝕和鋁合金的自腐蝕，在邊緣位置生成大量的腐蝕產(chǎn)物，導致縫隙內部形成了腐蝕閉塞區，縫隙較小時(shí)，縫隙內外溶液的對流和擴散受阻，隨著(zhù)金屬溶解和氧還原反應的發(fā)生，導致閉塞區貧氧，縫隙內外的氧濃差電池加速了閉塞區內金屬的溶解，同時(shí)閉塞區內的金屬離子的水解反應生成氫離子，使pH降低，產(chǎn)生自催化效應進(jìn)一步加速金屬的腐蝕。所以鋁合金的腐蝕集中在靠近覆蓋位置邊緣的較小范圍，但是腐蝕深度相對較深。對于未打磨的樣品，表面粗糙度高，兩種材料接觸不緊密，縫隙較大，電解質(zhì)溶液容易滲透到縫隙內部，使得兩種材料覆蓋部位的內部也滿(mǎn)足電偶腐蝕的條件，發(fā)生了電偶腐蝕，所以腐蝕范圍較廣，另一方面由于縫隙較大，縫隙閉塞區不易形成，鋁合金的腐蝕行為受縫隙腐蝕影響較小，腐蝕深度較淺。

3結論

鋁合金和碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復合材料用螺栓螺母連接后浸泡在3.5%NaCl溶液中會(huì )發(fā)生電偶腐蝕和縫隙腐蝕。

鋁合金對整個(gè)體系腐蝕行為的影響受鋁合金自身耐腐蝕性能的制約，自身耐蝕性好的鋁合金在被連接后整體的耐蝕性依然較好，測試材料的極化曲線(xiàn)可以預估其耐腐蝕性，為制備過(guò)程中材料的選取提供了快速、便捷的方法。

表面狀態(tài)對兩種材料偶合后覆蓋區域的腐蝕范圍和腐蝕深度有較大影響。未打磨樣品由于表面粗糙度高，材料接觸不緊密，電解質(zhì)溶液滲入覆蓋位置內部，合金發(fā)生較大范圍的腐蝕。碳纖維復合材料經(jīng)過(guò)表面打磨后表面粗糙度顯著(zhù)較低，與金屬的偶合更緊密，溶液難以滲入縫隙內部，兩種材料間的覆蓋區域腐蝕范圍明顯減小，覆蓋區域邊緣的腐蝕深度明顯加深。