铝及铝合金的耐蚀性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,耐蚀材料,常 用 金 属 材 料 的 耐 蚀 性,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 铝及铝合金的耐蚀性,8.1,概述,纯铝的物理性质,5,、无磁性。,1,、密度小（,=2.7,），属轻金属（约为铜铁的,1/3,）；,2,、导电性好（次于金、银、铜）；,3,、导热性好；,4,、熔点低（,660.5,）；,纯铝及铝合金的力学性能,2,、铝合金的强度取决于合金化和加工工艺（超硬铝的强度可达,600MPa,）。,1,、纯铝的强度低，塑性好（退火状态下伸长率达,35%,）；,纯铝及铝合金的工艺性能,1,、可进行各种形式的压力加工；,3,、合金元素的焊接型好，含硅、钛高的焊接性差。,2,、切削加工性：纯铝的切削加工性差，强度硬的铝合金，切削加工性好,8.2,纯铝的耐蚀性,铝的标准电,极电位很低（,-1.663V,），在常用的金属材料中是最低的，是一种很活泼的金属，在全部的,pH,值范围内都可发生析氢腐蚀（在酸性溶液中腐蚀生成,Al,3+,，在碱性溶液中生成,AlO,2,2-,）。,电化学特性：,氧化膜的特点：,4,、可以通过化学氧化或阳极氧化的方法生成更厚的氧化膜（化学氧化膜的厚度约为,1,3um,阳极氧化膜可达,100um,，可供装饰、耐蚀等用）。,1,、致密，并且与基体牢固结合；,2,、具有较高的稳定性，可保护铝基体不受腐蚀；,3,、随着时间的延长，特别有水分时，氧化膜会增厚；,氧化膜的结构：,1,、在大气或低于,80,的水溶液中，生成的氧化膜为（,Al,2,O,3,.3H,2,O,）,是非晶态结构；,3,、高于,200,水中生成的膜为,Al,2,O,3,。,2,、在,80,以上的水溶液中形成的膜为（,Al,2,O,3,.H,2,O,，,AlOOH,），是晶态结构；,碱能与铝表面的氧化膜反应生成偏铝酸钠和水。氧化膜破坏后，碱和铝会进一步发生反应，并释放出氢气。,腐蚀特点：全面腐蚀。（工业上利用这一点去除表面氧化物以及油污等，称为化学铣切）,纯铝在不同介质中的腐蚀行为,在稀酸中发生的是呈点蚀，在氧化性浓酸中具有很好的耐蚀性（生成钝化膜）。,1,、在碱中：不耐蚀,2,、在酸中的腐蚀,当溶液中存在,F,-,Cl,-,离子时，纯铝极其不耐蚀，因为这些离子很容易破环氧化膜而产生点蚀。当溶液中存在,Cr,2,O,7,2-,CrO,4,2-,等氧化性离子时，能促进钝化。,3,、在中性盐中的腐蚀,其腐蚀行为主要取决于溶液中的阴、阳离子的特性。,当溶液中含有电位较正的,Fe,2+,Ni,2+,Cu,2+,等离子时，会加速铝的腐蚀。,铝在几种典型的介质中的腐蚀：,1,、在酸性介质中的腐蚀速度的顺序为：,HFH,3,PO,4,HClHNO,3,H,2,SO,4,2,、在碱性介质中的腐蚀速度的顺序为：,NaOHNa,2,CO,3,NH,4,OHNa,2,SiO,3,8.3,铝合金的耐蚀性,1,、组织特点：,铝,-,锰合金,主要组织组成物,-MnAl,6,FeAl,3,等。,Si,，,Fe,降低耐蚀性（形成一些杂质相析出）；,Mn,可以抑制,Fe,的不利影响（可以控制,Mn/Fe,比例含量来控制,Fe,的有害作用）。,Mn-Al,合金具有优良的耐蚀性（是主要的耐蚀铝合金，属于防锈铝）,在大气中的耐蚀性和工业纯铝相近；在海水中与纯铝相同；在稀盐酸中的耐蚀性比纯铝好；未发现这类合金有应力腐蚀开裂的倾向。,在特定条件下，有剥蚀和晶间腐蚀倾向，发生腐蚀时一般为全面腐蚀，并常伴有点蚀。,2,、耐蚀性：,3,、合金元素对耐蚀性的影响：,铝,-,镁合金,为固溶体型合金，但固溶强化效果差（难以形成过饱和固溶体），主要通过加工硬化进行强化。,有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和剥蚀倾向。随着镁含量增大，点蚀倾向增加；随着冷加工变形量增大，应力腐蚀和剥蚀敏感性增加。,1,、组织特点,2,、耐蚀性,Mg,：,Mg,含量,3.5%,时，在任何热处理状态或冷加工状态均无应力腐蚀开裂倾向；,含,Mg,量在,3.5%,5.0%,之间，冷加工状态有应力腐蚀开裂的敏感性；,含,Mg,量,5.0%,时，在一定退火温度下，也具有应力腐蚀的敏感性；高含镁的铝合金即使在低温放置也有应力腐蚀开裂的倾向。,高镁合金在时效状态下的应力腐蚀的敏感性较大。为了改善这一点，可以采用固溶处理的方法，使之形成固溶体。,3,、合金元素对耐蚀性的影响,4,、热处理对应力腐蚀的影响,Mn,、,Cr,、,Zr,可以提高抗应力腐蚀的能力。,以锂代替镁。合金密度小；具有高强度、耐热；锂活性大，易氧化和腐蚀。（用于高速飞机的结构材料和蒙皮）。,铝,-,铜系合金（硬铝）,1,、合金特点：,Al-Cu-Mg,合金（杜拉铝合金）,具有良好的力学性能和加工性能（主要用于涡轮喷气发动机中的叶片）。,Al-Cu-Mn,合金,属于耐热合金（主要用于飞机发动机中的叶片及容器等）。,Al-Cu-Li,合金,2,、,Al-Cu,合金系的耐蚀性,有剥蚀现象（特别在海洋大气中）。,容易产生“白斑黑心”的点蚀。,晶间腐蚀甚为敏感，凡是过饱和固溶体在分解条件下都有晶间腐蚀。,有一定应力腐蚀的倾向。,3,、合金元素的影响：,镁含量,2%,范围内，随着含镁量的提高，强度提高，,4%Cu+2% Mg,的合金强度最高，点蚀程度增加。（减少了铜的溶解度，基体上析出了杂质铜）。,主要强化元素，提高强度（,CuAl,2,强化相）；但随着含铜量的增加，耐蚀性下降，点蚀和晶间腐蚀敏感性增加。,铜：,镁：,消除铁的有害作用，提高耐蚀性、耐热性和一定的强度，降低塑性。,锰：,铁，硅：,钛，,Zr:,细化晶粒，减少开裂倾向。,是杂质元素，降低耐蚀性和塑性。,合金,1,、合金特点：,Al-Zn-Mg,合金：经适当的热处理后，强度可达,500MPa,，有优良的焊接性能。,Al-Zn-Mg-Cu,合金：强度可达,600MPa,，是铝合金中强度最高的一类（可以称,“,超硬铝,”,）,2,、耐蚀性：,Al-Zn-Mg-Cu,合金：应力腐蚀开裂敏感性大，还有晶间腐蚀和剥蚀倾向。,Al-Zn-Mg,合金：应力腐蚀开裂敏感性大,3,、合金元素的影响：,Zn/Mg,比值过高过低都降低耐蚀性，当,Zn+Mg=8.5%,，,Zn/Mg=2.7,3,时，抗应力腐蚀性能最佳。,Zn/Mg,：,铜,改善时效组织，提高强度和塑性，提高抗应力腐蚀能力。,Cr,Mn,Zr,细化晶粒，提高抗应力腐蚀能力。,（原因：提高再结晶温度，阻碍结晶过程进行，阻止晶粒长大。）,8.4,铝合金常见的几种腐蚀破坏形式,大气、淡水、海水和其他一些中性和近中性水中容易发生点蚀。,8.4.1,点蚀,1,、发生点蚀的主要环境,2,、引发点蚀的条件,（,1,）水中必须含有能抑制全面腐蚀的离子，即能保持保护膜的离子（如：,SO,4,2-,，,SiO,3,2-,，,PO,4,3-,等）。,（,2,）水中含有能局部破坏钝态的离子，如氯离子。,（,3,）水中必须含有促进阴极反应的氧化剂。,3,、点蚀的形成过程,一般是认为氯离子等是破坏钝态的离子，局部进入钝化膜，使钝化膜局部变质。金属溶解生成铝离子，释放的电子流到阴极发生阴极反应（主要是,H,+,或氧化剂被还原），生成的铝离子同水中,OH,-,结合生成氢氧化物，使该处,pH,值局部降低，呈酸性。使氯离子进一步富集，继续破坏钝化膜，形成蚀坑。,含铜的铝合金耐点蚀性最差，,Al-Mn,Al-Mg,合金耐点蚀性较好。,4,、铝合金的耐点蚀性,5,、防止铝合金点蚀的措施,尽量减少溶氧，氧化性离子，减弱阴极反应（减弱微电池的腐蚀电流的作用）。,提高水质，减少水中活性阴离子（如：,Cl-,等）的浓度。,铜离子是铝发生点蚀的原因之一，应尽量去除。,外加电化学保护（外加电流对铝材进行阴极保护）。,铝合金的晶间腐蚀,1,、腐蚀原因,2,、防止铝合金的晶间腐蚀的措施,不适当的热处理造成第二相的析出。,通过正确的热处理工艺消除第二相的析出。,应力腐蚀开裂,应力作用加上晶间腐蚀的因素。,近海大气和海水中易发生，氯离子浓度越高，温度和湿度越高，应力腐蚀破裂敏感性越大。,1,、产生原因,2,、产生的环境,不含氯离子的高温水中和蒸汽中也会发生。,主要是高强度的铝合金。如,Al-Cu,，,Al-Cu-Mg,，特别是,Al-Zn-Mg,和,Al-Zn-Mg-Cu,系列合金。,合金化。在高强度的铝合金加微量的,Mo,、,Zr,、,V,、,Cu,、,Cr,、,Mn,等。,3,、容易产生应力腐蚀开裂的合金,4,、防止措施,适当的热处理。（如固溶处理加时效处理）,消除张应力（高温过时效）或赋予表面压应力（喷丸处理）。,高镁合金和,Al-Cu-Mg,合金，随二次相（,相）增多。变形量增大，晶粒被拉得越长，剥蚀的敏感性越大。,铝合金的剥蚀,使铝合金产生各种形式的层状分离。轻微的剥蚀只产生一些不连续的小裂片、碎末、甚至形成泡疤，严重时会形成大块的、连续的金属片脱离金属本体，甚至以层状分离形式使金属解体。,1,、剥蚀特征,2,、剥蚀发生的条件,沿晶界形成阳极网络（,相为阳极网络近道）。,（,1,）加入合金元素细化晶粒。如：,Cr,Mn,B,等。,3,、剥蚀发生的原因,4,、剥蚀防止措施,（,2,）合理选择和控制变形量和热处理工艺。,