国家标准《铝合金晶间腐蚀敏感性评价方法》述评

侯 绎,白晓霞,贺文秀,韩 啸,李 丹,胡天龙,王美琪

(东北轻合金有限责任公司,黑龙江 哈尔滨 150060)

1 标准发展历程

我国现行的测定铝合金晶间腐蚀的国家标准有两个:GB/T 7998-2005《铝合金晶间腐蚀测定方法》和GB/T 26491-2011《5×××系铝合金晶间腐蚀试验方法 质量损失法》;行标有一个:HB 5255-83《铝合金晶间腐蚀及晶间腐蚀倾向的测定》。其中GB/T 7998标准是1987年制定并颁布实施的,仅在2005年修订过一次,该修订版本已经使用18年,使用年限较长。标准中借助于金相显微镜检查对腐蚀试验后(或未腐蚀)的试样进行晶间腐蚀检查,其涵盖了2×××系、5×××系和7×××系铝合金晶间腐蚀试验,但缺少6×××系铝合金的试验方法。而6×××系铝合金作为可热处理强化的铝合金,以其良好的综合性能,被广泛应用于交通运输和航空航天领域,尤其在大型民用飞机、船舶、军用舰载机、轨道交通中有广泛的应用,而在这些领域中的铝合金构件所处的自然环境有发生晶间腐蚀的可能。现行的国标体系中缺乏对6×××系铝合金晶间腐蚀敏感性的评定方法;我国2011年颁布实施GB/T 26491《5×××系铝合金晶间腐蚀试验方法 质量损失法》适用范围仅为5×××系铝合金板材,它是通过测量腐蚀前后试样单位面积的质量损失来评定5×××系铝合金板材的晶间腐蚀敏感性。GB/T 26491无论从适用范围、方法原理、腐蚀溶液和试验温度均和GB/T 7998不同,但又容易与GB/T 7998相混淆,且在使用过程中两种同源方法分立两个标准,给实际应用带来不便,因此修订国家标准势在必行。

2 标准编制过程

2018年3月在云南省昆明市全国有色金属标准化技术委员会轻金属分会主持召开了本标准的预研工作会议,确认开始标准修订预研工作。2020年4月,国家标准化管理委员会下达了修订《铝合金晶间腐蚀敏感性评价方法》国家标准的任务,修订项目由全国有色金属标准化技术委员会负责管理,国家标准计划号20210805-T-610,任务完成时间为2021年～2022年,为期18个月。技术归口单位为全国有色金属标准化技术委员会。至2021年6月,全国有色金属标准化技术委员会共组织召开了5次标准工作会议,对多版本的草稿进行深入的讨论、修改,最后完成征求意见稿并挂网征求意见。2021年11月,该标准完成了技术专家审定,2022年5月完成了全国有色金属标准化技术委员会审查,2022年6月顺利报批,2023年5月正式发布,2023年12月正式实施。

3 标准主要内容

3.1 试剂

3.1.1 过氧化氢的使用方法

国外标准规定了氧化剂(过氧化氢)在加热之前不能加入,而GB/T 7998-2005规定将过氧化氢加入,混匀,应立即放入试样。两者之间主要差异为氧化剂的加入时间,而在加热过程中过氧化氢会发生分解(加热至60 ℃,大约分解50%),降低了氧化剂在腐蚀试验中的作用。因此,本标准中明确规定,试验时,先加热试液至试验温度,再添加过氧化氢(其质量分数为30%)。

如果过氧化氢的开瓶次数多,且贮存不当,过氧化氢会分解失效,会降低氧化剂在腐蚀试验中的作用。因此,本标准中增加了使用中不能确定过氧化氢浓度时,使用前应按照GB/T 6684-2002进行核实,完善了标准内容。

3.1.2 质量损失法试液

GB/T 26491-2011版是参考国外标准编制,其编制过程中存在笔误,将试验溶液浓度由硝酸(其质量分数为70%～72%)修改为硝酸溶液(3+2)(即3体积的分析纯浓硝酸加2体积的水)。实际上硝酸(70%～72%)的正确表述应为分析纯浓硝酸,而不是硝酸溶液。因此,5×××系铝合金质量损失法试液由原标准硝酸溶液(3+2)更改为硝酸(HNO3,ρ=1.40 g/mL)。

3.2 试样

3.2.1 质量损失法取样示意图

GB/T 26491-2011《5×××系铝合金晶间腐蚀试验方法 质量损失法》中,对取样只有简单的文字描述,容易出现因试验人员理解错误,造成取样错误,进而影响试验结果的准确性。GB/T 26491-2011整合到本标准后,按制品规格新增三个质量损失法取样示意图(图1为产品厚度不大于25 mm的矩形试样示意图)。

图1 质量损失法矩形试样取样示意图(产品厚度不大于25 mm)

GB/T 26491-2011中显微组织检查磨抛部位是横断面,而国外标准都是纵断面,观察纵断面的优点是既可以对试样是否存在晶间腐蚀进行定性分析,又可以观察晶界上第二相的形态和分布。因此,本标准规定显微组织检查的磨抛部位改为纵断面。

3.2.2 锻件试样规格和取样示意图

GB/T 7998-2005只有管、棒、线、板、型材,不含锻件及其他,未涵盖所有产品类型,影响标准的适用范围。修订后增加了锻件试样规格和8种锻件的取样示意图(图2为矩形锻件取样示意图)。规定了未涵盖产品的试样可参考这些给出的试样类型,使GB/T 7998标准涵盖所有产品的类型。

图2 矩形锻件取样示意图

3.2.3 腐蚀深度法试样预处理中的酸洗工艺

腐蚀深度法试样预处理的酸洗工艺中,GB/T 7998-2005为硝酸溶液(3+7),而国外标准为硝酸(ρ=1.40 g/mL)。由于预处理中的碱洗工艺会去除掉试样表面原有的氧化膜层,采用硝酸(ρ=1.40 g/mL)进行酸洗,能在试样碱洗后的新鲜表面上形成氧化膜(钝化),这种试样表面更能体现原始表面的真实状态,使试验更具有代表性。因此,腐蚀深度法试样预处理中酸洗工艺用的硝酸溶液更改为硝酸。

3.2.4 包铝层去除方法

对于包铝层去除方法,GB/T 7998-2005为碱洗,但碱洗工艺无法解决较厚包铝板去除包铝层的问题。因此本标准在原有碱洗方法的基础上加入允许用机械加工方式去除包铝层的内容。

3.3 试验程序

3.3.1 试验温度

GB/T 7998-2005(腐蚀深度法)试验温度与国外标准不一致,GB/T 7998-2005(腐蚀深度法)试验温度为35 ℃±2 ℃,国外标准试验温度一般为30 ℃±3 ℃。采用与国外标准相同的试验温度,能使晶间腐蚀试验方法与国际标准接轨,提高GB/T 7998标准的通用性。因此,腐蚀深度法的试验温度更改为30 ℃±3 ℃。

比对国外标准和GB/T 26491-2011(质量损失法)的试验温度,国外标准为30 ℃±0.1 ℃,GB/T 26491-2011为30 ℃±1 ℃,国外标准试验温度控制精度更高。试验温度的控制精度低,表示对试验条件的控制能力差,其试验结果的准确性会令人质疑。因此,质量损失法的试验温度更改为30 ℃±0.1 ℃。

3.3.2 腐蚀深度法显微组织试样

GB/T7998-2005(腐蚀深度法)是垂直材料主变形方向的一端切去约5 mm取样,而国外标准是选取试样表面腐蚀最严重的区域取样。GB/T 7998-2005的试验结果可能会低于国外标准,影响了标准间的结果可比性。因此,本版标准腐蚀深度法试样选取原始表面腐蚀最严重的区域取样,并提供了取样部位示意图(见图3)。

图3 腐蚀深度法试样制样位置示意图(俯视图)

3.3.3 质量损失法试样清洗

GB/T 26491-2011(质量损失法)的试样清洗为毛刷清洗,而国外标准的试样清洗为超声波清洗。采用毛刷清洗试样与采用超声波清洗试样都可以达到效果,超声波清洗为无接触式,而毛刷清洗为接触式,毛刷清洗可能会产生人为误差。因此,质量损失法的试样清洗由毛刷清洗更改为超声波清洗,并建立了超声波清洗试样规程。

3.3.4 6×××系铝合金晶间腐蚀试验方法

国外标准提供的6×××系铝合金的晶间腐蚀评价方法与2×××和7×××的相同,而GB/T 7998-2005中未涵盖6×××系铝合金。参考国外标准和GB/T 7998-2005中的2×××和7×××系铝合金试验方法,并做了标准间的对比试验。结论为腐蚀深度法中2×××系、7×××系铝合金晶间腐蚀评定方法适合于6×××系铝合金晶间腐蚀的检查,腐蚀时间宜为6 h。因此,本标准增加了6×××系铝合金的晶间腐蚀试验和评定方法,此方法内容与腐蚀深度法中的2×××系、7×××系铝合金一致,腐蚀时间宜为6 h。

3.3.5 质量损失法试样在试液中的摆放方式

为使试样摆放方式更清楚、直观,修改了关于质量损失法试样摆放的叙述,增加了质量损失法试样摆放示意图(见图4)。

图4 质量损失法试样摆放示意图

3.4 结果处理与表示

3.4.1 腐蚀深度法典型显微组织图片

GB/T 7998-2005中只提供了一张晶间腐蚀(连续分布)的典型图片(见图5),而结果提到的一般腐蚀和点蚀均未提供典型图片,不利于试验中对腐蚀性质的确定。本版标准中增加典型图片(见图6、图7、图8)后,解决了仅有文字描述容易发生理解错误的问题。

图5 晶间腐蚀(连续分布)

图6 一般腐蚀

图7 点蚀

图8 晶间腐蚀(区域分布)

4 标准水平分析

在标准制定过程中,调研了我国的主要铝加工企业、部分科研院所、学校,同时参考了ASTM标准,进一步规范国内铝合金产品的晶间腐蚀试验方法,保证铝合金产品的质量。主要技术参数与国外同类标准的相当。标准内容全面,规定严谨,同时增加了标准图谱,保证了晶间腐蚀结果评定的准确性,具有先进性、科学性、普遍性、广泛性和适用性,综合水平优于国外同类标准水平。

5 标准创新点

该标准的创新点主要体现在三个方面,一是避免混淆,GB/T 26491-2011的适用范围、方法原理、腐蚀溶液和试验温度和GB/T 7998-2005均不相同,容易与GB/T 7998相混淆,且在使用过程中两种同源方法分立两个标准也给实际应用带来不便,将GB/T 26491-2011《5×××系铝合金晶间腐蚀试验方法 质量损失法》的内容整合到标准中,解决了这一问题;二是增加了取样示意图,规定了未涵盖的产品类型可参考确定试样类型,使标准涵盖所有产品的类型;三是增加了一般腐蚀、点蚀和区域分布晶间腐蚀的典型图片,解决了仅有文字描述容易发生理解错误的问题。

6 结束语

本标准是我国铝合金产品试验方法系列标准之一,适用于为2×××、5×××、6×××、7×××系铝合金板、带、管、棒、型、锻件等变形铝合金产品的晶间腐蚀试验。重新修订后的《铝合金晶间腐蚀敏感性评价方法》分别按照腐蚀深度法(适用于2×××系、5×××系、6×××系和7×××系铝合金)与质量损失法(适用于5×××系铝合金)评定晶间腐蚀敏感性,其适用范围广,评价手段优于ASTM标准系列,适应我国铝合金材料的技术研发与质量控制的需要。本标准统一了铝合金晶间腐蚀的检测评定方法,进一步完善了国内在航天航空、轨道交通等领域产品标准体系,标准综合水平达到国际先进水平,保持了我国标准的先进性,完全能满足国内铝合金晶间腐蚀试验的需求。

本标准是中国高端制造的产品标准代表,该标准发布有利于促进国外关键产品的国产化,将会引领相关产业领域的高质量发展,创造巨大的社会效益和经济效益,利于提高我国铝及铝合金产品的国际竞争力。