鋁及鋁合金的耐蝕性

第8章鋁及鋁合金的耐蝕性8.1概述第一頁，共三十頁。純鋁的物理性質(zhì)5、無磁性。1、密度小（ρ=2.7），屬輕金屬（約為銅鐵的1/3）；2、導(dǎo)電性好（次于金、銀、銅）；3、導(dǎo)熱性好；4、熔點低（660.5℃）；第二頁，共三十頁。純鋁及鋁合金的力學(xué)性能2、鋁合金的強度取決于合金化和加工工藝（超硬鋁的強度可達600MPa）。1、純鋁的強度低，塑性好（退火狀態(tài)下伸長率達35%）；第三頁，共三十頁。純鋁及鋁合金的工藝性能1、可進行各種形式的壓力加工；3、合金元素的焊接型好，含硅、鈦高的焊接性差。2、切削加工性：純鋁的切削加工性差，強度硬的鋁合金，切削加工性好第四頁，共三十頁。8.2純鋁的耐蝕性

鋁的標準電極電位很低（-1.663V），在常用的金屬材料中是最低的，是一種很活潑的金屬，在全部的pH值范圍內(nèi)都可發(fā)生析氫腐蝕（在酸性溶液中腐蝕生成Al3+，在堿性溶液中生成AlO22-）。電化學(xué)特性：第五頁，共三十頁。氧化膜的特點：4、可以通過化學(xué)氧化或陽極氧化的方法生成更厚的氧化膜（化學(xué)氧化膜的厚度約為1～3um,陽極氧化膜可達100um，可供裝飾、耐蝕等用）。1、致密，并且與基體牢固結(jié)合；2、具有較高的穩(wěn)定性，可保護鋁基體不受腐蝕；3、隨著時間的延長，特別有水分時，氧化膜會增厚；第六頁，共三十頁。氧化膜的結(jié)構(gòu)：1、在大氣或低于80℃的水溶液中，生成的氧化膜為（Al2O3.3H2O）,是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；3、高于200℃水中生成的膜為Al2O3

。2、在80℃以上的水溶液中形成的膜為（Al2O3.H2O，AlOOH），是晶態(tài)結(jié)構(gòu)；第七頁，共三十頁。

堿能與鋁表面的氧化膜反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水。氧化膜破壞后，堿和鋁會進一步發(fā)生反應(yīng)，并釋放出氫氣。腐蝕特點：全面腐蝕。（工業(yè)上利用這一點去除表面氧化物以及油污等，稱為化學(xué)銑切）純鋁在不同介質(zhì)中的腐蝕行為

在稀酸中發(fā)生的是呈點蝕，在氧化性濃酸中具有很好的耐蝕性（生成鈍化膜）。1、在堿中：不耐蝕2、在酸中的腐蝕第八頁，共三十頁。⑵當(dāng)溶液中存在F-,Cl-離子時，純鋁極其不耐蝕，因為這些離子很容易破環(huán)氧化膜而產(chǎn)生點蝕。當(dāng)溶液中存在Cr2O72-,CrO42-等氧化性離子時，能促進鈍化。3、在中性鹽中的腐蝕⑴其腐蝕行為主要取決于溶液中的陰、陽離子的特性。⑶當(dāng)溶液中含有電位較正的Fe2+,Ni2+,Cu2+等離子時，會加速鋁的腐蝕。第九頁，共三十頁。鋁在幾種典型的介質(zhì)中的腐蝕：1、在酸性介質(zhì)中的腐蝕速度的順序為：HF﹥H3PO4﹥HCl﹥HNO3﹥H2SO42、在堿性介質(zhì)中的腐蝕速度的順序為：NaOH﹥Na2CO3﹥NH4OH﹥Na2SiO3第十頁，共三十頁。8.3鋁合金的耐蝕性1、組織特點：鋁-錳合金主要組織組成物α-MnAl6,FeAl3等。第十一頁，共三十頁。Si，F(xiàn)e降低耐蝕性（形成一些雜質(zhì)相析出）；Mn可以抑制Fe的不利影響（可以控制Mn/Fe比例含量來控制Fe的有害作用）。Mn-Al合金具有優(yōu)良的耐蝕性（是主要的耐蝕鋁合金，屬于防銹鋁）在大氣中的耐蝕性和工業(yè)純鋁相近；在海水中與純鋁相同；在稀鹽酸中的耐蝕性比純鋁好；未發(fā)現(xiàn)這類合金有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向。在特定條件下，有剝蝕和晶間腐蝕傾向，發(fā)生腐蝕時一般為全面腐蝕，并常伴有點蝕。2、耐蝕性：3、合金元素對耐蝕性的影響：第十二頁，共三十頁。鋁-鎂合金

為固溶體型合金，但固溶強化效果差（難以形成過飽和固溶體），主要通過加工硬化進行強化。

有點蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和剝蝕傾向。隨著鎂含量增大，點蝕傾向增加；隨著冷加工變形量增大，應(yīng)力腐蝕和剝蝕敏感性增加。1、組織特點2、耐蝕性第十三頁，共三十頁。⑴Mg：

Mg含量﹤3.5%時，在任何熱處理狀態(tài)或冷加工狀態(tài)均無應(yīng)力腐蝕開裂傾向；含Mg量在3.5%～5.0%之間，冷加工狀態(tài)有應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性；含Mg量﹥5.0%時，在一定退火溫度下，也具有應(yīng)力腐蝕的敏感性；高含鎂的鋁合金即使在低溫放置也有應(yīng)力腐蝕開裂的傾向。

高鎂合金在時效狀態(tài)下的應(yīng)力腐蝕的敏感性較大。為了改善這一點，可以采用固溶處理的方法，使之形成固溶體。3、合金元素對耐蝕性的影響4、熱處理對應(yīng)力腐蝕的影響⑵Mn、Cr、Zr可以提高抗應(yīng)力腐蝕的能力。第十四頁，共三十頁。以鋰代替鎂。合金密度??；具有高強度、耐熱；鋰活性大，易氧化和腐蝕。（用于高速飛機的結(jié)構(gòu)材料和蒙皮）。鋁-銅系合金（硬鋁）1、合金特點：⑴Al-Cu-Mg合金（杜拉鋁合金）具有良好的力學(xué)性能和加工性能（主要用于渦輪噴氣發(fā)動機中的葉片）。⑵Al-Cu-Mn合金屬于耐熱合金（主要用于飛機發(fā)動機中的葉片及容器等）。⑶Al-Cu-Li合金第十五頁，共三十頁。2、Al-Cu合金系的耐蝕性⑷有剝蝕現(xiàn)象（特別在海洋大氣中）。⑴容易產(chǎn)生“白斑黑心”的點蝕。⑵晶間腐蝕甚為敏感，凡是過飽和固溶體在分解條件下都有晶間腐蝕。⑶有一定應(yīng)力腐蝕的傾向。第十六頁，共三十頁。3、合金元素的影響：鎂含量﹤2%范圍內(nèi)，隨著含鎂量的提高，強度提高，4%Cu+2%Mg的合金強度最高，點蝕程度增加。（減少了銅的溶解度，基體上析出了雜質(zhì)銅）。主要強化元素，提高強度（CuAl2強化相）；但隨著含銅量的增加，耐蝕性下降，點蝕和晶間腐蝕敏感性增加。⑴銅：⑵鎂：第十七頁，共三十頁。

消除鐵的有害作用，提高耐蝕性、耐熱性和一定的強度，降低塑性。⑶錳：⑷鐵，硅：⑸鈦，Zr:細化晶粒，減少開裂傾向。是雜質(zhì)元素，降低耐蝕性和塑性。第十八頁，共三十頁。合金1、合金特點：⑴Al-Zn-Mg合金：經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，強度可達500MPa，有優(yōu)良的焊接性能。⑵Al-Zn-Mg-Cu合金：強度可達600MPa，是鋁合金中強度最高的一類（可以稱“超硬鋁”）第十九頁，共三十頁。2、耐蝕性：⑵Al-Zn-Mg-Cu合金：應(yīng)力腐蝕開裂敏感性大，還有晶間腐蝕和剝蝕傾向。⑴Al-Zn-Mg合金：應(yīng)力腐蝕開裂敏感性大第二十頁，共三十頁。3、合金元素的影響：Zn/Mg比值過高過低都降低耐蝕性，當(dāng)Zn+Mg=8.5%，Zn/Mg=2.7～3時，抗應(yīng)力腐蝕性能最佳。⑴Zn/Mg：⑵銅改善時效組織，提高強度和塑性，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。⑶Cr,Mn,Zr細化晶粒，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。（原因：提高再結(jié)晶溫度，阻礙結(jié)晶過程進行，阻止晶粒長大。）第二十一頁，共三十頁。8.4鋁合金常見的幾種腐蝕破壞形式

大氣、淡水、海水和其他一些中性和近中性水中容易發(fā)生點蝕。8.4.1點蝕1、發(fā)生點蝕的主要環(huán)境第二十二頁，共三十頁。2、引發(fā)點蝕的條件

（1）水中必須含有能抑制全面腐蝕的離子，即能保持保護膜的離子（如：SO42-，SiO32-，PO43-等）。（2）水中含有能局部破壞鈍態(tài)的離子，如氯離子。（3）水中必須含有促進陰極反應(yīng)的氧化劑。第二十三頁，共三十頁。3、點蝕的形成過程

一般是認為氯離子等是破壞鈍態(tài)的離子，局部進入鈍化膜，使鈍化膜局部變質(zhì)。金屬溶解生成鋁離子，釋放的電子流到陰極發(fā)生陰極反應(yīng)（主要是H+或氧化劑被還原），生成的鋁離子同水中OH-結(jié)合生成氫氧化物，使該處pH值局部降低，呈酸性。使氯離子進一步富集，繼續(xù)破壞鈍化膜，形成蝕坑。含銅的鋁合金耐點蝕性最差，Al-Mn,Al-Mg合金耐點蝕性較好。4、鋁合金的耐點蝕性第二十四頁，共三十頁。5、防止鋁合金點蝕的措施⑵盡量減少溶氧，氧化性離子，減弱陰極反應(yīng)（減弱微電池的腐蝕電流的作用）。⑴提高水質(zhì)，減少水中活性陰離子（如：Cl-等）的濃度。⑶銅離子是鋁發(fā)生點蝕的原因之一，應(yīng)盡量去除。⑷外加電化學(xué)保護（外加電流對鋁材進行陰極保護）。第二十五頁，共三十頁。鋁合金的晶間腐蝕1、腐蝕原因2、防止鋁合金的晶間腐蝕的措施不適當(dāng)?shù)臒崽幚碓斐傻诙嗟奈龀?。通過正確的熱處理工藝消除第二相的析出。第二十六頁，共三十頁。應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力作用加上晶間腐蝕的因素。⑴近海大氣和海水中易發(fā)生，氯離子濃度越高，溫度和濕度越高，應(yīng)力腐蝕破裂敏感性越大。1、產(chǎn)生原因2、產(chǎn)生的環(huán)境⑵不含氯離子的高溫水中和蒸汽中也會發(fā)生。第二十七頁，共三十頁。

主要是高強度的鋁合金。如Al-Cu，Al-Cu-Mg，特別是Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系列合金。⑵合金化。在高強度的鋁合金加微量的Mo、Zr、V、Cu、Cr、Mn等。3、容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的合金4、防止措施⑴適當(dāng)?shù)臒崽幚?。（如固溶處理加時效處理）⑶消除張應(yīng)力（高溫過時效）或賦予表面壓應(yīng)力（噴丸處理）。第二十八頁，共三十頁。

高鎂合金和Al-Cu-Mg合金，隨二次相（β相）增多。變形量增大，晶粒被拉得越長，剝蝕的敏感性越大。鋁合金的剝蝕

使鋁合金產(chǎn)生各