海洋环境中不同微观结构TC4合金的交流腐蚀行为研究及其防护机制解析

针对海洋工程中TC4合金在交流(AC)干扰下的腐蚀风险，研究人员通过电化学测试、原子力显微镜(AFM)和浸泡实验，揭示了冷却速率对合金耐蚀性的影响规律，发现AC通过增加钝化膜缺陷密度(ip升高)和促进亚稳态点蚀加速腐蚀，其中水冷试样因β相偏析和马氏体α'相存在表现出最差抗性，为海洋装备选材提供理论依据。

　　

随着海洋资源开发与高压输电设施的密集建设，钛合金在海洋环境中的交流(AC)腐蚀问题日益凸显。TC4(Ti-6Al-4V)合金虽以优异耐蚀性著称，但其焊接接头因冷却速率差异导致的微观结构非均匀性，可能成为AC腐蚀的薄弱环节。浙江理工大学的研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究，首次系统揭示了不同冷却工艺下TC4合金的AC腐蚀机制。

研究采用电化学极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)、原子力显微镜(AFM)三维形貌分析等技术，对比了炉冷、空冷和水冷试样的性能差异。通过模拟海水浸泡实验结合X射线衍射(XRD)相组成分析，阐明了微观结构特征与腐蚀行为的关联性。

微观结构、成分和相分数
炉冷试样呈现等轴α相与晶间β相的典型组织，而水冷试样因快速冷却形成大量板条状马氏体α'相。能谱(EDS)显示水冷试样β相区存在明显的钒(V)元素偏聚，这种成分不均匀性为微电偶腐蚀创造了条件。

AC干扰对耐蚀性的影响
无AC时，炉冷试样因α相占比高(85.7%)表现出最优的钝化性能(i_ss=0.32?μA/cm²)。施加15?mA/cm² AC后，所有试样钝化膜缺陷密度(N_D)增加2-3个数量级，其中水冷试样因β相(14.3%)与α'相的协同作用，出现最多的亚稳态点蚀事件(频率提升47%)。AFM证实其表面膜孔隙率较炉冷试样高68%。

腐蚀机理
AC通过两种途径加速腐蚀：(1)周期性电场扰动破坏钝化膜稳定性，产生零电流电位波动；(2)促进Cl^-在β相/α'相界面的吸附，引发选择性溶解。水冷试样中板条状α'相形成的微观原电池，进一步加剧了β相区的点蚀扩展。

该研究首次建立了TC4合金冷却速率-微观结构-AC腐蚀敏感性的定量关系，提出海洋装备焊接区应优先采用炉冷工艺以降低β相含量。发现钒偏聚对钝化膜保护性的削弱机制，为开发抗AC腐蚀新型钛合金提供了理论靶点。国家自然科学基金资助的这项成果，对保障海上风电、跨海桥梁等重大工程的安全服役具有重要指导价值。