发布时间:2022-01-21点击:2751
根据惯用的估算方法,,,,,每年中国因腐蚀造成的直接经济损失约占GDP(国民生产总值)的3%,,,,,因腐蚀消耗的钢材为年产量的1/3左右,,,,,其中约占总产量的1/10是不可回收利用的。。。。。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,,,,,但不管什么金属材料,,,,,也不管它有多高的抗蚀性,,,,,在使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%。。。。。2020年,,,,,中国原铝产量3730万吨,,,,,照此估算,,,,,铝的腐蚀损耗约18.65万吨。。。。。
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。。。。。6000系合金在变形铝合金中是产量***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系铝合金要高得多。。。。。6000系合金的晶间倾向也比较大,,,,,对重要结构用的6000系铝合金材料应进行晶间腐蚀敏感性评估。。。。。
一、铝腐蚀的分类
从腐蚀的形貌看,,,,,铝的腐蚀可分为***腐蚀和局部腐蚀,,,,,前者又称均匀腐蚀,,,,,也称整体腐蚀,,,,,是指与环境相接触的材料表面均匀腐蚀而受到损耗。。。。。铝在碱性溶液中的腐蚀就是典型的均匀腐蚀,,,,,如碱洗,,,,,腐蚀结果是铝表面以近似相同的速率变薄。。。。,,,,质量减轻。。。。。但应当指出,,,,,绝对的均匀腐蚀是不存在的,,,,,厚度的减薄各处不尽相同。。。。。局部腐蚀是指腐蚀的发生局限在结构的特定区域或部位上,,,,,又可分为如下几类:
01.点蚀
点蚀发生在金属表面极为局部的区域内或部位上,,,,,造成洞穴或坑点并向内部扩展,,,,,甚至造成穿孔。。。。。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。。。。。实际上,,,,,点蚀与坑蚀并无严格界限。。。。。
铝在含氯化物的水溶液中所发生的为典型的点腐蚀。。。。。在铝的腐蚀中,,,,,点腐蚀***常见,,,,,是由于铝的某一区域的电位与基体电位不同引起的,,,,,或由电位与铝基体电位不同的杂质存在引起的。。。。。
02.晶间腐蚀
此种腐蚀是在晶粒唬;;;;;;蚓灞旧砦词艿矫飨郧质辞榭鱿拢,,,,发生在金属或合金晶界处的一种选择性腐蚀,,,,,会使材料力学性能剧降,,,,,以致造成结构损坏或事故。。。。。
晶间腐蚀原因是在某些条件下晶界很活泼,,,,,如晶界处有杂质,,,,,或晶界处某一合金元素增多或减少,,,,,也就是说晶界上必须有一层薄薄的对铝的其余部分呈电负性的区域,,,,,它优先腐蚀。。。。。高纯铝在盐酸中及高温水中可发生这类腐蚀,,,,,AI-Cu、AI-Mg-Si、Al-Mg、Al-Zn-Mg合金都对晶间腐蚀敏感。。。。。
03.电偶腐蚀
电偶腐蚀也是铝的一种特征性腐蚀形态。。。。。当一种不太活泼的金属和一种比较活泼的金属如铝(阳极)在同一环境中相接触时或有导体相联时,,,,,形成电偶并引起电流的流动,,,,,从而造成电偶腐蚀。。。。。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,,,,,几乎所有铝及铝合金都无法避免电偶腐蚀。。。。。相接触的两种金属的电位差越大,,,,,电偶腐蚀也越严重。。。。。应特别注意的是,,,,,在电偶腐蚀中,,,,,面积因素极为重要,,,,,大阴极和小阳极是***不利的搭配。。。。。
04.缝隙腐蚀
同种或异种金属相接触,,,,,或金属与非金属相接触,,,,,就会形成缝隙,,,,,就会在缝隙处或其邻近处产生腐蚀,,,,,缝隙外没有腐蚀,,,,,是由于缝隙内氧的缺乏引起的,,,,,因为此时形成浓差电池。。。。。缝隙腐蚀与合金种类几乎无关,,,,,即使非常耐蚀的合金也会发生。。。。。缝隙顶端酸性环境是腐蚀原动力,,,,,是沉积物(垢)下腐蚀的一种,,,,,6063合金建筑铝型材表面灰浆下腐蚀是一种极为普通的垢下缝隙腐蚀。。。。。法兰连接面、螺母紧固面、搭接面、焊缝气孔、锈层下与沉层在金属表面的淤泥、积垢、杂质等都会引发缝隙腐蚀。。。。。
05.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引起的腐蚀开裂。。。。。应力可以是外加的,,,,,也可以是金属内部的残余应力,,,,,后者可能产生于加工制造时的形变,,,,,也可以产生于淬火时的剧烈温度变化,,,,,还可能是内部结构改变引起体积变化造成的。。。。。
铆接、螺栓紧固、压入配合、冷缩配合造成的应力也是残余应力,,,,,当金属表面的拉应力达到屈服强度Rp0.2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残余应力,,,,,应在时效处理前通过预拉伸消除,,,,,以免加工航空器零件时产生变形或甚至带到零件中去。。。。。
06.层状腐蚀
又称为剥层、剥落、成层腐蚀,,,,,可简称为剥蚀,,,,,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,,,,,一旦发生可像云母一样一层一层地往下剥离。。。。。
07.丝状腐蚀
是一种可在铝材漆膜或其他涂层下呈蠕虫状发展的腐蚀,,,,,但未发现阳极氧化膜下的这种腐蚀,,,,,一般发生于航空器铝结构件与建筑或结构铝件涂层之下。。。。。丝状腐蚀与材料成分、涂覆前预处理和环境因素有关。。。。。唬;;;;;;肪骋蛩厥侵肝露取⑹取⒙然锏取。。。。
二、6000系合金的晶间腐蚀
在当今应用的变形铝合金中,,,,,应用***广的是热处理可强化的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(The Aluminum Association,,,,,Inc.)公司注册的常用及非常用合金共706个,,,,,其中6000系合金***多,,,,,有126个,,,,,占18%,,,,,在建筑工业、结构领域与交通运输装备方面获得了广泛的应用,,,,,因为它们具有良好的加工成形性能、适中的强度与***的抗腐蚀性能。。。。。但如果合金成分配比不恰当,,,,,或热处理参数选择不合适,,,,,或加工成形欠妥,,,,,那么在含氯的环境中就会出现晶间腐蚀。。。。。
在多数情况下,,,,,晶间腐蚀出现于含少量铜和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%,,,,,只有6013、6113、6056、6156等4个合金的铜含量高达1.1%,,,,,向Al-Mg-Si合金加铜是为提高合金的力学性能。。。。。研究发现,,,,,凡是有晶间腐蚀敏感性的合金,,,,,用高分辨率扫描透射电镜观察时,,,,,往往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Cu2Mg8Si5Al4,,,,,沿着晶界析出,,,,,使邻近的固溶体发生阳极溶解,,,,,形成无析出物带(spancipitate free zone)。。。。。
三、晶间腐蚀敏感性检验
确定铝合金的晶间腐蚀敏感性常用的检验方法有两种:现场。。。。ㄒ巴猓┦匝椋fieldtest)与加速沉浸试验。。。。。在加速试验时,,,,,为了加快腐蚀进行,,,,,往往采用含有盐酸的氯化钾溶液(ISO 11846 Method B)或加有过氧化氢的氯化钾溶液(ASTM G110)。。。。。试验后对试样横截面进行金相观察或测定其力学性能损失。。。。。
ISO 11846加速试验结果与海洋气氛现场试验结果有着高度的一致性,,,,,但晶间腐蚀敏感性铝材在加速试验时,,,,,在靠近试样表面的几乎所有晶界都发生严重的腐蚀(均匀晶间腐蚀),,,,,而现场试验试样表面仅在有限的地区发生腐蚀(局部腐蚀)。。。。。尽管如此,,,,,加速试验仍是能准确地判断材料是否有晶界腐蚀的标准方法。。。。。
汽车工业常按ISO 11846 Method B标准判断6000系铝合金是否有晶间腐蚀。。。。。按此标准试验时,,,,,首先将小试样(表面积<20cm2)全浸于室温酸性氯化钠溶液(pH=1)中24小时,,,,,然后进行金相检验,,,,,以确定腐蚀类型(点蚀还是晶间腐蚀),,,,,另外还需确定腐蚀破坏表面百分数和***大腐蚀深度。。。。。
***近的研究显示,,,,,允许对试验条件做一些较大的变动,,,,,不会对试验结果再现性有大的影响。。。。。特别是标准规定电解质体积对试样表面积之比不得小于5mL/cm2,,,,,否则对晶间腐蚀速度的影响很大。。。。。
试样表面发生腐蚀的条件是必须存在阴极反应(析出氢,,,,,氧减少),,,,,试验溶液的pH值随着时间延长而上升,,,,,使电解质腐蚀下降。。。。。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,,,,,是***易发生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感性。。。。。为了检验6000系合金晶间腐蚀倾向,,,,,一个***有效的方法是在ISO 11846标准试验后进行碱液浸蚀再进行除污处理,,,,,除污处理用浓硝酸液。。。。。不过在温度50~60℃、质量分数5%~10%的NaOH溶液中浸蚀2~5min,,,,,对试验结果会有所影响。。。。。一种有效的替代碱浸蚀的工艺是用硝酸/氢氟酸溶液,,,,,能有效地清除表面上富铁原生质点上的铝。。。。。大家知道,,,,,铝质点能加速铝合金在氯化物溶液的腐蚀,,,,,因为它们是局部的显微阴极,,,,,同时这些质点还是晶间腐蚀的发源地。。。。。与在碱液中的腐蚀相比,,,,,合金在硝酸/氟化物液中的腐蚀要缓慢一些。。。。。
6000系合金既是一类应用广、产量大、品种(牌号)多的变形铝合金,,,,,也是晶间腐蚀敏感性大的变形合金之一,,,,,但是只要生产中严格遵守工艺规范,,,,,特别是热处理工艺,,,,,结构设计合理,,,,,制造精良,,,,,这种腐蚀完全可以避免。。。。。6000系铝合金结构、零部件的晶间腐蚀敏感性还与其工作环境密切相关,,,,,在设计结构时,,,,,宜给予充分注意。。。。。
来源:材易通