冷凝器是現代船舶上非常重要的裝置,在船舶動力系統、空調與制冷系統中均有使用。冷凝器中銅鎳合金傳熱管由于長期輸運冷卻介質——海水,常常遭受嚴重腐蝕乃至材料失效時有發生,是亟待解決的問題。通過對船舶冷凝器用B10和B30銅鎳合金管材進行微觀結構表征,進而揭示銅鎳合金管材的微觀組織結構與耐腐蝕性能的關系,可為提高銅鎳合金耐腐蝕性能提供必要的理論依據,為該類管材制備加工工藝優化提供重要數據支持。本文利用金相檢驗、掃描電鏡能譜分析及電子背散射衍射分析等方法,通過對船舶冷凝器用B10和B30銅鎳合金管材分別開展對比分析,尋求不同來源或同一來源不同批次銅鎳合金管材在微觀組織結構方面存在的差異,利用電化學分析測試技術評價銅鎳合金管材微觀組織結構差異對其耐蝕性能的影響;開發基于掃描電鏡的“定位跟蹤”表征技術,觀察銅鎳合金管材表面腐蝕形貌的演化過程,分析腐蝕產物元素含量變化,探究微觀組織結構影響銅鎳合金耐腐蝕性能的內在機理。

主要分析結果如下:

(1)耐腐蝕性能好的B10銅鎳合金管材樣品主要的微觀結構特征為平均晶粒尺寸較大,導致晶界占比較低,從而有效壓減了腐蝕介質輸運到基體內部的通道數量,進而抑制了腐蝕介質中參與腐蝕的活性原子數量,降低了腐蝕速率,最終表現為更優的耐腐蝕性能。

(2)耐腐蝕性能好的B30銅鎳合金管材樣品主要的微觀結構特征為特殊晶界含量尤其是共格孿晶界含量較高,有效阻礙了隨機晶界網絡的連通性且可能形成大尺寸的晶粒團簇,進而表現出更優的耐腐蝕性能。

(3)定位跟蹤表征發現,B10銅鎳合金管材樣品中001和101取向的晶粒更耐腐蝕,結果表明B10銅鎳合金微區耐腐蝕性能與晶體取向密切相關,其可能原因為不同晶體取向的腐蝕電位不同,導致腐蝕電位較高的晶粒耐腐蝕性能更優。

(4)定位跟蹤表征發現,B10和B30銅鎳合金管材樣品表面腐蝕產物膜均存在腐蝕開裂現象,腐蝕產物中均不同程度地富集了Fe、Ni和Mn元素,另有較多的O和C1元素。腐蝕形貌和產物分析結果顯示,B30銅鎳合金管材基體中Ni元素含量較高,導致腐蝕過程中更多的Ni原子填充到Cu2O腐蝕產物膜的缺陷中,使得該腐蝕產物膜更為致密,最終在不同腐蝕階段均表現出更優的耐腐蝕性能。