鋁合金的腐蝕與防護(hù)

摘要：鋁及其合金使用越來越廣泛，在各行各業(yè)中都得到了大量的應(yīng)用。與此俱來的問題就是鋁及其合金的腐蝕與防護(hù)。本文對(duì)此進(jìn)行了較為全面的介紹。

關(guān)鍵詞：鋁合金；性能 ；腐蝕； 氧化；應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]：TB304 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A

[文章編號(hào)]：1002-2139(2013)-2--01

鋁元素占地殼重量的8.2%左右，是地殼內(nèi)含量最多的金屬元素。鋁元素的電負(fù)性很強(qiáng)，并且對(duì)氧有強(qiáng)親和性，自然狀態(tài)下可以生成氧化鋁膜。氧化鋁電導(dǎo)率低，除去后還會(huì)快速形成，所以會(huì)影響陽極反應(yīng)。鋁氧化膜有高應(yīng)得的、耐腐蝕、耐磨、裝飾性、電鍍附著性、絕緣性等良好性能而被廣泛利用在生產(chǎn)生活中，因此鋁合金是生產(chǎn)生活中重要的原材料。

1.鋁合金分兩類

1.1鑄造用鋁合金:

硅元素能夠提高金屬流動(dòng)性、抗熱震性和緊壓力因此硅在合金中應(yīng)用較多。但硅鋁合金機(jī)械強(qiáng)度不夠，加入鎂和銅等其他金屬再經(jīng)過熱處理，可以提升合金機(jī)械強(qiáng)度所。而加入鈣或鍶，可增大硅鋁合金延展性。加入硼、鈦或鈦、磷，可以強(qiáng)化抗張強(qiáng)度和抗熱震性。

1.2加工用鋁合金

如：編號(hào)1000系列是純度在99%以上的鋁。1100系列合金中加入0.12%的銅、鐵、硅。此種合金具有高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，但是機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性都很低。

6000系列合金中主要的合金元素是鎂和硅。這種合金需要經(jīng)過熱處理，硅化鎂是其強(qiáng)化析出物。

鋁鈦合金和鋁鋰合金是新型合金，是重要的航空材料。鈦使合金的強(qiáng)度增大，而鋰使合金的密度減小，使彈性模量增大。鋁鋰合金添加鎂可使其密度減小，強(qiáng)度增大。

2.鋁及其合金的應(yīng)用

由于鋁合金具有良好的導(dǎo)電性導(dǎo)熱性耐腐蝕性、強(qiáng)度高可加工性高的優(yōu)良的性能，被用于各種方面。如：包裝材料、耐用消費(fèi)品、建筑結(jié)構(gòu)材料、運(yùn)輸、航空、電力、機(jī)械設(shè)備等等。

3.腐蝕形態(tài)

工業(yè)發(fā)展至今，鋁合金材料被大量使用，由此產(chǎn)生的鋁合金腐蝕與防護(hù)問題就尤為突出了。 鋁合金除了在磷酸和堿溶液等少數(shù)物質(zhì)中發(fā)生全面腐蝕外，都只產(chǎn)生局部腐蝕，常見腐蝕形態(tài)為：電偶腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、層狀腐蝕、縫隙腐蝕和絲狀腐蝕等。

3.1點(diǎn)腐蝕

又稱孔蝕，鈍化膜局部破壞時(shí)會(huì)在鈍化金屬上發(fā)生孔蝕。孔蝕鋁合金最常見的腐蝕形態(tài)之一。在空氣、淡水、中性水溶液、海水等環(huán)境下會(huì)發(fā)生點(diǎn)腐蝕。當(dāng)電位大于點(diǎn)蝕電位時(shí)，溴離子和氯離子造成局部侵蝕的方式是相同的。此外，合金和介質(zhì)不同點(diǎn)腐蝕程度不同，嚴(yán)重時(shí)會(huì)穿孔。

3.2電偶腐蝕

雙金屬腐蝕又稱電偶腐蝕，是電化學(xué)腐蝕，是鋁合金的特征性腐蝕形態(tài)之一。鋁化學(xué)性質(zhì)活潑因此電位很負(fù)，鋁與電或其他金屬接觸時(shí)，大部分情況是鋁處于陽極加速腐蝕。腐蝕程度由兩金屬的電位序相對(duì)位置決定，即電位差越大，導(dǎo)致電偶腐蝕會(huì)越嚴(yán)重。

3.3晶間腐蝕

發(fā)生在金屬晶體的邊緣，使晶粒間結(jié)合力變小、內(nèi)部變松弛，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低的腐蝕是晶間腐蝕。熱處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致晶間腐蝕，金屬間化合物或合金化元素沉淀使腐蝕加速。Al-Cu系、Al-Cu-Mg系和Al-Zn-Mg系合金會(huì)有晶間腐蝕敏感性。

3.4絲狀腐蝕

此種腐蝕為膜下腐蝕，一般發(fā)生在除陽極氧化膜外的漆膜、其他涂層膜或金屬鍍膜。合金成分、環(huán)境、涂層預(yù)處理等會(huì)影響絲狀腐蝕。環(huán)境因素有溫度、濕度、pH、氯化物等。

4.腐蝕防護(hù)

工業(yè)發(fā)展至今，鋁合金材料被大量使用，由此產(chǎn)生的鋁合金腐蝕與防護(hù)問題就尤為突出了。人們對(duì)大量由合金引發(fā)的安全事故的原因著手調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)事故中的問題通過防護(hù)處理可以避免。這表明金屬腐蝕防護(hù)的科學(xué)可能涉及人類還未探索的技術(shù)領(lǐng)域。

“腐蝕”是描述周圍環(huán)境使材料發(fā)生變化并導(dǎo)致材料損壞的反應(yīng)，金屬材料與水溶液的反應(yīng)通常是電化學(xué)反應(yīng)，但也能是個(gè)物理變化。由于存在材料的功能和反應(yīng)程度問題，因此不是所有反應(yīng)都會(huì)發(fā)生材料腐蝕損壞，在實(shí)際工作中這兩方面應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮到。為防止損壞發(fā)生，就要定期對(duì)鋁及其合金進(jìn)行腐蝕防護(hù)。

涂層法：此方法防腐蝕性沒有長效防腐蝕方法效果好（氟碳涂料防腐蝕效果能夠達(dá)到50年）。

熱浸鋅：將鋼構(gòu)件除銹后浸入高溫融化的鋅液中。

熱噴鋁（鋅）復(fù)合涂層：是長效防腐蝕方法。

耐候鋁：是含有鉻、鎳、磷、鈦等金屬，比普通結(jié)構(gòu)用鋁耐腐蝕性優(yōu)秀的鋼材，這種合金會(huì)在金屬表面形成耐腐蝕的保護(hù)層。

電化學(xué)保護(hù)法：此方法很常用，但應(yīng)用中有很大的局限性。若電解得到的產(chǎn)物利于其他類型的腐蝕，就不能采用此法。

結(jié)語：

交通工具、航天器和武器裝備輕化、提高強(qiáng)度、韌度、抗沖擊、抗疲勞、耐腐蝕性始終是鋁合金的發(fā)展方向。目前在保證合金耐腐蝕性和韌性的基礎(chǔ)上向超強(qiáng)發(fā)展，提高靜態(tài)承載能力；在提高動(dòng)態(tài)承載能力并保證高強(qiáng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展耐疲勞和抗沖擊性是高性能鋁合金的發(fā)展前沿。

以鋁合金帶替鋼是車船減重的發(fā)展方向，因此交通工具用鋁合金是鋁合金發(fā)展的熱點(diǎn)。

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