工程科学学报，第40卷，第2期：217-225,2018年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.2:217-225,February 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.012;http://journals.ustb.edu.cn 装配对典型螺栓/螺母紧固件盐雾环境腐蚀行为的影响 朱金阳四，李明，李 刚，彭兴月，傅耘 中国航空综合技术研究所，北京100028 ☒通讯作者，E-mail:y19881002@126.com 摘要海军航空装备的快速发展导致飞机必将面临更为严峻的海洋大气腐蚀问题，而军用飞机紧固件的腐蚀，尤其电偶腐 蚀将严重影响飞机结构的安全性水平.因此，本文采用盐雾腐蚀模拟、扫描电镜观察与分析、电化学测试分析（自腐蚀电位测 试、动电位极化测试、电偶腐蚀电流测试)等试验研究方法，将航空装备常用的30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓与三种不同螺母 (30 CrMnSiA镀镉钝化螺母、30 CrMnSiA镀锌钝化螺母和0Crl6Ni6钝化螺母)偶接装配，研究由于装配导致的电偶腐蚀效应对 典型螺栓/螺母紧固件腐蚀行为的影响.结果表明，在三种不同组合装配中，30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓与0Cr16Ni6钝化螺母之 间电位差最大，电偶腐蚀电流密度最高，对应螺栓电偶腐蚀敏感性评级达到E级，电偶腐蚀作用促进了镀镉钝化螺栓基体表 面点蚀的扩展，腐蚀进程被加速，加速系数AF达到3.4：30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓与30 CrMnSiA镀锌钝化螺母之间电偶效应 则较弱，且螺母为电偶腐蚀阳极，腐蚀进程被加速，加速系数AF为1.2，电偶腐蚀敏感性评级为D级；相比上述两种组合， 30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓与30 CrMnSiA镀镉钝化螺母之间电偶效应最不明显，对应电偶腐蚀敏感性评级为A级. 关键词电偶腐蚀；螺栓/螺母；装配；镀镉；镀锌；钝化 分类号TG174.2 Influence of assembly on corrosion behaviors of bolt/nut connections in a salt-spray environment ZHU Jin-yang,LI Ming,LI Gang,PENG Xing-yue,FU Yun AVIC China Aero-Polytechnology Establishment,Beijing 100028,China Corresponding author,E-mail:zjy19881002@126.com ABSTRACT Due to the rapid development of naval aviation equipment,naval aircraft will encounter complicated atmospheric corro- sion problems resulting from exposure to the oceanic atmosphere.The corrosion of the fasteners in the aircraft,especially due to the galvanic corrosion between fasteners,seriously compromises the safety of a particular component in an aircraft.When an aircraft is used for a long duration in an oceanic atmosphere containing high humidity and salinity,a layer of liquid film having a thickness of less than 1 pm will form on the surface of the structure,which causes electrical conduction between different structures,thereby increasing the risk of galvanic corrosion.Currently,many studies mainly focus on investigating the stress corrosion cracking (SCC)of bolt or galvanic corrosion between the bolt and aluminum alloy plates.However,only a few studies have investigated the galvanic corrosion of bolt/nut in assembly.Therefore,three types of nuts (Cd-plated 30CrMnSiA,Zn-plated 30CrMnSiA,and passivated OCr16Ni6)were utilized in this study,which were assembled to a Cd-plated 30CrMnSiA bolt.The salt-spray corrosion simulation,observations from scanning elec- tron microscope(SEM),and electrochemical measurements(open circuit potential,potentiodynamic polarization,and galvanic corro- sion current tests)were used to investigate the effect of the galvanic corrosion between the bolt/nut couples on the corrosion behaviors of bolts and nuts.The results depict that the highest potential difference and galvanic current are observed between the Cd-plated 30CrMnSiA bolts and passivated OCr16Ni6 nuts,which indicates the most significant galvanic effects.Further,the galvanic corrosion 收稿日期：2017-11-06 基金项目：国防科工局技术基础资助项目(JSJC2013209B058)
工程科学学报,第 40 卷,第 2 期:217鄄鄄225,2018 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 40, No. 2: 217鄄鄄225, February 2018 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2018. 02. 012; http: / / journals. ustb. edu. cn 装配对典型螺栓/ 螺母紧固件盐雾环境腐蚀行为的影响 朱金阳苣 , 李 明, 李 刚, 彭兴月, 傅 耘 中国航空综合技术研究所, 北京 100028 苣 通讯作者, E鄄mail: zjy19881002@ 126. com 摘 要 海军航空装备的快速发展导致飞机必将面临更为严峻的海洋大气腐蚀问题,而军用飞机紧固件的腐蚀,尤其电偶腐 蚀将严重影响飞机结构的安全性水平. 因此,本文采用盐雾腐蚀模拟、扫描电镜观察与分析、电化学测试分析(自腐蚀电位测 试、动电位极化测试、电偶腐蚀电流测试) 等试验研究方法,将航空装备常用的 30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓与三种不同螺母 (30CrMnSiA 镀镉钝化螺母、30CrMnSiA 镀锌钝化螺母和 0Cr16Ni6 钝化螺母)偶接装配,研究由于装配导致的电偶腐蚀效应对 典型螺栓/ 螺母紧固件腐蚀行为的影响. 结果表明,在三种不同组合装配中,30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓与 0Cr16Ni6 钝化螺母之 间电位差最大,电偶腐蚀电流密度最高,对应螺栓电偶腐蚀敏感性评级达到 E 级,电偶腐蚀作用促进了镀镉钝化螺栓基体表 面点蚀的扩展,腐蚀进程被加速,加速系数 AF 达到 3郾 4;30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓与 30CrMnSiA 镀锌钝化螺母之间电偶效应 则较弱,且螺母为电偶腐蚀阳极,腐蚀进程被加速,加速系数 AF 为 1郾 2,电偶腐蚀敏感性评级为 D 级;相比上述两种组合, 30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓与 30CrMnSiA 镀镉钝化螺母之间电偶效应最不明显,对应电偶腐蚀敏感性评级为 A 级. 关键词 电偶腐蚀; 螺栓/ 螺母; 装配; 镀镉; 镀锌; 钝化 分类号 TG174郾 2 收稿日期: 2017鄄鄄11鄄鄄06 基金项目: 国防科工局技术基础资助项目(JSJC2013209B058) Influence of assembly on corrosion behaviors of bolt / nut connections in a salt鄄spray environment ZHU Jin鄄yang 苣 , LI Ming, LI Gang, PENG Xing鄄yue, FU Yun AVIC China Aero鄄Polytechnology Establishment, Beijing 100028, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: zjy19881002@ 126. com ABSTRACT Due to the rapid development of naval aviation equipment, naval aircraft will encounter complicated atmospheric corro鄄 sion problems resulting from exposure to the oceanic atmosphere. The corrosion of the fasteners in the aircraft, especially due to the galvanic corrosion between fasteners, seriously compromises the safety of a particular component in an aircraft. When an aircraft is used for a long duration in an oceanic atmosphere containing high humidity and salinity, a layer of liquid film having a thickness of less than 1 滋m will form on the surface of the structure, which causes electrical conduction between different structures, thereby increasing the risk of galvanic corrosion. Currently, many studies mainly focus on investigating the stress corrosion cracking (SCC) of bolt or galvanic corrosion between the bolt and aluminum alloy plates. However, only a few studies have investigated the galvanic corrosion of bolt / nut in assembly. Therefore, three types of nuts (Cd鄄plated 30CrMnSiA, Zn鄄plated 30CrMnSiA, and passivated 0Cr16Ni6) were utilized in this study, which were assembled to a Cd鄄plated 30CrMnSiA bolt. The salt鄄spray corrosion simulation, observations from scanning elec鄄 tron microscope (SEM), and electrochemical measurements (open circuit potential, potentiodynamic polarization, and galvanic corro鄄 sion current tests) were used to investigate the effect of the galvanic corrosion between the bolt / nut couples on the corrosion behaviors of bolts and nuts. The results depict that the highest potential difference and galvanic current are observed between the Cd鄄plated 30CrMnSiA bolts and passivated 0Cr16Ni6 nuts, which indicates the most significant galvanic effects. Further, the galvanic corrosion
·218· 工程科学学报，第40卷，第2期 sensitivity rating reaches an E level,which significantly promotes the propagation of the pitting corrosion of the bolt.Additionally,the acceleration factor (AF)becomes 3.4.For the couple including the Cd-plated 30CrMnSiA bolt and Zn-plated 30CrMnSiA nut,the nut acts as an anode.Further,the corrosion rate of the nut increases,and the AF approximately becomes 1.2.Compared to the aforemen- tioned two couples,the Cd-plated 30CrMnSiA bolt and 30CrMnSiA nut exhibit the weakest galvanic effect,and the galvanic corrosion sensitivity rating is observed to be at an A level. KEY WORDS galvanic corrosion:bolt/nut;assembling;Cd plating;Zn plating;passivation 在一架军用飞机中螺栓、螺母等紧固件的使用 (30 CrMnSiA镀镉钝化螺母、30 CrMnSiA镀锌钝化螺 数量高达几十万件，其重要性不言而喻山).螺栓、螺 母和0Cxl6Ni6钝化螺母)偶接装配，研究由于装配 母等紧固件的耐蚀性能直接影响飞机结构的安全性 导致的电偶腐蚀效应对螺栓/螺母腐蚀行为的影响， 水平.近年来，海军航空装备的快速发展导致飞机 揭示装配对典型螺栓/螺母紧固件腐蚀行为的影响 面临更为严酷的海洋大气腐蚀问题.当飞机长期服 规律 役于高湿、高盐的海洋大气环境中，结构表面通常会 形成一层厚度小于1μm的微液膜2】，使不同结构之 1实验 间形成电导通，从而引发电偶腐蚀，造成安全隐 1.1实验材料 患[3).目前大部分研究主要集中于对螺栓自身应 螺栓、螺母试验件均采用国内航空装备常用典 力腐蚀开裂或螺栓与铝合金搭接件之间的电偶腐蚀 型紧固件产品，其中，螺栓试验件选取30 CrMnSiA 行为研究s-o],而对于装配态下螺栓/螺母的电偶腐 镀镉钝化螺栓，螺母试验件选取三种不同典型表面 蚀行为研究较少.本文基于航空装备常用典型螺 处理试验件，分别为30 CrMnSiA镀镉钝化螺母、 栓、螺母紧固件类型，采用盐雾腐蚀模拟、扫描电镜 30 CrMnSiA镀锌钝化螺母以及0Crl6Ni6钝化螺母， (SEM)分析、电化学测试（自腐蚀电位测试、动电位 其中，镀镉钝化和镀锌钝化所述钝化工艺为铬盐溶 极化测试、电偶腐蚀电流测试)等研究手段，将 液钝化，0Cr16N6钝化螺母钝化工艺为不锈钢酸洗钝 30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓与三种不同螺母 化.试验件分为非装配态和装配态两大类，详见表1. 表1实验选取的螺栓，螺母试验件 Table 1 Experimental samples used in this study 非装配态 装配态 类型 产品参照标准 基体材料 表面处理 组合编号 装配组合 HB7410 30CrMnSiA 镀镉钝化 组合1 3 DCrMnSiA镀镉钝化螺栓+30 CrMnSiA镀镉钝化螺母 合金钢螺栓 HB8232 30CrMnSiA 镀镉钝化 组合2 30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓+30 CrMnSiA镀锌钝化螺母 HB8232 30CrMnSiA 镀锌钝化 组合3 30 CrMnSiA镀镉钝化螺栓+0Crl6Ni6钝化螺母 合金钢自锁螺母 HB8269 0Crl6Ni6 钝化 1.2盐雾腐蚀试验 位极化测试采用传统三电极体系，辅助电极为铂电 盐雾腐蚀模拟试验包括两组试验，分别采用非 极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，螺栓、螺母试 装配态和装配态螺栓/螺母试验件，试验条件及实施 验件为工作电极.对于螺栓，选取底部螺纹区（含底 参照ASTM B117山.试验前试验件需用去离子水 部圆面)、杆纹连接区以及杆部区作为电化学测试 清洗，酒精、丙酮除油，冷风吹干，然后按实验条件要 区，高度均为10mm,非测试区域采用加工制定的聚 求将试验件相互绝缘安装在盐雾箱内，试验周期16d. 四氟乙烯套环夹具和硅橡胶进行密封（如图1所 试验结束后，取出试样首先进行宏观腐蚀形貌 示)，并根据GB/T5267.1一2002]附录G“螺栓、 观察，随后进行酸洗去除试样表面腐蚀产物（参照 螺钉和螺母的表面积”，计算螺栓的螺纹、杆部和杆 ASTM G01[2]),在LE0-1450扫描电镜下观察试样 纹连接区三个测试区域的面积分别为561.1、314.2 表面微观腐蚀形貌. 和398.6mm2.螺母测试区域为螺母外表面，面积为 1.3电化学测试 491.5mm2. 电化学测试包括自腐蚀电位(OCP)、动电位极 电偶腐蚀电流测试采用双电极体系，螺栓、螺母 化和电偶腐蚀电流测试.其中，自腐蚀电位和动电 分别作为工作电极和辅助电极，测试区域的选取如
工程科学学报,第 40 卷,第 2 期 sensitivity rating reaches an E level, which significantly promotes the propagation of the pitting corrosion of the bolt. Additionally, the acceleration factor (AF) becomes 3郾 4. For the couple including the Cd鄄plated 30CrMnSiA bolt and Zn鄄plated 30CrMnSiA nut, the nut acts as an anode. Further, the corrosion rate of the nut increases, and the AF approximately becomes 1郾 2. Compared to the aforemen鄄 tioned two couples, the Cd鄄plated 30CrMnSiA bolt and 30CrMnSiA nut exhibit the weakest galvanic effect, and the galvanic corrosion sensitivity rating is observed to be at an A level. KEY WORDS galvanic corrosion; bolt / nut; assembling; Cd plating; Zn plating; passivation 在一架军用飞机中螺栓、螺母等紧固件的使用 数量高达几十万件,其重要性不言而喻[1] . 螺栓、螺 母等紧固件的耐蚀性能直接影响飞机结构的安全性 水平. 近年来,海军航空装备的快速发展导致飞机 面临更为严酷的海洋大气腐蚀问题. 当飞机长期服 役于高湿、高盐的海洋大气环境中,结构表面通常会 形成一层厚度小于1 滋m 的微液膜[2] ,使不同结构之 间形成电导通,从而引发电偶腐蚀,造成安全隐 患[3鄄鄄4] . 目前大部分研究主要集中于对螺栓自身应 力腐蚀开裂或螺栓与铝合金搭接件之间的电偶腐蚀 行为研究[5鄄鄄10] ,而对于装配态下螺栓/ 螺母的电偶腐 蚀行为研究较少. 本文基于航空装备常用典型螺 栓、螺母紧固件类型,采用盐雾腐蚀模拟、扫描电镜 (SEM)分析、电化学测试(自腐蚀电位测试、动电位 极化测试、电偶腐蚀电流测 试) 等 研 究 手 段,将 30CrMnSiA 镀 镉 钝 化 螺 栓 与 三 种 不 同 螺 母 (30CrMnSiA 镀镉钝化螺母、30CrMnSiA 镀锌钝化螺 母和 0Cr16Ni6 钝化螺母)偶接装配,研究由于装配 导致的电偶腐蚀效应对螺栓/ 螺母腐蚀行为的影响, 揭示装配对典型螺栓/ 螺母紧固件腐蚀行为的影响 规律. 1 实验 1郾 1 实验材料 螺栓、螺母试验件均采用国内航空装备常用典 型紧固件产品,其中,螺栓试验件选取 30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓,螺母试验件选取三种不同典型表面 处理试验件, 分别为 30CrMnSiA 镀镉钝化螺母、 30CrMnSiA 镀锌钝化螺母以及 0Cr16Ni6 钝化螺母, 其中,镀镉钝化和镀锌钝化所述钝化工艺为铬盐溶 液钝化,0Cr16Ni6 钝化螺母钝化工艺为不锈钢酸洗钝 化. 试验件分为非装配态和装配态两大类,详见表1. 表 1 实验选取的螺栓、螺母试验件 Table 1 Experimental samples used in this study 非装配态 装配态 类型 产品参照标准 基体材料 表面处理 组合编号 装配组合 合金钢螺栓 HB 7410 30CrMnSiA 镀镉钝化 组合 1 30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓 + 30CrMnSiA 镀镉钝化螺母 HB 8232 30CrMnSiA 镀镉钝化 组合 2 30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓 + 30CrMnSiA 镀锌钝化螺母 合金钢自锁螺母 HB 8232 30CrMnSiA 镀锌钝化 组合 3 30CrMnSiA 镀镉钝化螺栓 + 0Cr16Ni6 钝化螺母 HB 8269 0Cr16Ni6 钝化 1郾 2 盐雾腐蚀试验 盐雾腐蚀模拟试验包括两组试验,分别采用非 装配态和装配态螺栓/ 螺母试验件,试验条件及实施 参照 ASTM B117 [11] . 试验前试验件需用去离子水 清洗,酒精、丙酮除油,冷风吹干,然后按实验条件要 求将试验件相互绝缘安装在盐雾箱内,试验周期16 d. 试验结束后,取出试样首先进行宏观腐蚀形貌 观察,随后进行酸洗去除试样表面腐蚀产物(参照 ASTM G01 [12] ),在 LEO鄄鄄1450 扫描电镜下观察试样 表面微观腐蚀形貌. 1郾 3 电化学测试 电化学测试包括自腐蚀电位(OCP)、动电位极 化和电偶腐蚀电流测试. 其中,自腐蚀电位和动电 位极化测试采用传统三电极体系,辅助电极为铂电 极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,螺栓、螺母试 验件为工作电极. 对于螺栓,选取底部螺纹区(含底 部圆面)、杆纹连接区以及杆部区作为电化学测试 区,高度均为 10 mm,非测试区域采用加工制定的聚 四氟乙烯套环夹具和硅橡胶进行密封(如图 1 所 示),并根据 GB / T 5267郾 1—2002 [13] 附录 G“螺栓、 螺钉和螺母的表面积冶,计算螺栓的螺纹、杆部和杆 纹连接区三个测试区域的面积分别为 561郾 1、314郾 2 和 398郾 6 mm 2 . 螺母测试区域为螺母外表面,面积为 491郾 5 mm 2 . 电偶腐蚀电流测试采用双电极体系,螺栓、螺母 分别作为工作电极和辅助电极,测试区域的选取如 ·218·
朱金阳等：装配对典型螺栓/螺母紧固件盐雾环境腐蚀行为的影响 ·219· 爆栓测试区 螺母测试区 图2电偶腐蚀电流测试中螺栓、螺母测试区域选取示意图 图1镀镉钝化螺栓不同典型区域电化学测试试样封装实物图 Fig.2 Schematic of the test regions of the bolt and nut that were Fig.1 Photos of the experimental samples that were used to perform used to perform galvanic corrosion current measurements the electrochemical measurements with different test regions of the cadmium plated bolt 呈现明显红色锈蚀，说明试样表面钝化膜已经破 裂且基体发生腐蚀，这与盐雾中氯离子的破钝效 图2所示，其中螺栓的测试暴露区为装配态下的螺 应有关，氯离子具有很强的穿透能力，容易穿透 纹外露区（含底部圆面），螺母测试区为螺母外表 金属氧化层进入内部，从而破坏金属的钝态，加 面，其余表面用聚四氟乙烯套环夹具和硅橡胶进行 速基体腐蚀[14-16]. 密封.螺栓、螺母电偶腐蚀电流测试区域的面积分 装配态螺栓/螺母试验件宏观腐蚀情况如图 别为561.1mm2和491.5mm2.电化学测试工作站采 用普林斯顿Model263A恒电位仪系统.电解质溶 4所示.总体来看，装配态螺栓的腐蚀主要发生 液为质量分数5%的NaCl溶液. 在外露螺纹区，拧人区域则无宏观可见的腐蚀， 杆部区彩虹纹清晰可见.另外，如图4(b)所示， 2结果与讨论 当镀镉钝化螺栓与镀锌钝化螺母装配，螺母的腐 2.1宏观腐蚀形貌 蚀相比单独暴露明显加重，主要表现为灰白色腐 经过16d的盐雾腐蚀环境暴露，非装配态镀 蚀产物增多，而当镀镉钝化螺栓与钝化螺母装 镉钝化螺栓和三种不同螺母试样表面均出现一 配，螺母的腐蚀则得到显著抑制，表面无红色锈 定程度的腐蚀，腐蚀情况如图3所示.其中，镀镉 蚀覆盖（图4(c)). 钝化螺栓和镀镉钝化螺母腐蚀最为轻微，试样大 2.2酸洗后试样表面微观腐蚀形貌 部分区域仍保持光亮，局部区域镀层腐蚀，呈现 图5给出了非装配态与装配态镀镉钝化螺栓酸 灰白色腐蚀产物.相比之下，镀锌钝化螺母和钝 洗后试样表面微观腐蚀形貌对比.对于组合1，螺栓 化螺母则腐蚀较为严重，尤其钝化螺母试样表面 的腐蚀与非装配态螺栓的腐蚀形貌十分相似，均呈 (a) (e d 图3非装配态螺栓、螺母试验件在盐雾环境暴露16d后的宏观腐蚀照片对比.()镀镉钝化螺栓：(b)镀镉钝化螺母：（©）镀锌钝化螺 母：(d)钝化螺母 Fig.3 Macro-photographs of the isolated bolt and nut after 16 d of exposure to a salt-spray environment:(a)Cd-plated bolt;(b)Cd-plated nut; (c)Zn-plated nut;(d)passivated nut
朱金阳等: 装配对典型螺栓/ 螺母紧固件盐雾环境腐蚀行为的影响 图 1 镀镉钝化螺栓不同典型区域电化学测试试样封装实物图 Fig. 1 Photos of the experimental samples that were used to perform the electrochemical measurements with different test regions of the cadmium plated bolt 图 2 所示,其中螺栓的测试暴露区为装配态下的螺 纹外露区(含底部圆面),螺母测试区为螺母外表 面,其余表面用聚四氟乙烯套环夹具和硅橡胶进行 密封. 螺栓、螺母电偶腐蚀电流测试区域的面积分 别为 561郾 1 mm 2和 491郾 5 mm 2 . 电化学测试工作站采 用普林斯顿 Model 263A 恒电位仪系统. 电解质溶 液为质量分数 5% 的 NaCl 溶液. 图 3 非装配态螺栓、螺母试验件在盐雾环境暴露 16 d 后的宏观腐蚀照片对比. (a)镀镉钝化螺栓; (b) 镀镉钝化螺母; (c) 镀锌钝化螺 母; (d) 钝化螺母 Fig. 3 Macro鄄photographs of the isolated bolt and nut after 16 d of exposure to a salt鄄spray environment: ( a) Cd鄄plated bolt; ( b) Cd鄄plated nut; (c) Zn鄄plated nut; (d) passivated nut 2 结果与讨论 2郾 1 宏观腐蚀形貌 经过 16 d 的盐雾腐蚀环境暴露,非装配态镀 镉钝化螺栓和三种不同螺母试样表面均出现一 定程度的腐蚀,腐蚀情况如图 3 所示. 其中,镀镉 钝化螺栓和镀镉钝化螺母腐蚀最为轻微,试样大 部分区域仍保持光亮,局部区域镀层腐蚀,呈现 灰白色腐蚀产物. 相比之下,镀锌钝化螺母和钝 化螺母则腐蚀较为严重,尤其钝化螺母试样表面 图 2 电偶腐蚀电流测试中螺栓、螺母测试区域选取示意图 Fig. 2 Schematic of the test regions of the bolt and nut that were used to perform galvanic corrosion current measurements 呈现明显红色锈蚀,说明试样表面钝化膜已经破 裂且基体发生腐蚀,这与盐雾中氯离子的破钝效 应有关,氯离子具有很强的穿透能力,容易穿透 金属氧化层进入内部,从而破坏金属的钝态,加 速基体腐蚀[14鄄鄄16] . 装配态螺栓 / 螺母试验件宏观腐蚀情况如图 4 所示. 总体来看,装配态螺栓的腐蚀主要发生 在外露螺纹区,拧入区域则无宏观可见的腐蚀, 杆部区彩虹纹清晰可见. 另外,如图 4 ( b) 所示, 当镀镉钝化螺栓与镀锌钝化螺母装配,螺母的腐 蚀相比单独暴露明显加重,主要表现为灰白色腐 蚀产物增多,而当镀镉钝化螺栓 与 钝 化 螺 母 装 配,螺母的腐蚀则得到显著抑制,表面无红色锈 蚀覆盖(图 4( c) ) . 2郾 2 酸洗后试样表面微观腐蚀形貌 图 5 给出了非装配态与装配态镀镉钝化螺栓酸 洗后试样表面微观腐蚀形貌对比. 对于组合 1,螺栓 的腐蚀与非装配态螺栓的腐蚀形貌十分相似,均呈 ·219·
·220· 工程科学学报，第40卷，第2期 a b (c) 图4装配态螺栓/螺母试验件在盐雾环境暴露16d后的宏观腐蚀照片对比.(a)组合1：(b)组合2：(c)组合3 Fig.4 Macro-photographs of the coupled bolt/nut after 16d of exposure to a salt-spray environment:(a)couple 1;(b)couple 2;(c)couple 3 1 mm mm 图5非装配态与装配态镀镉钝化螺栓酸洗后试样表面微观腐蚀形貌对比.(a)非装配态螺栓：(b)组合1-螺栓；（©）组合2-螺栓；(d) 组合3-螺栓 Fig.5 Micro-morphologies of the isolated and coupled bolts:(a)isolated bolt;(b)couple 1-bolt:(c)couple 2-bolt;(d)couple 3-bolt 现为密集细小的蚀坑分布，组合2螺栓表面整体则 形貌对比.对于镀锌钝化螺母，装配态试验件表面 较为平整，无明显蚀坑，相比之下，组合3螺栓腐蚀腐蚀更为严重，主要表现为蚀坑面积的扩大（如图6 最为严重，相比非装配态螺栓蚀坑面积明显增大，腐 (c)、(d)).而对于钝化螺母，装配后试样表面的腐 蚀更为严重 蚀明显变轻，整体更为平整，相比单独暴露下的情 图6给出了三种不同螺母装配前后的微观腐蚀 况，局部蚀坑没有出现（如图6(）、(f)).镀镉钝化
工程科学学报,第 40 卷,第 2 期 图 4 装配态螺栓/ 螺母试验件在盐雾环境暴露 16 d 后的宏观腐蚀照片对比. (a)组合 1; (b) 组合 2; (c) 组合 3 Fig. 4 Macro鄄photographs of the coupled bolt / nut after 16 d of exposure to a salt鄄spray environment: (a) couple 1; (b) couple 2; (c) couple 3 图 5 非装配态与装配态镀镉钝化螺栓酸洗后试样表面微观腐蚀形貌对比. (a)非装配态螺栓; (b) 组合 1鄄鄄螺栓; (c) 组合 2鄄鄄螺栓; ( d) 组合 3鄄鄄螺栓 Fig. 5 Micro鄄morphologies of the isolated and coupled bolts: (a) isolated bolt; (b) couple 1鄄鄄 bolt; (c) couple 2鄄鄄 bolt; (d) couple 3鄄鄄 bolt 现为密集细小的蚀坑分布,组合 2 螺栓表面整体则 较为平整,无明显蚀坑,相比之下,组合 3 螺栓腐蚀 最为严重,相比非装配态螺栓蚀坑面积明显增大,腐 蚀更为严重. 图 6 给出了三种不同螺母装配前后的微观腐蚀 形貌对比. 对于镀锌钝化螺母,装配态试验件表面 腐蚀更为严重,主要表现为蚀坑面积的扩大(如图 6 (c)、(d)). 而对于钝化螺母,装配后试样表面的腐 蚀明显变轻,整体更为平整,相比单独暴露下的情 况,局部蚀坑没有出现(如图 6(e)、(f)). 镀镉钝化 ·220·
朱金阳等：装配对典型螺栓/螺母紧固件盐雾环境腐蚀行为的影响 ·221· 2 mm 图6三种不同螺母非装配态与装配态试验件酸洗后试样表面微观腐蚀形貌对比.()非装配态镀镉纯化螺母：(b)组合1-螺母：(c)非 装配态镀锌钝化螺母：(d)组合2-螺母：（ε）非装配态钝化螺母：()组合3-螺母 Fig.6 Micro-morphologies of the isolated and coupled nuts:(a)isolated Cd-plated nut;(b)couple 1-nut;(c)isolated Zn-plated nut;(d)cou- ple 2-bolt;(e)isolated passivated nut;(f)couple 3-bolt 螺母装配前后试样整体腐蚀均较轻，微观形貌差异 螺栓-螺纹区、镀镉钝化螺母、镀锌钝化螺母以及钝 不大（如图6(a)、(b) 化螺母四种试样的自腐蚀电位对比.钝化螺母自腐 2.3电化学测试与分析 蚀电位最正，约为-120mV,镀锌钝化螺母最负，约 为了对上述非装配态与装配态试验件之间的腐 为-1040mV,镀镉钝化螺栓和镀镉钝化螺母自腐蚀 蚀差异给予进一步的分析和探讨，本文对上述试验 电位相近，处于前两者之间，约为-770mV.对于 件进行了电偶腐蚀电流等相关电化学测试与分析， 本文三种不同螺栓/螺母组合，组合3螺栓螺母电 测试与分析结果如下. 位差最高，达到660mV,理论上该组合电偶效应也 2.3.1自腐蚀电位测试 应最强，且钝化螺母电位更正，作为电偶腐蚀阴 两种金属之间电位差的大小是影响电偶腐蚀效 极，腐蚀被抑制，对应螺栓腐蚀被加速；组合2次 应高低的重要因素，图7给出了非装配态镀镉钝化 之，电位差约为270mV,螺栓螺母装配存在一定电
朱金阳等: 装配对典型螺栓/ 螺母紧固件盐雾环境腐蚀行为的影响 图 6 三种不同螺母非装配态与装配态试验件酸洗后试样表面微观腐蚀形貌对比. (a)非装配态镀镉钝化螺母; (b) 组合 1鄄鄄螺母; (c) 非 装配态镀锌钝化螺母; (d) 组合 2鄄鄄螺母; (e) 非装配态钝化螺母; (f) 组合 3鄄鄄螺母 Fig. 6 Micro鄄morphologies of the isolated and coupled nuts: (a) isolated Cd鄄plated nut; (b) couple 1鄄鄄nut; (c) isolated Zn鄄plated nut; (d) cou鄄 ple 2鄄鄄 bolt; (e) isolated passivated nut; (f) couple 3鄄鄄 bolt 螺母装配前后试样整体腐蚀均较轻,微观形貌差异 不大(如图 6(a)、(b)). 2郾 3 电化学测试与分析 为了对上述非装配态与装配态试验件之间的腐 蚀差异给予进一步的分析和探讨,本文对上述试验 件进行了电偶腐蚀电流等相关电化学测试与分析, 测试与分析结果如下. 2郾 3郾 1 自腐蚀电位测试 两种金属之间电位差的大小是影响电偶腐蚀效 应高低的重要因素,图 7 给出了非装配态镀镉钝化 螺栓鄄鄄螺纹区、镀镉钝化螺母、镀锌钝化螺母以及钝 化螺母四种试样的自腐蚀电位对比. 钝化螺母自腐 蚀电位最正,约为 - 120 mV,镀锌钝化螺母最负,约 为 - 1040 mV,镀镉钝化螺栓和镀镉钝化螺母自腐蚀 电位相近,处于前两者之间,约为 - 770 mV. 对于 本文三种不同螺栓 / 螺母组合,组合 3 螺栓螺母电 位差最高,达到 660 mV,理论上该组合电偶效应也 应最强,且钝化螺母电位更正,作为电偶腐蚀阴 极,腐蚀被抑制,对应螺栓腐蚀被加速;组合 2 次 之,电位差约为 270 mV,螺栓螺母装配存在一定电 ·221·