鋁合金在乙二醇冷卻劑介質中的腐蝕動力學研究

張藝靈，張振林，楊鵬飛

（新冶高科技集團有限公司，北京 100081）

液體冷卻系統中最為常見的冷卻劑是乙二醇（CH2OHCH2OH）冷卻劑[1]，通常乙二醇冷卻液腐蝕性較低，但由于長期使用致使其在使用中發生酸化反應，從而發生腐蝕現象，迫使系統中的部分產品發生設備維修或更換。如俄羅斯“和平號”空間站在軌運行的前幾年，發生過多次乙二醇水溶液泄露，迫使部分產品被更換[2]；國際空間站熱控系統中冷卻劑發生酸化反應，致使熱控系統內金屬腐蝕，直接影響了系統、裝備的穩定性和安全性[3，4]。

雖然乙二醇對鋁合金的腐蝕具有一定的抑制作用，但鋁合金表面生成的醇化鋁膜較疏松，其穩定性和耐蝕性較氧化膜差[5]。范金龍等發現，鋁合金的腐蝕速率隨著乙二醇冷卻液濃度的增加而減小，溶液溫度越高，腐蝕速率越大，同時浸泡時間增加后氧化膜的薄弱區會出現點蝕，在伴隨點蝕自愈合的同時點蝕總體加劇[6]。金星等證實：鋁合金A6061在乙二醇-腐蝕水模擬冷卻液中短期浸泡能抑制腐蝕性，但浸入時間延長至4小時以上，會加劇乙二醇溶液腐蝕A6061合金，且乙二醇的氧化產物將增強A6061合金的腐蝕敏感性[7]。趙天亮發現在乙二醇溶液中，含有較高Mg元素和一定Mn元素的5A05鋁合金比3A21、6063鋁合金的耐腐蝕性好[8]。

1 試驗

1.1 試樣制備

本試驗材料5A06鋁合金、5A06鋁合金（本色陽極化）。樣品尺寸為50mm×25mm×2mm，在距樣品頂部5mm處鉆一個直徑為2mm的孔，用于在試驗期間固定樣品。

1.2 試驗方法

為研究鋁合金在乙二醇冷卻劑介質中的腐蝕動力學，通過對兩種裸材在乙二醇冷卻液中浸泡試驗，得到金屬腐蝕前后重量，從而繪制腐蝕動力學曲線圖；測出不同材質的極化曲線，擬合出腐蝕電流密度，判斷腐蝕速率，綜合判斷鋁合金在乙二醇冷卻劑介質中的耐腐蝕能力。

具體方案如下：

首先，用酒精擦拭去掉金屬表面油污，然后用去離子水沖洗雜質。

每個金屬樣本測量三次，記為a、b、c；并稱重，記為W0。

為保證試驗溫度為30℃，試驗在恒溫水浴鍋中進行。

每隔1m、2m、3m、6m、9m、12m分別取試樣，隨后用軟毛刷擦拭金屬試樣表面，再使用專門清除腐蝕物的除銹液（硝酸（HNO3，ρ=1.42g/ml））清除致密的大面積腐蝕物層，用去離子水洗干凈并干燥樣品，稱量處理后的金屬材料重量，記W1，并計算試樣的腐蝕速率。

2 結果及分析

2.1 腐蝕失重

通過對兩種材料在乙二醇循環冷卻液中浸泡試驗，根據失重數據繪制腐蝕動力學曲線圖。由圖1可知，5A06鋁合金在乙二醇中浸泡1個月和2個月的腐蝕失重很小，到3個月時質量反而有輕微的增加，這可能與鋁合金表面鈍化形成氧化層有關系。

圖1 5A06鋁合金的腐蝕動力學曲線

而從圖2可知，5A06鋁合金（本色陽極化）在乙二醇中歷經1個月的浸泡后，腐蝕速率逐漸變小，基本小于4g/(m2·a)，并且隨著試驗時間增長，腐蝕速率逐漸降低，腐蝕逐漸減緩，6個月后腐蝕速率已趨于0，但到12個月后腐蝕速率又升高。

圖2 5A06鋁合金（本色陽極化）的腐蝕動力學曲線

2.2 腐蝕電流密度

通過繪制，得到5A06鋁合金和5A06鋁合金（本色陽極化）的極化曲線圖，從圖3、圖4可以看出兩種鋁合金在乙二醇中具有顯著的鈍化行為，且鈍化區間較大，在陽極極化范圍內（1V vs.OCP）仍沒有出現明顯的擊穿電位，表明兩種鋁合金在乙二醇中具有優異的耐腐蝕性能。由極化曲線擬合得到5A06鋁合金在乙二醇中的腐蝕電流為3.8997×10-8A/cm2，5A06鋁合金（本色陽極化）在乙二醇中的腐蝕電流為1.6291×10-8A/cm2，兩種鋁合金的腐蝕速率小。本色陽極化處理的5A06鋁合金的腐蝕電流密度要小于未經表面處理的，說明本色陽極化處理能增強5A06鋁合金在乙二醇中的耐腐蝕性能。

圖3 5A06鋁合金在乙二醇中的極化曲線

圖4 5A06鋁合金（本色陽極化）在乙二醇中的極化曲線

3 結論

（1）5A06鋁合金在乙二醇中不同周期的腐蝕速率均不大于1g/(m2·a)，整體腐蝕速率均比較低；5A06鋁合金（本色陽極化）初期腐蝕速率小于4g/(m2a)，但隨著試驗周期延長，腐蝕速率有所降低，腐蝕減緩，6個月后已趨于0。

（2）5A06鋁合金和5A06鋁合金（本色陽極化）的腐蝕電流密度分別為3.8997×10-8A/cm2、1.6291×10-8A/cm2，腐蝕電流密度較小，且本色陽極化處理能降低5A06鋁合金的腐蝕電流密度，增強5A06鋁合金在乙二醇中的耐蝕性；整體來看5A06鋁合金和5A06鋁合金（本色陽極化）在乙二醇中的腐蝕速率較低，均未發生明顯的腐蝕，耐蝕性良好。本色陽極化處理能增強5A06鋁合金的耐腐蝕性能。