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金属知识分享,,, ,,铝的腐蚀及6000系铝合金的晶间腐蚀

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-CuAI-Mg-SiAl-MgAl-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60136113605661564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(pH1)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-SiCu,,, ,,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%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


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