钛（Ti）及其合金因高耐蚀性、、、生物相容性和低弹性模量而宽泛利用于航空航天、、、生物医学和海洋领域[1][6]。目前TC4合金重要钻研通过增长分歧合金元素、、、选取分歧工艺形变以及理论改性等步骤获得的分歧组织在分歧溶液系统里的耐蚀性，但是没有深刻钻研分歧组织中α和β相对钛合金耐蚀性的影响。

热处置步骤的冷却速度和热输入对钛合金基体的组织和钝化膜有很大影响，从而对合金侵蚀行为产生影响。

WEI等[7]证实了Ti-3Mo合金的侵蚀速度随退火温度的升高而增长。这是由于α和β相之间形成了微观原电池，从而加快了钝化膜的溶化，使两相间形成了显著的部门侵蚀坑。YANG等[8]报道说，β相的晶粒度和体积分数是影响分歧温度下退火的Ti-Zr-Al-V合金耐蚀性的重要成分。此外，固溶时效处置的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金由于微观原电池效应减弱，阐发出比变形合金更好的侵蚀机能。然而，超不断效处置在Ti-6Al-4V合金理论产生了出缺点的钝化膜，导致其耐侵蚀性恶化[9]。因而，合金组织的变动对钛合金的侵蚀行为拥有重要影响。

在钛合金中，TC4（Ti-6Al-4V）合金由于拥有优异的耐侵蚀机能而被用作结构资料，尤其是在海洋利用方面显示出巨大的潜力[10]。已经证明，在TC4合金中，微观原电池由β和α相组成，这是溶质元素微观偏析的了局，例如钼(Mo)和铌(Nb)元素在这些相间的偏析。因而，通过分歧的热处置前提扭转α相的含量或α晶粒的巨细能够影响合金的侵蚀行为，但目前鲜见关于TC4合金中元素散布对侵蚀行为的报道。因而，TC4合金分歧区域的组织特点与其侵蚀行为之间的潜在有关性依然未知，这故障了该合金在海洋环境中的进一步利用。

本文系统地钻研了TC4、、、AC-TC4和WQ-TC4合金在5M盐酸中的侵蚀行为、、、组织和元素显微偏析。与TC4、、、AC-TC4合金相比，WQ-TC4合金拥有更高的耐侵蚀机能。此外，还诠氏缢元素偏析对TC4合金侵蚀行为的影响，为今后提高钛合金的耐侵蚀机能提供了新的方向。

1、、、试验与步骤

1.1资料制备和热处置步骤

选取的钛合金资料为：：Ti-6Al-4V合金，其对应的合金商标为TC4。TC4合金化学成分（质量分数/%）：：Al-6.01、、、V-3.84、、、Fe-0.30、、、C-0.10、、、N-0.05、、、O-0.20、、、H-0.015、、、Ti-balance。尝试所用试样尺寸为10mm×10mm×2mm，理论积为1cm2。试验拔取退火温度为900℃，退火功夫2h，升温速度10℃/min的KX2-2.5-10箱式电阻炉对TC4合金进行热处置。随后，通过水淬和空冷获得了分歧的TC4合金，制备了名义上为WQ-TC4和AC-TC4合金。

1.2微观结构表征

用80#~3000#SiC砂纸由粗到细顺次打磨，而后用粒度为1μm的金刚石抛光膏进行抛光处置，使抛光面达到镜面无划痕，主张是确保去除由热处置引起的氧化层。用侵蚀试剂(1毫升HF+1.5mLHCl+2.5mLHNO3+95mLH2O)对三组试样进行侵蚀。而后，使用场发射扫描电子显微镜(SEM，GeminiSEM，Zeiss，德国)对试样分歧区域的微观组织进行了表征。选取Bragg-Brentano几何结构和Cuk辐射的X-射线衍射仪(X射线衍射仪，日本RigakuUltimaIV，日本)测定了每个样品的相组成。用X射线光电子能谱(XPS，ESCALAB250Xi，Thermo，US)检测了侵蚀膜中的元素散布。

1.3浸泡尝试

将抛光后的试样浸泡在5mol/L的盐酸溶液中（由质量分数为37%的盐酸溶液和去离子水混合配制）。取样称重时，用蒸馏水和无水乙醇进行超声波洗濯，并使用精度为0.1mg的天平称重。

试验取样周期为48h、、、96h、、、144h、、、192h、、、240h，侵蚀液每隔48h更换一次。通过扫描电子显微镜观察试样理论状态，重要蕴含被侵蚀后理论被侵蚀地位、、、被侵蚀领域、、、侵蚀后状态和侵蚀类型。通过观察侵蚀理论的宏观描摹和理论微观描摹，并用扫描电镜附带的能谱仪（EDS）对微区的成分进行分析，诠释资料的侵蚀机理，分析影响资料侵蚀行为的成分。

1.4电化学测试

将抛光后试样用环氧树脂覆盖后袒露外名义积为1cm2，用无水乙醇进行超声洗濯10min，再用去离子水洗濯，最后在室温下干燥。使用建设有三电极系统的电化学工作站(AutolabPARSTAT4000A，荷兰)测试样品的电化学性质。银/氯化银电子(饱和KCl溶液；0.2224V相对于尺度氢电极)作为参比电极，铂电极作为辅助电极，工作电极是经抛光后的样品。电极的工作面积为1.0cm2。为了确？？康米⌒院涂煞锤葱，这些样品在电化学丈量前在-0.8VAg/AgCl下极化。当开路电位的颠簸在10min内小于10mV时，系统被以为是不变的，其电位被纪录为样品的开路电位。从-1.2到1.2V丈量动态极化曲线，扫描速度为0.5mV/s。每个样品的上述电化学试验反复3次，以确保尝试了局的可反复性。

2、、、了局与会商

2.1微观结构分析

图1为TC4、、、AC-TC4和WQ-TC4合金的微观结构？Ｄ芄豢闯，经热处置后试样组织均为等轴组织，TC4合金重要由等轴α晶：：途Ъ洇戮ЯＷ槌(图1a)；AC-TC4合金中出现等轴初生α相、、、沿晶β相和片状次生α相组织(图1b)；WQ-TC4合金显微组织以两相为主，但在α相中出现了片状β相，且大部门β相在高温下转变为片层状。与AC-TC4合金相比，WQ-TC4合金保留了更多的等轴α相（图1c）。其原因是在淬火过程中，α相有一部门溶于β相中，但保留有很多藐小的α相，这些藐小的α相是在α+β中形成的，在淬火时并未齐全溶于β相中。同时，水淬的冷却速度比在空气中快，所以WQ-TC4合金的晶粒更藐小。通过ImageJ软件进行图像处置后，得到了图1中对应等轴α相尺寸别离为：：3.907~3.940、、、4.825~4.903、、、3.451~3.829μm。

图2a为三个样品的XRD图。这些衍射峰均由密排六方堆积(hcp)结构的α相和体心立方（bcc）结构的β相组成。与其他两种合金相比，WQ-TC4合金在2θ=38.75°左近的β相（110）衍射峰强度显著更低，而在2θ=40°左近的α相（101）衍射峰强度较高。正是由于WQ-TC4合金在高温下产生的大量层状结构，其中有更多的β相转化为了α相。层状α相和原α相拥有一样的晶体结构，因而在XRD图中观察到一样的衍射峰，这被以为是α相[11]。其具体含量见图2b。

2.2电化学侵蚀分析

图3为分歧热处置方式的TC4钛合金在3.5%的氯化钠盐溶液中的电化学测试Tafel曲线图。通过Tafel外推法得到了样品的侵蚀电位和侵蚀电流密度。如表1所示，WQ-TC4合金拥有最低的侵蚀电流密度(1.375×10-8A/cm2)和最高的侵蚀电位(-0.492V)，而TC4合金和AC-TC4合金的侵蚀电位差距不大，但侵蚀电流密度均高于WQ-TC4合金。

通常来说，侵蚀电位越高，侵蚀电流密度越小，试样耐侵蚀机能越好。侵蚀电位与产生侵蚀的难易水平有关，侵蚀电位越低，越容易产生侵蚀。侵蚀电流与资料的溶化速度有关，侵蚀电流越大，资料的侵蚀速度越快[12]。因而，经热处置后的WQ-TC4合金的耐蚀机能最好，AC-TC4合金的耐蚀机能最差。Fojt和Su等人的钻研批注：：钛合金耐蚀性的降低与组织中的β相有关[13-14]，β相含量的降低有助于TC4合金耐蚀性的提高。通过图2b能够发现，WQ-TC4合金的β相含量有所降落，因而其耐蚀性有所提高。此外，钛合金耐蚀性的提高与α相尺寸有关。SEM了局批注，WQ-TC4合金的α相尺寸小于AC-TC4合金，所以α相尺寸的细化有利于耐侵蚀机能的提高。

2.3浸泡侵蚀分析

图4、、、5别离为在5M盐酸溶液进行2、、、4、、、6、、、8、、、10d浸泡尝试的侵蚀失重数据图和侵蚀失质量比率图。从中能够看出，随着功夫增长，所有试样失重质量均呈逐步增长趋向，且试样的失重与浸泡功夫呈线性增长关系。初始浸泡时，失重-功夫曲线斜率较大，后面斜率放缓逐步不变，其原因是初始试样理论被侵蚀，存在极化后钝化的过程，在突破钝化的；つず笥忠圆槐淝飨蚪星质。其中900℃淬火试样失重比率最小为3.89×10-3，近乎为900℃空冷试样失质量比率的13%，证明其耐侵蚀机能最佳。

图6为分歧热处置前提的TC4合金在5M盐酸溶液中浸泡10d后的侵蚀试样的扫描图。从图6a、、、b能够看出TC4合金在5M盐酸环境下已经被严重侵蚀，表层为凹陷的不规定被侵蚀描摹。图6c试样并没有观察到被侵蚀后理论的凹陷描摹，注明其被侵蚀水平相对较弱，这可能是由于α相和β相在5M盐酸溶液中的敏感性分歧所致[15]。了局批注，在浸泡过程中，α相优先溶化，α相与β相之间的区域侵蚀较严重。随着退火温度的升高，大量片状α相天生，并且由于微观结构中片状α相和β相电极之间的尺度平衡电位分歧，片状α相和β相形成更多的微观原电池，从而引起加快侵蚀[16]。为了进一步探索淬火试样与其他试样侵蚀机能分歧的原因，对浸泡尝试后的TC4试样、、、900℃空冷试样和900℃淬火试样进行了EDS扫描，了局如图7所示。从图7a、、、b能够看出，在凹陷区域内Ti和V散布比力均匀，但Al在凹坑描摹内缺失严重，证明Al在浸泡尝试中优先被侵蚀掉。图7c中被侵蚀地位并没有出现某一元素显著缺失，由此揣摩出Al被侵蚀后大量缺失的重要原因是来自于热处置工艺的分歧？？绽浠郝睦淙此俣仁垢飨嘣诶┥⒛坦讨懈菀状锏狡胶庾刺，且各相中元素扩散充分。在空冷前提下Al更多的扩散到α相内，V更多的扩散到β相内，富含Al的α相和富含V的β相二者之间形成微观原电池，从而加快了钝化膜分裂和起头侵蚀后的侵蚀速度，所以出现侵蚀电流密度大幅增长，TC4合金耐侵蚀机能降落的景象。而水淬非？？斓睦淙此俣仁沟迷卦诟飨嘀欣┥⒉怀浞，削减了元素之间的浓度差距，从而减弱了这种两相间的微观原电池侵蚀效应，使得其获得了最佳的耐侵蚀机能。

2.4点蚀试验分析

图8a、、、b别离为900℃空冷试样和900℃淬火试样在1M盐酸环境下的点蚀电化学尝试侵蚀描摹图和各元素含量图。从侵蚀描摹图中能够看出，点蚀坑散布并不均匀，并且状态各别，但重要集平散布在α和β相界处，进一步印证了两相间形成微观原电池侵蚀的推论。从元素含量图能够看出，试样在点蚀坑内（α/β相界处）Al的质量分数别离为9.03%和6.09%，均低于α相区和β相区中的Al含量，证实点蚀坑内Al优先被侵蚀，且是影响等轴组织TC4合金耐侵蚀机能的重要成分[17]；点蚀坑内Al、、、V含量近似相称，这是由于在形成微观原电池的过程中产生了类似的电化学反映，α相中的Al作为阳极优先溶化，不休失去电子成为离子进入溶液，从而受到侵蚀，而β相中的V成为阴极，产生析氢反映，起着传递电子的作用，从而加快了侵蚀速度，形成了点蚀坑；由于AC-TC4合金点蚀区内的Al含量高于WQ-TC4合金中Al含量，这进一步验证了经空冷后的AC-TC4合金中Al更多的扩散到了α相中，其偏析水平弘远于WQ-TC4合金，与之前电化学测试了局相符：：WQ-TC4合金耐侵蚀机能最佳，TC4次之，AC-TC4最差。

凭据上述了局，分歧热处置前提下钛合金的侵蚀过程和机理如图9所示。如图9a所示，天然氧化膜的溶化重要是将TiO2转化为Ti3+，即TiO2首先被还原为TiOOH·H2O，而后在H+的作用下转化为Ti3+[19]。钛合金的天然钝化膜在5MHCl溶液中不不变，在一按功夫后险些齐全溶化。除了化学溶化反映外，在分歧的热处置前提下也会产生原电池效应。如图9b所示，在淬火前提下，TC4合金的微观结构中出现了α和β相，这可能会在侵蚀过程中形成原电池[20]。图9c显示了在空冷后钛合金的溶化过程。与在淬火前提下相比，β相中出现层状α相。高温退火前提下片状α相的增长提高了形成原电池的概率，这也是在空冷前提下产生严重侵蚀的重要原因。此外，α相的费米能级高于β相[21]。拥有高费米能级的α相在形成原电池的过程中充任优先溶化的阳极地位。β相区的侵蚀水平比α相区小，这是由于V能够提高β相的不变性[22][23]。

3、、、结论

本文系统地钻研了分歧热处置工艺对TC4合金在5MHCl溶液中的侵蚀行为的影响。本钻研得出的重要结论如下：：

（1）TC4、、、AC-TC4、、、WQ-TC4合金的显微组织由析出的α相和β相组成。凭据热处置过程中的冷却速度和温度，确定了经淬火的TC4合金α相晶粒尺寸减小，其片层组织得到了细化。

（2）通过电化学试验和浸泡试验验证了TC4、、、AC-TC4、、、WQ-TC4之间存在显著的侵蚀差距，三个区域的耐侵蚀性巨细挨次为：：WQ-TC4>TC4>AC-TC4。

（3）扫描电子显微镜和EDS分析批注，在TC4和AC-TC4中，α和β相界处均出现元素显微偏析，导致在两相间形成微观原电池使合金的耐侵蚀性降落。而在WQ-TC4中元素偏析的水平较弱。因而，元素的微观偏析对TC4合金的耐侵蚀机能起着关键作用。

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第一作者简介

张俊庭，男，在读硕士钻研生。E-mail: 1427568132@qq.com

通讯作者简介

蒋晓军，男，博士，副教授。E-mail：：xiaoqwq@126.com

基金

1. 中央疏导处所科技发展资金项目：：236Z1002G。2. 国度天然科学基金：：52101047。

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