铝合金的腐蚀现象研究与探讨

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科 技 论 坛
铝合 金 的腐蚀现 象研究 与探讨
杨丽红 吕秋 影 郝 晓娟 乔亭蔚 王 哲
（ 齐齐哈 尔建华机械 有限公 司， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ６ ） 摘 要： 通过 对 Ｌ Ｙ１ ２铝合金进行 盐雾、 湿热、 干燥 以及浸渍加速腐蚀 实验 ， 探 索铝合金材料 的腐蚀规律 。 关键词 ： 铝合金 ； 加速腐蚀实验 ； 腐蚀规律
铝 的密度 是 ２ ． ７ ８ ／ （ ｅ ｍ） ２ ， 与铜密度是 ８ ． ９ ８铁是 ７ ． ９ ８相 比较 ， 约 为 它们 的 １ ／ ３ ， 铝制品或用铝制造 的物品质量轻， 可 以节省 搬运费用 和 加工费用 。纯铝的力学性 能不如钢铁 ， 但它 的强度 高 ， 可 以添加铜 、 镁、 锰、 铬等合金元 素 ， 制 成铝合金 ， 再经处理 ， 而得到很高 的强度 。 因此 ， 铝合金的强度 比普通钢好 ， 高强度铝合金 由于具有重量轻 、 强 度好等特性 ， 它的性能可 以和特殊钢相媲美 ， 成为飞机 、 航天器轻重 化 的首选材料 ， 在武器弹药 的轻型化远程化发展 的今天 ， 超硬铝 合 金也 成为代替钢材 的主要材料 ， 成为弹药 轻型化发展的方 向。随着 我公 司产品的不断研发 ，超硬铝合金在产 品中的应用越来越 广泛 。 这样就会 涉及 到材料 、 半成品及 成品的防腐蚀的问题 。下面就铝合 金材料的腐蚀 现象作一个理论分析。 首先 ， 铝合金是常用 的结 构材料 ， 由于铝元 素是非 常活泼 的金 属， 在 自然环境 中， 又易形成保护性能 的保 护膜 。合 金化后 ， 在强度 大大提高的同时 ， 仍然保持着铝元素的基本特征 。 因此 ， 铝合金 表面 旦 受从损 ， 表 面划伤 ， 表 面开裂 ， 均有可 能使铝合 金发 生快速腐 图 １某产 品自然环境 中（ ２ ５ ℃， 湿度为 ６ ５ ％） 存 放实验中腐蚀现象 照片 蚀 。另外 ， 在实际使用环境 中 ， 还存在着力学 因素 的协 同作用 。这种 腐蚀可能导致铝合金材料的使用 寿命 大缩短 ， 进 而产生难 以估 量的 表 １ Ｌ Ｙ １ ２铝合金材料 的模拟海洋大气环境试 验结果 损失 。在 自然环境 中， 我们最常见 的现象是铝合金腐蚀后 表面有疏 松、 易脱落 的白色粉状腐蚀产物 ， 这也就是我们所说的铝长毛。 腐蚀 产物 清除后 ， 整个材料表 面有 致密的均匀分布 的小 孔 ， 即材料 发生 全面、 均匀腐蚀腐蚀损伤金属 ， 改变金属 的力学性能 。 材料 的腐蚀疲 劳机理是很复杂 的 ， 尽管 还存 有争议 ， 但环境 因素 引起的高强 度铝 腐蚀疲劳裂纹形成 的机理基本上可被归纳 为 ： ａ ．环境对材料 的局部 表２ Ｌ Ｙ １ ２铝合金材 室内加速腐蚀试验结果 腐 蚀损 伤——点 蚀 和 阳极 溶 解 ： ｂ ．材 料 在腐 蚀 环 境 下 的脆 化 机 制— —氢脆和腐蚀介质 中活性粒子在材料表面的吸附作用 。 环境对 腐蚀疲劳裂纹扩展 的影 响可概括 为两个方 面 ： （ １ ）阳极溶解对裂尖 的腐蚀损伤。 （ ２ ） 环境使得 材料本身疲劳性能发生改变 一变脆（ 这可 能与氢脆有关 ） 。 铝在大气 中是耐蚀 的 ， 但合金元素及杂质的增加能 破坏氧化膜的连续性或形成微小 的原 电池 ， 降低其耐蚀性 。图 １为 我公司某产品在库房 自然环境里 （ ２ ５ ￣ Ｃ， 湿度为 ６ ５ ％） 存放实验 中出 境暴露试验真实地反映出材料在典型气候环境地 区的耐蚀性 ， 是评 现 的腐蚀现象照片。 环境试验获得 的数据和规律 ， 接 近 实 以我 厂常用铝合 金材料 Ｌ Ｙ１ ２和 Ｌ Ｃ ４为例谈 铜镁含 量对合金 价 材 料 内在 质 量 的 重 要 手 段 ，
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耐蚀性 的影响。国标中合金元素含施 的正确选择 ， 延长其使用寿命 ， 减少 经济损失是非常重要 的。但 由于试验周期较长等原 因 ， 促使实验室 加 速模拟腐蚀试验 的研究得以开展。 相关 性是 随着 室内模拟加速试 验的发展而 提出的 ， 主要是指 自然环境暴露试验与相应 的室 内模 拟 加速试验多少小 时 ， 相 当于某个 自然环境试验多少年 。现在我们 通 过 以下试验即在模拟海洋大气环境下 的显著性气 象因子 （ 高温 、 高 含铜量 为 ３ － ５ ％Ｚ ． 元合金 ，在淬火 自然时效状态下耐蚀性能很 湿 ， 以及 Ｃ Ｉ ～ 、 Ｓ Ｏ 、 Ｎ Ｏ 、 雨水 的 Ｐ Ｈ值约为 ５等 ） ， 制定 了实验 室加 速 低， 加入 ０ ． ５ ％镁 ， 降低因溶体的电位 ， 可部分改善合 金的耐蚀性 。含 包括 浸渍 溶液的选 择 ） ，通过加速试验来模 拟 镁量大于 １ ． ０ ％合金 的局部腐蚀增加 ， 腐蚀后伸长率急剧 降低 。铜含 模拟腐蚀试验方案 （ Ｙ １ ２ 铝合金在 自然海洋大气环境 中的腐蚀行为 。 量大于 ４ ． ０ ％、 镁含量大于 １ ． Ｏ ％的合金 ， 镁 降低 了铜在铝 中的溶解 Ｌ
１ 试 验 材 料 和 试 验 方 法 度， 合 金在 淬火 状态下 ， 有不溶解 的 Ｃ ｕ Ａ １ 和 Ｓ相 ， 这些 相的存在加 材料为 Ｌ Ｙ１ ２铝合金 ， 对试样进行 尺寸测量。试样经清洗脱脂 ， 速了腐蚀 。含铜量为 ３ － ５ ％ 和含镁量为 １ － ４ ％的合金 ， 它们位 于同一 放置干燥 ２ ４ ｈ后称其质量 ， 精确度为 ０ ． １ ｍｇ 。试验设 备为 相区 ， 在淬火 自然时效状 态耐蚀性相差不多 ， 晶问腐蚀是 Ａ １ ｃ ｕ Ｍｇ 乙醇脱水 ， Ｃ Ｔ Ｄ １ ２ ０ ０ Ｐ的盐雾腐蚀 试 系合金的主要腐蚀倾 向。在 Ａ ｌ ～ ｃ ｕ ～ Ｍｇ 合金中加 Ｍｎ ， 主要是 为了消 意大利安吉拉通机械公司生产 的型号为 Ｄ 喷雾介质为 ５ ％（ 质量 分数 ） 的Ｎ ａ Ｃ Ｉ 溶液 ， Ｐ Ｈ值 为 ６ ． ５ ７ ． ２ 。试 除Ｆ ｅ的有害影响和耐蚀性 。由于铝合金本身特殊 的物理化学性能 ， 验箱 ， 在遭遇 腐蚀环境 时 ， 往往 经历点蚀 、 晶间腐 蚀 ， 最后 发展为剥 离损 样置 于盐雾腐蚀试验箱 中 ， 加速腐蚀 试验过程为 ： 盐雾 （ ５ ％的 Ｎ ａ Ｃ Ｉ ３ ５ ℃， ６ ｈ ） 一干燥 （ ６ ０ ℃， 相对湿度 ＜ ３ ５ ％， ３ ｈ ） 一 湿热 （ ６ ０ ℃， 相 伤， 随着腐蚀时间的增长和温度的增大 ， 腐蚀深度也会增 大。 腐蚀疲 溶液 ， ９ ５ ％， ６ ｈ ） 一干燥 （ ６ ０ ℃， 相对湿度 ＜ ３ ５ ％， ３ ｈ ） 一浸渍 （ 室温 ， 劳 的破坏机 理是极其复杂 的 ， 涉及到 力学 、 材料 、 化学 、 电化学等诸 对湿度 ＞ ｈ ） 一冲洗。浸渍溶液 为以下三种 ： ａ ． 浓度 为 １ ０ － ２ ｍｏ ｌ ／ Ｌ ｒ 的（ Ｎ Ｈ ） ２ ｓ ０ 多领域 ， 与整个材料 一 环境 一 载荷体系有关。也就是说 ， 不 同体 系的 ６ Ｐ Ｈ一４ ． ５ ） 溶液 ． ｂ ． 浓度 为 １ ０ － Ｚ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ｒ的 Ｎ ａ ＨＳ Ｏ （ Ｐ Ｈ ５ ． ４ ７ ） 溶液 ； ｃ ． 腐蚀疲劳问题 ， 可能会有不同 的裂纹形成与扩展机理 。但对 于某一 （ ０ － Ｚ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ｒ 的（ Ｎ Ｈ４ ） ２ Ｓ ０ ４ ＋ １ ０ － ２ ｍｏ ｌ ／ Ｌ ｒ 的Ｎ ａ ＨＳ Ｏ （ Ｐ Ｈ ４ ． ９ ８ ） 溶 典型材料 ／ 环境下 的腐蚀疲劳体 系 ， 显然是有研究 意义 的。 自然环 浓度为 １