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铝合金的腐蚀与6000系铝合金的晶间腐蚀

发布时间:2022-11-30人气:53

铝及铝合金的腐蚀主要有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、层状腐蚀等。铝虽具有相当高的抗腐蚀能力,但不论什么金属资料,也不论它有多高的抗蚀性,在运用中总会或多或少地产生腐蚀损耗。每年铝的腐蚀损耗约为当年铝产量的0.5%。6000系合金在变形铝合金中是产量Z大的,它的抗腐蚀性能虽不如1000系、3000系、5000系铝合金,但却比2000系及7000系铝合金大得多。6000系合金的晶间倾向也比拟大,对重要构造用的6000系铝合金资料应停止晶间腐蚀敏理性评价。

依据习用的预算办法,每年中国因腐蚀形成的直接经济损践约占GDP(国民消费总值)的3%,因腐蚀耗费的钢材为年产量的1/3左右,其中约占总产量的1/10是不可回收应用的。铝及铝合金的抗腐蚀性能比钢高得多,腐蚀损耗也比钢小得多。2020年,中国原铝产量3730万吨,照此预算,铝的腐蚀损耗约18.65万吨。

铝腐蚀的分类

从腐蚀的形貌看,铝的腐蚀可分为全面腐蚀和部分腐蚀,前者又称平均腐蚀,也称整体腐蚀,是指与环境相接触的资料外表平均腐蚀而遭到损耗。铝在碱性溶液中的腐蚀就是典型的平均腐蚀,如碱洗,腐蚀结果是铝外表以近似相同的速率变薄,质量减轻。但应当指出,绝 对的平均腐蚀是不存在的,厚度的减薄各处不尽相同。部分腐蚀是指腐蚀的发作局限在构造的特定区域或部位上,又可分为如下几类:

1.点蚀

点蚀发作在金属外表极为部分的区域内或部位上,形成洞穴或坑点并向内部扩展,以至形成穿孔。若坑口直径小于点穴深 度时,称为点蚀;若坑口直径大于坑的深 度时,可称为坑蚀。实践上,点蚀与坑蚀并无严厉界线。铝在含氯化物的水溶液中所发作的为典型的点腐蚀。在铝的腐蚀中,点腐蚀Z常见,是由于铝的某一区域的电位与基体电位不同惹起的,或由电位与铝基体电位不同的杂质存在惹起的。

2.晶间腐蚀

此种腐蚀是在晶粒或晶体自身未遭到明显腐蚀状况下,发作在金属或合金晶界处的一种选择性腐蚀,会使资料力学性能剧降,致使形成构造损坏或事故。晶间腐蚀缘由是在某些条件下晶界很生动,如晶界处有杂质,或晶界处某一合金元素增加或减少,也就是说晶界上必需有一层薄薄的对铝的其他局部呈电负性的区域,它优先腐蚀。高纯铝在盐酸中及高温水中可发作这类腐蚀,AI-Cu、AI-Mg-Si、Al-Mg、Al-Zn-Mg合金都对晶间腐蚀敏感。

3.电偶腐蚀

电偶腐蚀也是铝的一种特征性腐蚀形态。当一种不太生动的金属和一种比拟生动的金属如铝(阳极)在同一环境中相接触时或有导体相联时,构成电偶并惹起电流的活动,从而形成电偶腐蚀。电偶腐蚀又称双金属腐蚀或接触腐蚀。铝的自然电位很负,当铝与其它金属接触时,铝总是呈阳极,腐蚀加速,简直一切铝及铝合金都无法防止电偶腐蚀。相接触的两种金属的电位差愈大,电偶腐蚀也愈严重。应特别留意的是,在电偶腐蚀中,面积要素极为重要,大阴极和小阳极是Z不利的搭配。

4.缝隙腐蚀

同种或异种金属相接触,或金属与非金属相接触,就会构成缝隙,就会在缝隙处或其临近处产生腐蚀,缝隙外没有腐蚀,是由于缝隙内氧的缺乏惹起的,由于此时构成浓差电池。缝隙腐蚀与合金品种简直无关,即便十分耐蚀的合金也会发作。缝隙顶端酸性环境是腐蚀原动力,是堆积物(垢)下腐蚀的一种,6063合金建筑铝型材外表灰浆下腐蚀是一种极为普通的垢下缝隙腐蚀。法兰衔接面、螺母紧固面、搭接面、焊缝气孔、锈层下与沉层在金属外表的淤泥、积垢、杂质等都会引发缝隙腐蚀。

5.应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是拉应力和特定腐蚀介质共存时惹起的腐蚀开裂。应力能够是外加的,也能够是金属内部的剩余应力,后者可能产生于加工制造时的形变,也能够产生于淬火时的猛烈温度变化,还可能是内部构造改动惹起体积变化形成的。铆接、螺栓紧固、压入配合、冷缩配合形成的应力也是剩余应力,当金属外表的拉应力到达屈从强度Rpo.2时就会产生应力腐蚀开裂,2000系及7000系铝合金厚板在淬火时都会产生剩余应力,应在时效处置前经过预拉伸消弭,以免加工航空器零件时产生变形或以至带到零件中去。

6.层状腐蚀

该腐蚀又称剥层、剥落、成层腐蚀,可简称剥蚀,是2000系、5000系、6000系及7000系合金的一种特殊的腐蚀形态,多见于挤压材,一旦发作可像云母一样一层一层地往下剥离。

7.丝状腐蚀

这是一种可在铝材漆膜或其他涂层下呈蠕虫状开展的腐蚀,但未发现阳极氧化膜下的这种腐蚀,普通发作于航空器铝构造件与建筑或构造铝件涂层之下。丝状腐蚀与资料成分、涂覆前预处置和环境要素有关。环境要素是指温度、湿度、氯化物等。

6000系合金的晶间腐蚀

在当今应用的变形铝合金中,应用Z广的是热处置可强化的6000系合金,它们是一类Al-Mg-Si系与Al-Mg-Si-Cu系合金。2018年在美国铝业协会(TheAluminumAssociation,Inc.)公司注册的常用及十分用合金共706个,其中6000系合金Z多,有126个,占18%,在建筑工业、构造范畴与交通运输配备方面取得了普遍的应用,由于它们有良好的成形加工性能、适中的强度与优 秀的抗腐蚀性能。可是假如合金成分配比不恰如其分,或热处置参数选择不当,或加工成形欠妥,那么在含氯的环境中就会呈现晶间腐蚀(IGC)。

在多数状况下,晶间腐蚀呈现于含少量铜和Si/Mg高的合金中,通常大多数含铜合金的铜含量都不大于0.4%,只要6013、6113、6056、6156等4个合金的铜含量高达1.1%,向Al-Mg-Si合金加铜是为进步合金的力学性能。研讨发现,但凡有晶间腐蚀敏理性的合金,用高分辨率扫描透射电镜察看时,常常发现有富铜的偏析层和阴极性Q相沉淀物。Q相是一种四元金属间相,分子式为Cu2Mg8Si 5 Al4,沿着晶界析出,使临近的固溶体发作阳极溶解,构成无析出物带(precipitatefreezone)。

晶间腐蚀敏理性检验

在肯定铝合金的晶间腐蚀敏理性时,常用检验办法有两种:现场(野外)实验(fieldtest)与加速沉浸实验。在加速实验时,为了加快腐蚀停止,常常采用含有盐酸的氯化钾溶液(ISO11846MethodB)或加有过氧化氢的氯化钾溶液(ASTMG110)。实验后对试样横截面停止金相察看或测定其力学性能损失。ISO11846加速实验结果与海洋氛围现场实验结果有着高度的分歧性,可是晶间腐蚀敏理性铝材在加速实验时,在靠近试样外表的简直一切晶界都发作严重的腐蚀(平均晶间腐蚀),而现场实验试样外表仅在有限的地域发作腐蚀(部分腐蚀)。虽然如此,加速实验仍是能精确地判别资料能否有晶界腐蚀的规范办法。

汽车工业常常按ISO11846MethodB规范判别6000系铝合金能否有晶间腐蚀。按此规范实验时,首先将小试样(外表积<20cm2)全浸于室温酸性氯化钠溶液(pH=1)中24h,然后停止金相检验,以肯定腐蚀类型,点蚀还是晶间腐蚀,还待肯定:腐蚀毁坏外表百分数和Z大腐蚀深 度。Z近的研讨显现,允许对实验条件做一些较大的变动,不会对实验结果再现性有大的影响。特别是规范规则电解质体积对试样外表积之比不得小于5ml/cm2,否则对晶间腐蚀速度的影响甚大。

试样外表发作腐蚀的条件是必需存在阴极反响(析出氢,氧减少),实验溶液的pH值随着时间延长而上升,使电解质腐蚀降落。

在8系列变形铝合金中,6000系合金是一类Al-Mg-Si(Cu,Zn)系合金,Z易发作晶间腐蚀的合金之一,也就是说该系合金有相当强的晶间腐蚀敏理性。

为了检验6000系合金晶间腐蚀倾向,一个Z有效的办法是在ISO11846规范实验后停止碱液浸蚀再停止除污处置,除污处置用浓硝酸液。不过在温度50℃-60℃、浓度(5-10)wt%的NaOH溶液中浸蚀2min-5min,对实验结果会有所影响。

一种有效的替代碱浸蚀的工艺是用硝酸/氢氟酸溶液,能有效地肃清外表上富铁原生质点上的铝。大家晓得,铝质点能加速铝合金在氯化物溶液的腐蚀,由于它们是部分的显微阴极,同时这些质点还是晶间腐蚀(IGC)的发源地。与在碱液中的腐蚀相比,合金在硝酸/氟化物液中的腐蚀迟缓一些。

6000系合金既是一类应用Z广、产量Z大、种类(牌号)Z多的变形铝合金,也是晶间腐蚀敏理性大的变形合金之一,但是只需消费中严厉恪守工艺标准特别是热处置工艺,构造设计合理,制造精良,这种腐蚀完整能够防止。6000系合金构造、零部件的晶间腐蚀敏理性还与其工作环境亲密相关,在设计构造时,宜给予充沛留意。


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