高比重钨合金材料的腐蚀特性

   高比重钨合金材料是一种以钨粉为主要原料,以Fe、Ni、Co等为粘结剂,通过粉末冶金的方法生产的合金材料,它具有密度大、机械性能优良等特点,是良好的兵器产品材料,在国内外得到广泛应用.高比重钨合金材料的生产工艺已经很成熟,其烧结、锻造、热处理等工艺以及材料的冷脆、静拉伸载荷下的缺口效应和断裂特征等在国内外已开展了深入的研究[1～3].但在大气环境中的腐蚀特性的研究少有报道.实际使用中发现,用耐蚀性好的钨合金材料生产的产品,一般未作表面防腐处理,腐蚀现象依然存在.对于有较长贮存期限要求的武器装备的材料,能否满足装备长期贮存的要求,是人们十分关注的问题.为了搞清钨合金材料在大气环境中的腐蚀特性以及环境对材料的影响,作者通过在大气环境下的贮存试验与户外暴露试验,以及实验室的浸泡加速模拟试验对钨合金材料的腐蚀特性进行了深入研究.

    自然环境试验钨合金力学性能的变化,主要表现在户外暴露下延伸率和断面收缩率的逐渐下降.江津站户外暴露开始的2年内,延伸率和断面收缩率约以每年15%的比率下降,抗拉强度约以每年2%的比率下降,2年后趋于稳定;万宁站户外暴露试样的延伸率和断面收缩率1年内下降约10%,抗拉强度约下降4%,以后趋于稳定.两站库内露置试样的延伸率和断面收缩率变化不大,强度有下降的趋势,但幅度很小,相对而言,江津站试样的强度下降趋势比万宁站的明显一些.所有缺口冲击试样的冲击韧性没有明显变化.

    从断口分析照片中可知,试验后的拉伸冲击样断口边缘都有粘接相腐蚀的现象,比较其腐蚀深度,江津站的户外暴露试样的最大腐蚀深度约100μm,万宁站的只有约50μm.断口边缘的沿晶腐蚀(粘接相腐蚀),使得钨颗粒一个一个地裸露出来.这种腐蚀破坏了材料组织结构的连续性,形成表面缺陷,造成应力集中,降低材料的塑性.江津站户外暴露样品力学性能变化比万宁站的大,从断口分析上可以得到较好的说明.

   由于粘接相腐蚀形成的缝隙很小,其腐蚀产物塞积于腐蚀缝隙处,腐蚀到一定深度后,腐蚀介质不易进入,材料的腐蚀受阻,表现在户外暴露的一定时间后,其力学性能趋于稳定.缺口冲击试样的冲击韧性没有明显的变化,是因为腐蚀产生的缺陷远小于试样的缺口,其产生的效应被试样的缺口效应所淹没,且该材料的缺口敏感性较小的结果.库内裸露贮存6年的钨合金虽然产生了轻微的表面点蚀,粘接相也有腐蚀存在,但因腐蚀极浅,尚不能对材料的力学性能产生影响,因而其力学性能尚无明显的变化.

    从红棕色的腐蚀产物特征看,与铁的腐蚀十分相似,这与粘接相的成分是十分吻合的.对于钨合金这种非均匀腐蚀的材料,用年腐蚀率的方法来评价其腐蚀速率不太合适,但还是能够看出一些趋势.从试验结果看,钨合金材料的腐蚀率和腐蚀深度都是很小的,确具较强的抗腐蚀能力.

(1)钨合金材料有较强的抗腐蚀能力,在大气环境下的宏观腐蚀形态表现为均匀分布的点蚀,微观腐蚀形态表现为粘接相的腐蚀,且在酸性环境中的腐蚀倾向更大一些.
(2)钨合金材料粘接相的腐蚀使其力学性能有下降的趋势,主要是塑性下降,但腐蚀不会造成氢脆.
(3)在库内大气环境下,钨合金的腐蚀是很有限的,也是很缓慢的,对其力学性能的影响十分微弱.
(4)在流动的液态腐蚀介质中使用钨合金材料时须特别注意其腐蚀对力学性能的危害。