不同型号铝合金腐蚀速率的探究

不同型号铝合金腐蚀速率的探究（质量损失法）沁阳市永威学校高一一班高世博指导老师：张瑞霞【摘要】铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金构件的需求日益增多，使铝合金的抗腐蚀性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金防腐蚀技术的发展，同时防腐蚀技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的防腐蚀技术正成为研究的热点。我们可以用质量损失法，模拟铝合金部件的实际服役环境，用质量监测追踪，显微金相观察，分析不同型号的铝合金的抗腐蚀性能。【关键词】铝合金质量损失法金相检查1.引言•铝是轻金属，密度仅是铁三分之一左右。在自然界中以复杂的硅酸盐形态存在，铝元素在地壳中的含量居金属首位，占地壳总量的8.8%纯净的铝是银白色的，因在空气中易与氧气化合，在表面生成致密的氧化物薄膜（氧化铝Al2O3），所以通常略显银灰色，平常我们可见的铝制品，均已经被氧化。而其氧化薄膜又使铝不易被腐蚀。铝能够与稀的强酸（如稀盐酸，稀硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐，但一般需要将其氧化膜去掉或快速摩擦后放入酸液中。影响铝合金腐蚀的主要因素有材质及气象、污染等环境因素1.本身的耐蚀性：对于铝合金本身而言，若将其暴露大气环境下，•其表面迅速生成致密的氧化膜γ-Al2O3，其自然形成的氧化膜厚度约为20-30nm，若有水或大量水蒸气的存在，γ-Al2O3将转化为γ-AlOOH，γ-AlOOH最终转变为Al(OH)3。Al(OH)3属两性氧化物，在酸碱环境中都会溶解，所以大部分的降雨、雾、表面蒸发及浓缩的液层和铝表面小孔内的电解质都会使铝合金处于腐蚀状态。而在酸性条件下将诱使铝合金发生加速腐蚀。•腐蚀产物：主要为铝的氧化物、卤化物及含氧酸盐等。•腐蚀类型：主要为点蚀（点蚀又称为小孔腐蚀、孔蚀或坑蚀。它是由于金属表面在拉应力或化学物质作用下，因保护层遭到破坏并出现局部穿透，使金属基体直接暴露在腐蚀环境中形成局部腐蚀小孔并向纵深发展的一种腐蚀破坏形式）。••腐蚀机理：硫化物、氯化物等多种腐蚀性介质协同作用下的电化学腐蚀。•在本次实验中主要对酸性条件下的腐蚀加以探究，我和老师在查阅资料的基础上利用质量损失法进行腐蚀实验和金相实验，对铝合金质量定时监测，以及对产物的显微镜像分析来分析不同型号的铝合金的抗腐蚀性能。2.实验部分•方法原理•本试验方法的原理，是将5052和2024两种型号的铝合金加工产品的试样,浸入30℃的浓硝酸中24小时，测定浸渍前、后试样上每单位面积的质量损失，以此测定对腐蚀的敏感性。以“mg/mm2”表示。质量损失约为1-15mg/mm2，较大的质量损失为25-75mg/mm2。。2.1试剂•氢氧化钠（NaOH，ρ：2.13g/cm3）•蒸馏水或去离子水。硝酸(HNO3，浓度65～68％)；2.2试验装置•电热恒温水浴锅；分析天平；玻璃干燥器（内放变色硅胶）;烧杯•金相显微镜抛光机照相设备铝合金的化学成份(ChemicalCompositionLimitOfAluminum)合金牌号硅Si铁Fe铜Cu锰Mn镁Mg铬Cr锌Zn钛Ti其它铝每个合计最小值202423.20.53.8-4.90.3-0.91.2-1.80.10.250.150.050.15余量5052250.40.10.12.2-2.80.15-0.350.1--0.050.15余量试样尺寸为50毫米×6毫米×4毫米，试样尺寸见图。图试样尺寸每一样品最少取两个平行试样。贮存已制备好的试样应防止试样变形、表面损坏和腐蚀。•2.4试验程序•2.4.1试验前用细纹锉刀或细砂纸修平试样所有边缘，且进行外观和尺寸检验不应造成试验面的损伤。•2.4.2将试样浸入80℃，5%的氢氧化钠溶液中1分钟，然后用水冲洗，再在硝酸中浸30秒，用水冲洗，在空气中晾干。清洗油污、尘垢和油脂后的试样立即进行试验，或放在干燥器中短期保存。•试样标记，在加工表面通过划线来给试样作标记。•2.4.3计算总表面积（s），三维尺寸测量（所有测量精确至0.02mm）。•2.4.4将制备好的试样，置于天平上称重（mg）。•2.4.5配制和准备试验溶液。试验溶液的温度为30℃±1℃。•试验时应使用足够量的试验溶液，溶液体积与试样被浸面的面积之比至少为3mL/cm2。•2.4.6将试样浸入试验溶液，并倾斜放置于容器底部,与垂直方向成15～300角，容器上应盖有活动盖子，以减少试验溶液的蒸发，并防止放出酸雾。•2.4.7试样在试验溶液中浸渍24h，然后迅速取出,一边用硬塑料毛刷刷洗试样，一边用水冲洗，以除去所有粘附微粒。在空气中晾干。•2.4.8清洗晾干后的试样,置于天平上称重（m2）。再次一边用硬塑料毛刷刷洗试样，一边用水冲洗，以除去所有粘附疏松微粒。在空气中晾干，置于天平上称重（m3）为了保证精确度，则应连续清洗，晾干和称重试样，直至两次相继的称量之差不超过0.5mg（所有称重精确至0.1mg）。•2.49•计算每单位面积质量损失。其计算公式如下：•X＝（m1-m2）／S•式中：•x－每单位面积质量损失（mg/mm2）；•m1―试样浸渍前的重量（mg）；•m2―试样浸渍清洗晾干后的重量（mg）；•S―试样的面积（mm2）。•注：测定结果取两次平行测定的平均值,且修约到整数。接着每隔24h再测定一次，共重复三次•为确定腐蚀形态，测定质量损失之后，将试样进行镶嵌，对试样进行打磨，抛光，利用显微镜观察金相组织，并照相。3.实验结果与讨论型号长度（mm）宽度（mm）厚度（mm）密度（g/cm3）表面积(mm2)质量(mg)202450.06.04.02.82936.03384.0505250.06.04.02.72936.03264.01.质量监测及数据分析：材料各项指标：质量损失：(mg)时间（h）型号244872962024624.0974.51240.31352.75052210.2312.0369.0397.6借助计算公式，我们绘出96h内的数据图：•从上面的实验数据可以看出，随着时间的推移，两种铝合金的腐蚀速率都在减慢；而且2024型号铝合金的质量损失明显大于5052型号，腐蚀速率也大于5052型，说明5052型号铝合金具有较好的抗腐蚀性。2.金相检查：2024金相显微照片5052金相显微照片•照片显示2024型号铝合金的表面剥蚀现象严重，并伴有明显的孔蚀和坑蚀，而5052型号的铝合金•表面较为完整，主要以坑蚀为主，综合以上分析，在相同的条件下，2024型号的铝合金腐蚀较为严重。可见，5052型号的铝合金抗腐蚀性能优于2024型。（2）原因探讨•Ⅰ.两种型号的合金的腐蚀速率随着时间的推移而减慢，可能是由于硝酸的浓度在不断降低，说明铝合金的腐蚀速率和酸的浓度有关。•Ⅱ.铝合金中各元素的作用和影响.•1.铜（Cu）•铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解度应为5.65％，室温时降至0.1％左右，增加含铜量，能提高合金抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性。•2.镁（Mg）•在高硅铝合金中加入少量（约0.2～0.3％）的镁，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。•含镁的铝合金具有优良的耐蚀性，在高温下的强度和塑性都低。•3.锌（Zn）•锌在铝合金中能提高流动性，降低耐蚀性，故应控制锌的含量在规定范围中。•通过对以上两种实验结果的综合分析可得：由于2024型铝合金中的Cu和Zn的含量明显高于5052型铝合金，而Mg的含量低于5052型铝合金，所以抗腐蚀性较差。所以，我们在选购铝合金材料的时候一定要充分考虑各元素的含量，以实现材料的优化配置。•参考文献：•[1]中国新旧合金牌号对照表（GB/T3190-1996）•[2]林乐耘赵月红我国海域海水对防锈铝合金的腐蚀性及材料因素影响的规律----《中国有色金属学报》，1004-0609,（2003）05-1246-06•[3]贾瑞灵，严川伟，王福会NaCl污染条件下相对镁铝合金β大气腐蚀行为的影响•[4]张士林，任颂赞简明铝合金手册(第2版)ISBN：9787543928992754392899X谢谢观赏WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun@WPS官方微博@kingsoftwps