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                鋁合金的腐蝕與6000系鋁合金的晶間腐蝕

                發布時間:2022-11-30人氣:50

                鋁及鋁合金的腐蝕主要有點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕開裂、層狀腐蝕等。鋁雖具有相當高的抗腐蝕能力,但不論什么金屬資料,也不論它有多高的抗蝕性,在運用中總會或多或少地產生腐蝕損耗。每年鋁的腐蝕損耗約為當年鋁產量的0.5%。6000系合金在變形鋁合金中是產量Z大的,它的抗腐蝕性能雖不如1000系、3000系、5000系鋁合金,但卻比2000系及7000系鋁合金大得多。6000系合金的晶間傾向也比擬大,對重要構造用的6000系鋁合金資料應停止晶間腐蝕敏理性評價。

                依據習用的預算辦法,每年中國因腐蝕形成的直接經濟損踐約占GDP(國民消費總值)的3%,因腐蝕耗費的鋼材為年產量的1/3左右,其中約占總產量的1/10是不可回收應用的。鋁及鋁合金的抗腐蝕性能比鋼高得多,腐蝕損耗也比鋼小得多。2020年,中國原鋁產量3730萬噸,照此預算,鋁的腐蝕損耗約18.65萬噸。

                鋁腐蝕的分類

                從腐蝕的形貌看,鋁的腐蝕可分為全面腐蝕和部分腐蝕,前者又稱平均腐蝕,也稱整體腐蝕,是指與環境相接觸的資料外表平均腐蝕而遭到損耗。鋁在堿性溶液中的腐蝕就是典型的平均腐蝕,如堿洗,腐蝕結果是鋁外表以近似相同的速率變薄,質量減輕。但應當指出,絕 對的平均腐蝕是不存在的,厚度的減薄各處不盡相同。部分腐蝕是指腐蝕的發作局限在構造的特定區域或部位上,又可分為如下幾類:

                1.點蝕

                點蝕發作在金屬外表極為部分的區域內或部位上,形成洞穴或坑點并向內部擴展,以至形成穿孔。若坑口直徑小于點穴深 度時,稱為點蝕;若坑口直徑大于坑的深 度時,可稱為坑蝕。實踐上,點蝕與坑蝕并無嚴厲界線。鋁在含氯化物的水溶液中所發作的為典型的點腐蝕。在鋁的腐蝕中,點腐蝕Z常見,是由于鋁的某一區域的電位與基體電位不同惹起的,或由電位與鋁基體電位不同的雜質存在惹起的。

                2.晶間腐蝕

                此種腐蝕是在晶?;蚓w自身未遭到明顯腐蝕狀況下,發作在金屬或合金晶界處的一種選擇性腐蝕,會使資料力學性能劇降,致使形成構造損壞或事故。晶間腐蝕緣由是在某些條件下晶界很生動,如晶界處有雜質,或晶界處某一合金元素增加或減少,也就是說晶界上必需有一層薄薄的對鋁的其他局部呈電負性的區域,它優先腐蝕。高純鋁在鹽酸中及高溫水中可發作這類腐蝕,AI-Cu、AI-Mg-Si、Al-Mg、Al-Zn-Mg合金都對晶間腐蝕敏感。

                3.電偶腐蝕

                電偶腐蝕也是鋁的一種特征性腐蝕形態。當一種不太生動的金屬和一種比擬生動的金屬如鋁(陽極)在同一環境中相接觸時或有導體相聯時,構成電偶并惹起電流的活動,從而形成電偶腐蝕。電偶腐蝕又稱雙金屬腐蝕或接觸腐蝕。鋁的自然電位很負,當鋁與其它金屬接觸時,鋁總是呈陽極,腐蝕加速,簡直一切鋁及鋁合金都無法防止電偶腐蝕。相接觸的兩種金屬的電位差愈大,電偶腐蝕也愈嚴重。應特別留意的是,在電偶腐蝕中,面積要素極為重要,大陰極和小陽極是Z不利的搭配。

                4.縫隙腐蝕

                同種或異種金屬相接觸,或金屬與非金屬相接觸,就會構成縫隙,就會在縫隙處或其臨近處產生腐蝕,縫隙外沒有腐蝕,是由于縫隙內氧的缺乏惹起的,由于此時構成濃差電池??p隙腐蝕與合金品種簡直無關,即便十分耐蝕的合金也會發作??p隙頂端酸性環境是腐蝕原動力,是堆積物(垢)下腐蝕的一種,6063合金建筑鋁型材外表灰漿下腐蝕是一種極為普通的垢下縫隙腐蝕。法蘭銜接面、螺母緊固面、搭接面、焊縫氣孔、銹層下與沉層在金屬外表的淤泥、積垢、雜質等都會引發縫隙腐蝕。

                5.應力腐蝕開裂

                應力腐蝕開裂是拉應力和特定腐蝕介質共存時惹起的腐蝕開裂。應力能夠是外加的,也能夠是金屬內部的剩余應力,后者可能產生于加工制造時的形變,也能夠產生于淬火時的猛烈溫度變化,還可能是內部構造改動惹起體積變化形成的。鉚接、螺栓緊固、壓入配合、冷縮配合形成的應力也是剩余應力,當金屬外表的拉應力到達屈從強度Rpo.2時就會產生應力腐蝕開裂,2000系及7000系鋁合金厚板在淬火時都會產生剩余應力,應在時效處置前經過預拉伸消弭,以免加工航空器零件時產生變形或以至帶到零件中去。

                6.層狀腐蝕

                該腐蝕又稱剝層、剝落、成層腐蝕,可簡稱剝蝕,是2000系、5000系、6000系及7000系合金的一種特殊的腐蝕形態,多見于擠壓材,一旦發作可像云母一樣一層一層地往下剝離。

                7.絲狀腐蝕

                這是一種可在鋁材漆膜或其他涂層下呈蠕蟲狀開展的腐蝕,但未發現陽極氧化膜下的這種腐蝕,普通發作于航空器鋁構造件與建筑或構造鋁件涂層之下。絲狀腐蝕與資料成分、涂覆前預處置和環境要素有關。環境要素是指溫度、濕度、氯化物等。

                6000系合金的晶間腐蝕

                在當今應用的變形鋁合金中,應用Z廣的是熱處置可強化的6000系合金,它們是一類Al-Mg-Si系與Al-Mg-Si-Cu系合金。2018年在美國鋁業協會(TheAluminumAssociation,Inc.)公司注冊的常用及十分用合金共706個,其中6000系合金Z多,有126個,占18%,在建筑工業、構造范疇與交通運輸配備方面取得了普遍的應用,由于它們有良好的成形加工性能、適中的強度與優 秀的抗腐蝕性能??墒羌偃绾辖鸪煞峙浔炔磺∪缙浞?,或熱處置參數選擇不當,或加工成形欠妥,那么在含氯的環境中就會呈現晶間腐蝕(IGC)。

                在多數狀況下,晶間腐蝕呈現于含少量銅和Si/Mg高的合金中,通常大多數含銅合金的銅含量都不大于0.4%,只要6013、6113、6056、6156等4個合金的銅含量高達1.1%,向Al-Mg-Si合金加銅是為進步合金的力學性能。研討發現,但凡有晶間腐蝕敏理性的合金,用高分辨率掃描透射電鏡察看時,常常發現有富銅的偏析層和陰極性Q相沉淀物。Q相是一種四元金屬間相,分子式為Cu2Mg8Si 5 Al4,沿著晶界析出,使臨近的固溶體發作陽極溶解,構成無析出物帶(precipitatefreezone)。

                晶間腐蝕敏理性檢驗

                在肯定鋁合金的晶間腐蝕敏理性時,常用檢驗辦法有兩種:現場(野外)實驗(fieldtest)與加速沉浸實驗。在加速實驗時,為了加快腐蝕停止,常常采用含有鹽酸的氯化鉀溶液(ISO11846MethodB)或加有過氧化氫的氯化鉀溶液(ASTMG110)。實驗后對試樣橫截面停止金相察看或測定其力學性能損失。ISO11846加速實驗結果與海洋氛圍現場實驗結果有著高度的分歧性,可是晶間腐蝕敏理性鋁材在加速實驗時,在靠近試樣外表的簡直一切晶界都發作嚴重的腐蝕(平均晶間腐蝕),而現場實驗試樣外表僅在有限的地域發作腐蝕(部分腐蝕)。雖然如此,加速實驗仍是能精確地判別資料能否有晶界腐蝕的規范辦法。

                汽車工業常常按ISO11846MethodB規范判別6000系鋁合金能否有晶間腐蝕。按此規范實驗時,首先將小試樣(外表積<20cm2)全浸于室溫酸性氯化鈉溶液(pH=1)中24h,然后停止金相檢驗,以肯定腐蝕類型,點蝕還是晶間腐蝕,還待肯定:腐蝕毀壞外表百分數和Z大腐蝕深 度。Z近的研討顯現,允許對實驗條件做一些較大的變動,不會對實驗結果再現性有大的影響。特別是規范規則電解質體積對試樣外表積之比不得小于5ml/cm2,否則對晶間腐蝕速度的影響甚大。

                試樣外表發作腐蝕的條件是必需存在陰極反響(析出氫,氧減少),實驗溶液的pH值隨著時間延長而上升,使電解質腐蝕降落。

                在8系列變形鋁合金中,6000系合金是一類Al-Mg-Si(Cu,Zn)系合金,Z易發作晶間腐蝕的合金之一,也就是說該系合金有相當強的晶間腐蝕敏理性。

                為了檢驗6000系合金晶間腐蝕傾向,一個Z有效的辦法是在ISO11846規范實驗后停止堿液浸蝕再停止除污處置,除污處置用濃硝酸液。不過在溫度50℃-60℃、濃度(5-10)wt%的NaOH溶液中浸蝕2min-5min,對實驗結果會有所影響。

                一種有效的替代堿浸蝕的工藝是用硝酸/氫氟酸溶液,能有效地肅清外表上富鐵原生質點上的鋁。大家曉得,鋁質點能加速鋁合金在氯化物溶液的腐蝕,由于它們是部分的顯微陰極,同時這些質點還是晶間腐蝕(IGC)的發源地。與在堿液中的腐蝕相比,合金在硝酸/氟化物液中的腐蝕遲緩一些。

                6000系合金既是一類應用Z廣、產量Z大、種類(牌號)Z多的變形鋁合金,也是晶間腐蝕敏理性大的變形合金之一,但是只需消費中嚴厲恪守工藝標準特別是熱處置工藝,構造設計合理,制造精良,這種腐蝕完整能夠防止。6000系合金構造、零部件的晶間腐蝕敏理性還與其工作環境親密相關,在設計構造時,宜給予充沛留意。


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