铝合金腐蚀

摘要金属材料是现代最重要的工程材料，人类社会的文明和发展与金属材料的使用、发展与进步有着极为密切的联系。但是金属材料及其制品会受到各种不同形式的损坏，其中最重要、最常见的损坏形式腐蚀。铝是一种活泼金属，极容易和空气中的氧气起化应生成氧化铝。氧化铝在铝制器皿表面结一层灰色致密的极薄的（约十万分之一厘米厚）薄膜，这层薄膜十分坚固，它能使里力的金属和外界完全隔开。从而保护内部的铝不再受空气中氧气的侵蚀。铝和氧化铝薄膜都能和许多酸性或碱性物质起化学反应，一旦氧化铝薄膜被碱性溶液或酸性溶液溶解掉，则内部铝就要和碱性或酸性溶液起反应而渐渐被侵蚀掉。所以铝制器皿不能用碱性溶液或酸性溶液洗刷，也不能用铝制器皿盛放纯碱、洗衣粉或食醋等物质。关键词：铝合金、腐蚀、表面处理、防腐涂料1引言1.1铝防腐蚀的重要意义金属腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，而且随着经济建设和科学技术的发展，腐蚀的危害越来越严重，对于国民经济的发展的制约作用越来越突出。使得腐蚀科学在国民经济中所处的地位越来越重要。据统计，人们每年冶炼出来的金属约有1/10被腐蚀破坏，相当于每年约有1/10的冶炼厂因腐蚀的存在而做了无用功；而1/10被腐蚀破坏的金属所殃及的金属制品的破坏，其损失要远远大于金属本身的价值。据美国国家标准局(NBS)调查，1975年美国因腐蚀造成的损失高达700亿美元，即当年国民经济总产值(GNP)的4.2%;《光明日报》1999年1月20日报道，1997年因腐蚀给我国国民经济带来的损失高达2800亿人民币。2铝的主要腐蚀形式和腐蚀机理2.1铝的腐蚀形式铝的主要腐蚀形式有点腐蚀、均匀腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂。2.1.1点腐蚀点腐蚀：点腐蚀又称为孔腐蚀，是在金属上产生针尖状、点状、孔状的一种为局部的腐蚀形态。点腐蚀是阳极反应的一种独特形式，是一种自催化过程，即点腐蚀孔内的腐蚀过程造成的条件，如有腐蚀介质（CL-、F-等）、促进反应的物质（CU2+、ZN2+等），既促进又足以维持腐蚀的继续进行。2.1.2均匀腐蚀均匀腐蚀：铝在磷酸与氢氧化钠等溶液中，其上的氧化膜溶解，发生均匀腐蚀，溶解速度也是均匀的。溶液温度升高，溶液浓度增大，促进铝的腐蚀。2.1.3缝隙腐蚀缝隙腐蚀：缝隙腐蚀是一种局部腐蚀。金属部件在电解溶液中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成缝隙，其宽度足以使介质浸入而又使介质处于一种停滞状态，使得缝隙内部腐蚀加剧的现象称为缝隙腐蚀。2.1.4晶间腐蚀晶间腐蚀：是在金属界处发生局部腐蚀的现象。就电化学的观点来看，由于材料的晶粒为阴极，而晶界一般为阳极，因此在均匀腐蚀的情况下，晶界处的腐蚀性仍稍大于晶粒处，如果在特殊情况下，材料的晶界抗蚀元素又相对减少，晶间腐蚀的现象就会发生。AL-CU-MG、AL-ZN-MG系铝合金有晶间腐蚀的倾向。2.1.5应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂（SCC）：铝合金的SCC是在20世纪30年代初被发现的。金属在应力（拉应力或内应力）和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种破坏，被称为SCC。SCC的特征是形成腐蚀一种机械裂缝，既可以沿着晶界发展，也可以穿过晶烂扩展。由于裂缝扩展是在金属内部，会使金属结构强度大大下降，严重时会发生突然破坏。材料受到局部应力或应力作用不平均时，受到高应力作用的区域会形成阳极，而受较低应力作用的区域则形成阴极，因此作用应力会使得腐蚀作用更为加速称谓为应呼电池。应力腐蚀发生在冷加工的材料时，高度冷加工的区域更具阳极性，另外在材料存在裂缝的情况下，也会造成应力腐蚀。2.2铝的腐蚀机理根据腐蚀因素、腐蚀环境和腐蚀表面状态、金属腐蚀的机理可以分为化学腐蚀，电化学腐蚀和多因素腐蚀。2.2.1化学腐蚀铝的化学腐蚀是金属在干燥气体（如氧、氯、硫化氢等）和非电解质溶液中进行化学反应的结果。化学反应引起引起腐蚀，在腐蚀过程中不产生电流。金属的化学腐蚀只在特定的情况下发生，不具普遍性。2.2.2电化学腐蚀铝和介质发生电化学反应而引起的腐蚀，在腐蚀的过程中有阳极和阴极区，电流可以通过金属在一定的距离中流动，如金属在各种介质溶液（如海水、酸、碱、盐溶液、潮湿大气等）中的腐蚀。在一般情况下电化学腐蚀主要为微电池腐蚀和浓差电池腐蚀。2.2.3多因素腐蚀由于各种因素的相互作用，往往产生非常激烈的腐蚀，一般包括应力腐蚀，腐蚀疲劳、空蚀腐蚀等。电化学腐蚀是最重要的腐蚀因素，因为大多数的金属腐蚀的起因，都可说是一种电化学反应。这里所说的电化学反应是指在相同或不同金属物体中，由于各种因素使得某些部位产生了局部的阳极反应，让金属失去了一个或多个电子，变成金属阳离子，亦即发生阳极氧化作用；而在同时，另一地点也会产生阴极反应，获得多出的电子，使得阴极形成还原作用，而构成一个电池效应的现象。这种电池效应使得阳极金属造成消溶腐蚀，称之为电化学腐蚀。3.铝合金的表面防护处理方法铝合金的表面防护处理方法主要有阴极保护法、锌系磷化法、稀土元素保护法、激光熔覆法、凝胶法等。3.1阴极保护法阴极保护技术是一项经济效益十分显著的控制腐蚀的电化学保护技术。将被保护的金属进行阴极极化，使电位负移到金属表面阳极的平衡电位，消除其电化学不均匀性所引起的腐蚀电池，使金属免遭腐蚀。它可以成倍地延长被保护件的使用寿命，阴极保护与防护涂料联合使用时，阴极保护使涂层缺陷处和毛细孔处金属构件免遭腐蚀。根据施加阴极极化电流的方法不同，阴极保护方法可分为两大类：外加电流法和牺牲阳极法。3.2锌系磷化法中化化工科学技术研究总院研制出可以同时处理钢铁、铝及铝合金、锌及锌合金的磷化液WES一01。该磷化液的使用有2个突出的特点：①可用于喷淋线；②磷化温度为低温或常温，一般30～40℃。传统的铝及铝合金的锌系磷化，由于设置出光工序，所以一般采用浸泡工艺处理，而且处理温度不能低于50℃，否则不能获得良好的磷化膜。而WES-01则突破了这一缺陷，推动了铝材锌系磷化的技术进步。在工作液的总酸度为20～25点、游离酸度为O．6—1．4点、促进剂为2～3点、温度为30～40℃、喷淋时间为60～90s的情况下，纯铝的磷化膜略暗或呈浅灰色，铝合金由于其材质不同而呈浅灰色、灰色、深灰色不等。漆膜的连续中性盐雾试验为268h，湿热试验大于50h。所处理的工件可以是薄铝板，也可以是形状复杂的铝合金件，如冰箱铝制蒸发器及电视机后壳、工具、门窗、汽车配件等。该磷化液不仅能在喷淋线上使用，而且还可以在浸泡线上使用，同样都能进行钢、铝、锌的单独处理或混装处理。值得注意的是，铝制蒸发器涂装后还需要在120℃下覆膜，再于180℃下流化，涂层也不起泡和脱落；还有一种铝件，涂装后还需要进行剪切，然后再于120℃覆膜，涂层也不起泡和脱落。这种产品对前处理和涂层的要求非常高，任何一点质量隐患都会在覆膜和流化过程中出现问题，而且这样的产品肯定要进行覆膜和流化，客户要求不能有任何起泡现象发生，更不能出现涂层脱落。用户曾经将涂装后的产品放置1个月后再进行覆膜及流化，涂层也没有起泡和脱落现象发生。3.3稀土元素保护法稀土铝合金材扦是在金属铭中加入稀土元素，它能够起到净化、提高纯度、填补表层缺陷、细化晶粒、减少偏析，消除显微不均而导致的局部腐性的作用、同时也带来铝的电极电位负移，具有了栖牲阳极效应和优异的导电性能，从而大大提高了铝的耐蚀性能。这种材抖配之首创的热浸披、热喷极工艺。可以使防腐工程达到百年超长使用寿命。稀土带来的这些优异的性能改善使稀土铝合金能够在石油、化工、建筑、市政、交通、电力、冶金、船铂、军工、航空航天、水电热电、热工、天然气钢瓶、机械轻工系统中广泛使用稀土铝合金干离子TC产品是对稀土铝合金敏层进行徽弧子离子式化来实现铰层表面稀土铝的陶瓷化.它不但能够耐数千度高温，在航空、航天、宇宙飞船等领城使用，而且彻底解决了绝大多数(少数未及试脸)任意浓度的强酸、强碱、强乳化剂、井下条件等极为苛刻的腐蚀环境下的防腐问题。3.4激光熔覆法激光熔覆法是在高能光束的作用下，将一种或多种合金元素和基体表面快速加热熔化，光束移开后自然冷却的一种表面强化方法。通过该方法可以在铝合金表面熔覆铜基、镍基复合材料以及陶瓷粉末，提高铝合金表面的耐腐蚀性。但是该方法的不足之处是界面上易形成脆性相和裂纹，实际应用中涂层的尺寸精度、对基体复杂形状的容许度、表面粗糙度等问题较难解决。3.5凝胶法用过渡金属醇盐作为合成氧化物的前驱体，采用一凝胶工艺可以在铝合金表面形成一层氧化物保溶胶一以对铝合金起到防腐蚀的作用。总结铝合金由于具有多种优点而得到广泛的应用，随着各种铝合金制品的发展，对铝合金的防腐要求也越来越高。随着环保法规的陆续出台，今后用于铝合金的防腐涂料将采用新的技术，向着无毒、通用化、高性能的方向发展。参考文献[1]吴和元,周小军.闪光铝粉的应用与发展[J].湖南冶金,1996,(5):61—62.[2]贺慧生,梁进.超细锌粉的生产与应用[J].有色冶金,1998,41(5):44.[3]徐国强.防腐蚀配方—片状锌粉的应用[J].上海涂料,1997,(4):244—246.[4]李青鹿子产品的腐蚀与防蚀技术田．电子工艺技术，1999，20(01)：30.[5]战广深，殷止安．NaCl溶液中氯离子浓度对铝合金电偶腐蚀的影响[J]材料保护，1994，27(02)：20.[6]宋涛哲《腐蚀电化学研究方法》化学工业出版社.[7]周静好《防腐技术》化学工业出版社1988年12月.