第8章 铝及铝合金的耐蚀性

常 用 金 属 材 料 的 耐 蚀 性
8.2.2氧化膜的特点：
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； 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）。
2、耐蚀性
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。
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3、合金元素对耐蚀性的影响
⑴Mg： 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。
3、合金元素的焊接型好，含硅、钛高的焊接性差。
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8.2 纯铝的耐蚀性
8.2.1电化学特性：
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Al3+，在碱性溶液中生成AlO22-）。
8.1.2纯铝及铝合金的力学性能
1、纯铝的强度低，塑性好（退火状态下伸长率达35%）； 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600MP）。
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8.1.3纯铝及铝合金的工艺性能
1、可进行各种形式的压力加工；
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
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8.4.4铝合金的剥蚀
1、剥蚀特征
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。
2、剥蚀发生的条件
高镁合金和Al-Cu-Mg合金，随二次相（β相）增多。变形量增 大，晶粒被拉得越长，剥蚀的敏感性越大。
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3、容易产生应力腐蚀开裂的合金
主要是高强度的铝合金。如Al-Cu，Al-Cu-Mg，特别是Al-ZnMg和Al-Zn-Mg-Cu系列合金。
4、防止措施
⑴适当的热处理。（如固溶处理加时效处理）
⑵合金化。在高强度的铝合金加微量的Mo、Zr、V、Cu、Cr、 Mn等。 ⑶消除张应力（高温过时效）或赋予表面压应力（喷丸处理）。
8.3.1铝-锰合金
1、组织特点：
主要组织组成物α-MnAl6,FeAl3等。
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2、耐蚀性：
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。
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8.4 铝合金常见的几种腐蚀破坏形式
8.4.1 点蚀
1、发生点蚀的主要环境
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。
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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：SO42-，SiO32-，PO43-等）。
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3、剥蚀发生的原因
沿晶界形成阳极网络（β相为阳极网络近道）。
4、剥蚀防止措施
（1）加入合金元素细化晶粒。如：Cr,Mn,B等。
（2）合理选择和控制变形量和热处理工艺。
常 用 金 属 材 料 的 耐 蚀 性 ⑶锰： 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。 ⑷铁，硅： 是杂质元素，降低耐蚀性和塑性。
⑸钛，Zr: 细化晶粒，减少开裂倾向。
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8.3.4Al-Zn-Mg-Cu合金
1、合金特点：
⑴Al-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。
⑵Al-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”）
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2、耐蚀性：
⑴Al-Zn-Mg合金：应力腐蚀开裂敏感性大
⑵Al-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。
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3、合金元素的影响：
⑴Zn/Mg： 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。
⑵铜
改善时效组织，提高强度和塑性，提高抗应力腐蚀能力。
⑶Cr,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。）
⑵Mn、Cr、Zr可以提高抗应力腐蚀的能力。
4、热处理对应力腐蚀的影响
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。
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8.3.3铝-铜系合金（硬铝）
1、合金特点：
⑴Al-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）。 ⑵Al-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）。
⑶Al-Cu-Li合金 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）。
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2、Al-Cu合金系的耐蚀性
⑴容易产生“白斑黑心”的点蚀。
⑵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。
（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。
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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。
3、合金元素对耐蚀性的影响：
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）。
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8.3.2铝-镁合金
1、组织特点
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。
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3、在中性盐中的腐蚀
⑴其腐蚀行为主要取决于溶液中的阴、阳离子的特性。
⑵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Cr2O72-,CrO42-等氧化 性离子时，能促进钝化。
⑶当溶液中含有电位较正的Fe2+,Ni2+,Cu2+等离子时，会加速铝的 腐蚀。
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第8章 铝及铝合金的耐蚀性
8.1 概述
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8.1.1纯铝的物理性质
1、密度小（ρ=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℃）； 5、无磁性。
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⑶有一定应力腐蚀的倾向。 ⑷有剥蚀现象（特别在海洋大气中）。
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3、合金元素的影响：
⑴铜：
主要强化元素，提高强度（CuAl2强化相）；但随着含铜量的增加， 耐蚀性下降，点蚀性下降，点蚀和晶间腐蚀敏感性增加。 ⑵镁： 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）。
4、铝合金的耐点蚀性
含铜的铝合金耐点蚀性最差，Al-Mn,Al-Mg合金耐点蚀性较好。
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5、防止铝合金点蚀的措施
⑴提高水质，减少水中活性阴离子（如：Cl-等）的浓度。
⑵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）。
⑶铜离子是铝发生点蚀的原因之一，应尽量去除。 ⑷外加电化学保护（外加电流对铝材进行阴行为
1、在碱中：不耐蚀
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）
2、在酸中的腐蚀
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）。
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8.4.2铝合金的晶间腐蚀
1、腐蚀原因
不适当的热处理造成第二相的析出。
2、防止铝合金的晶间腐蚀的措施
通过正确的热处理工艺消除第二相的析出。
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8.4.3应力腐蚀开裂
1、产生原因
应力作用加上晶间腐蚀的因素。
2、产生的环境
⑴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。 ⑵不含氯离子的高温水中和蒸汽中也会发生。