不同型号铝合金腐蚀速率的探究
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不同型号铝合金腐蚀速率的探究 （质量损失法）
沁阳市永威学校 高一一班 高世博 指导老师：张瑞霞
【摘要】 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材 料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中 已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发 展，对铝合金构件的需求日益增多，使铝合金的抗腐蚀性 研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金防腐蚀 技术的发展，同时防腐蚀技术的发展又拓展了铝合金的应 用领域，因此铝合金的防腐蚀技术正成为研究的热点。我 们可以用质量损失法，模拟铝合金部件的实际服役环境， 用质量监测追踪，显微金相观察，分析不同型号的铝合金 的抗腐蚀性能。 【关键词】铝合金 质量损失法 金相检查
• 2.4试验程序 • 2.4.1试验前用细纹锉刀或细砂纸修平试样所有边缘， 且进行外观和尺寸检验不应造成试验面的损伤。 • 2.4.2将试样浸入80℃，5%的氢氧化钠溶液中1分钟， 然后用水冲洗，再在硝酸中浸30秒，用水冲洗，在 空气中晾干。清洗油污、尘垢和油脂后的试样立即进 行试验，或放在干燥器中短期保存。 • 试样标记，在加工表面通过划线来给试样作标记。
• 其表面迅速生成致密的氧化膜γ-Al2O3，其自然形成 的氧化膜厚度约为20-30nm，若有水或大量水蒸气的 存在，γ-Al2O3将转化为γ-AlOOH，γ-AlOOH最终转 变为Al(OH)3。Al(OH)3属两性氧化物，在酸碱环境中 都会溶解，所以大部分的降雨、雾、表面蒸发及浓缩 的液层和铝表面小孔内的电解质都会使铝合金处于腐 蚀状态。而在酸性条件下将诱使铝合金发生加速腐蚀。 • 腐蚀产物：主要为铝的氧化物、卤化物及含氧酸盐等。 • 腐蚀类型：主要为点蚀（点蚀又称为小孔腐蚀、 孔蚀或坑蚀。它是由于金属表面在拉应力或化学物质 作用下，因保护层遭到破坏并出现局部穿透，使金属 基体直接暴露在腐蚀环境中形成局部腐蚀小孔并向纵 深发展的一种腐蚀破坏形式）。
0.1 0.0 余 0.15 5 5 量
50 52
25
0.1 2.2 50.4 0.1 0.1 0.1 0.3 2.8 5
--
0.0 余 0.15 5 量
试样尺寸为50毫米×6毫米×4毫米，试样尺寸见图。
图 试样尺寸 每一样品最少取两个平行试样。 贮存已制备好的试样应防止试样变形、表面损坏和腐蚀。
铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum )
合 金 牌 号
硅 Si
锰 铁 铜 镁 铬 M Fe Cu Mg Cr n
其它 锌 Zn 钛 Ti 每 个 合 计
铝 最 小 值
20 23. 0.5 24 2
3.8 0.3 1.2 0.2 - 0.1 5 4.9 0.9 1.8
1.引言
• 铝是轻金属，密度仅是铁三分之一左右。在自然界中 以复杂的硅酸盐形态存在，铝元素在地壳中的含量居 金属首位，占地壳总量的8.8%纯净的铝是银白色的， 因在空气中易与氧气化合，在表面生成致密的氧化物 薄膜（氧化铝Al2O3），所以通常略显银灰色，平常 我们可见的铝制品，均已经被氧化。而其氧化薄膜又 使铝不易被腐蚀。 铝能够与稀的强酸（如稀盐酸，稀 硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐，但一般 需要将其氧化膜去掉或快速摩擦后放入酸液中。影响 铝合金腐蚀的主要因素有材质及气象、污染等环境因 素1.本身的耐蚀性：对于铝合金本身而言，若将其暴 露大气环境下，
• m1―试样浸渍前的重量（mg）； • m2―试样浸渍清洗晾干后的重量（mg）； • S―试样的面积（mm2）。
• 注：测定结果取两次平行测定的平均值, 且修约 到整数。接着每隔24h再测定一次，共重复三次 • 为确定腐蚀形态，测定质量损失之后，将试样 进行镶嵌，对试样进行打磨，抛光，利用显微 镜观察金相组织，并照相。
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• 2.4.3计算总表面积（s），三维尺寸测量（所有测 量精确至0.02mm）。 • 2.4.4将制备好的试样，置于天平上称重（mg）。 • 2.4.5配制和准备试验溶液。试验溶液的温度为 30℃±1℃。 • 试验时应使用足够量的试验溶液，溶液体积与试样 被浸面的面积之比至少为3mL/cm2。 • 2.4.6将试样浸入试验溶液，并倾斜放置于容器底部, 与垂直方向成15～300角， 容器上应盖有活动盖子， 以减少试验溶液的蒸发，并防止放出酸雾。
• • •
• •
•
3.锌（Zn） 锌在铝合金中能提高流动性，降低耐蚀性，故 应控制锌的含量在规定范围中。 • 通过对以上两种实验结果的综合分析可得：由 于2024型铝合金中的Cu和Zn的含量明显高于5052 型铝合金，而Mg的含量低于5052型铝合金，所以 抗腐蚀性较差。所以，我们在选购铝合金材料的时 候一定要充分考虑各元素的含量，以实现材料的优 化配置。 • •
• 2.4.7试样在试验溶液中浸渍24h，然后迅速取出,一 边用硬塑料毛刷刷洗试样，一边用水冲洗，以除去 所有粘附微粒。在空气中晾干。 • 2.4.8清洗晾干后的试样,置于天平上称重（m2）。 再次一边用硬塑料毛刷刷洗试样，一边用水冲洗， 以除去所有粘附疏松微粒。在空气中晾干，置于天 平上称重（m3）为了保证精确度，则应连续清洗， 晾干和称重试样，直至两次相继的称量之差不超过 0.5mg（所有称重精确至0.1mg）。 • 2.49 • 计算每单位面积质量损失。其计算公式如下： • X＝（m1- m2）／S • 式中： • x－每单位面积质量损失（mg/mm2）；
2024 5052
时间（h） 型号
96 1352.7 397.6
2024
5052
210.2
312.0
369.0
借助计算公式，我们绘出96h内的数据图：
•
从上面的实验数据可以看出，随着时间的推移， 两种铝合金的腐蚀速率都在减慢；而且2024型号铝 合金的质量损失明显大于5052型号，腐蚀速率也大 于5052型，说明5052型号铝合金具有较好的抗腐 蚀性。
2.金相检查：
2024金相显微照片
5052金相显微照片
• 照片显示2024型号铝合金的表面剥蚀现象严重，并 伴有明显的孔蚀和坑蚀，而5052型号的铝合金 • 表面较为完整，主要以坑蚀为主，综合以上分析， 在相同的条件下，2024型号的铝合金腐蚀较为严重。 可见，5052型号的铝合金抗腐蚀性能优于2024型。
• 参考文献：
• [1] 中 国 新 旧 合 金 牌 号 对 照 表 （GB/T 31901996） • [2]林乐耘 赵月红 我国海域海水对防锈铝合金的腐 蚀性及材料因素影响的规律----《中国有色金属学 报》，1004-0609,（2003）05-1246-06 • [3] 贾瑞灵 ，严川伟 ，王福会 NaCl 污染条件下 相 对镁 铝合金β大气腐蚀行为的影响 • [4] 张士林，任颂赞 简明铝合金手册(第2版) ISBN： 9787543928992 754392899X
• 本试验方法的原理，是将5052和2024两种型号 的铝合金加工产品的试样,浸入30℃的浓硝酸中24小 时，测定浸渍前、后试样上每单位面积的质量损失， 以此测定对腐蚀的敏感性。以“mg/mm2”表示。 质量损失约为1-15mg/mm2，较大的质量损失为2575 mg/mm2。。
2.1试剂 • 氢氧化钠（NaOH，ρ：2.13g/cm3） • 蒸馏水或去离子水。 硝酸(HNO3，浓度65～ 68％)； 2.2试验装置 • 电热恒温水浴锅；分析天平；玻璃干燥器（内放变 色硅胶）; 烧杯 • 金相显微镜 抛光机 照相设备
• •
腐蚀机理：硫化物、氯化物等多种腐蚀性介 质协同作用下的电化学腐蚀。 • 在本次实验中主要对酸性条件下的腐蚀加以探 究，我和老师在查阅资料的基础上利用质量损 失法进行腐蚀实验和金相实验，对铝合金质量 定时监测，以及对产物的显微镜像分析来分析 不同型号的铝合金的抗腐蚀性能。
2.实验部分
• 方法原理
（2）原因探讨
• Ⅰ.两种型号的合金的腐蚀速率随着时间的推移而减慢，可能是 由于硝酸的浓度在不断降低，说明铝合金的腐蚀速率和酸的浓 度有关。 Ⅱ.铝合金中各元素的作用和影响 . 1.铜（Cu） 铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解 度应为5.65％，室温时降至0.1％左右，增加含铜量，能提高合 金抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性。 2.镁（Mg） 在高硅铝合金中加入少量（约0.2～0.3％）的镁，可提高 强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。 含镁的铝合金具有优良的耐蚀性，在高温下的强度和塑性 都低。
3.实验结果与讨论
1.质量监测及数据分析：
材料各项指标： 型号 长度 （m m） 50.0 50.0 宽度 （m m） 6.0 6.0 24 624.0 厚度 （m m） 4.0 4.0 48 974.5 密度 （g/c m3） 2.82 2.72 表面积 质量 (mm2) (mg) 936.0 3384. 0 936.0 3264. 0 质量损失：(mg) 72 1240.3
沁阳市永威学校 高一一班 高世博 指导老师：张瑞霞
【摘要】 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材 料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中 已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发 展，对铝合金构件的需求日益增多，使铝合金的抗腐蚀性 研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金防腐蚀 技术的发展，同时防腐蚀技术的发展又拓展了铝合金的应 用领域，因此铝合金的防腐蚀技术正成为研究的热点。我 们可以用质量损失法，模拟铝合金部件的实际服役环境， 用质量监测追踪，显微金相观察，分析不同型号的铝合金 的抗腐蚀性能。 【关键词】铝合金 质量损失法 金相检查
• 2.4试验程序 • 2.4.1试验前用细纹锉刀或细砂纸修平试样所有边缘， 且进行外观和尺寸检验不应造成试验面的损伤。 • 2.4.2将试样浸入80℃，5%的氢氧化钠溶液中1分钟， 然后用水冲洗，再在硝酸中浸30秒，用水冲洗，在 空气中晾干。清洗油污、尘垢和油脂后的试样立即进 行试验，或放在干燥器中短期保存。 • 试样标记，在加工表面通过划线来给试样作标记。
• 其表面迅速生成致密的氧化膜γ-Al2O3，其自然形成 的氧化膜厚度约为20-30nm，若有水或大量水蒸气的 存在，γ-Al2O3将转化为γ-AlOOH，γ-AlOOH最终转 变为Al(OH)3。Al(OH)3属两性氧化物，在酸碱环境中 都会溶解，所以大部分的降雨、雾、表面蒸发及浓缩 的液层和铝表面小孔内的电解质都会使铝合金处于腐 蚀状态。而在酸性条件下将诱使铝合金发生加速腐蚀。 • 腐蚀产物：主要为铝的氧化物、卤化物及含氧酸盐等。 • 腐蚀类型：主要为点蚀（点蚀又称为小孔腐蚀、 孔蚀或坑蚀。它是由于金属表面在拉应力或化学物质 作用下，因保护层遭到破坏并出现局部穿透，使金属 基体直接暴露在腐蚀环境中形成局部腐蚀小孔并向纵 深发展的一种腐蚀破坏形式）。
0.1 0.0 余 0.15 5 5 量
50 52
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0.1 2.2 50.4 0.1 0.1 0.1 0.3 2.8 5
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0.0 余 0.15 5 量
试样尺寸为50毫米×6毫米×4毫米，试样尺寸见图。
图 试样尺寸 每一样品最少取两个平行试样。 贮存已制备好的试样应防止试样变形、表面损坏和腐蚀。
铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum )
合 金 牌 号
硅 Si
锰 铁 铜 镁 铬 M Fe Cu Mg Cr n
其它 锌 Zn 钛 Ti 每 个 合 计
铝 最 小 值
20 23. 0.5 24 2
3.8 0.3 1.2 0.2 - 0.1 5 4.9 0.9 1.8
1.引言
• 铝是轻金属，密度仅是铁三分之一左右。在自然界中 以复杂的硅酸盐形态存在，铝元素在地壳中的含量居 金属首位，占地壳总量的8.8%纯净的铝是银白色的， 因在空气中易与氧气化合，在表面生成致密的氧化物 薄膜（氧化铝Al2O3），所以通常略显银灰色，平常 我们可见的铝制品，均已经被氧化。而其氧化薄膜又 使铝不易被腐蚀。 铝能够与稀的强酸（如稀盐酸，稀 硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐，但一般 需要将其氧化膜去掉或快速摩擦后放入酸液中。影响 铝合金腐蚀的主要因素有材质及气象、污染等环境因 素1.本身的耐蚀性：对于铝合金本身而言，若将其暴 露大气环境下，
• m1―试样浸渍前的重量（mg）； • m2―试样浸渍清洗晾干后的重量（mg）； • S―试样的面积（mm2）。
• 注：测定结果取两次平行测定的平均值, 且修约 到整数。接着每隔24h再测定一次，共重复三次 • 为确定腐蚀形态，测定质量损失之后，将试样 进行镶嵌，对试样进行打磨，抛光，利用显微 镜观察金相组织，并照相。
谢谢观赏
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• 2.4.3计算总表面积（s），三维尺寸测量（所有测 量精确至0.02mm）。 • 2.4.4将制备好的试样，置于天平上称重（mg）。 • 2.4.5配制和准备试验溶液。试验溶液的温度为 30℃±1℃。 • 试验时应使用足够量的试验溶液，溶液体积与试样 被浸面的面积之比至少为3mL/cm2。 • 2.4.6将试样浸入试验溶液，并倾斜放置于容器底部, 与垂直方向成15～300角， 容器上应盖有活动盖子， 以减少试验溶液的蒸发，并防止放出酸雾。
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3.锌（Zn） 锌在铝合金中能提高流动性，降低耐蚀性，故 应控制锌的含量在规定范围中。 • 通过对以上两种实验结果的综合分析可得：由 于2024型铝合金中的Cu和Zn的含量明显高于5052 型铝合金，而Mg的含量低于5052型铝合金，所以 抗腐蚀性较差。所以，我们在选购铝合金材料的时 候一定要充分考虑各元素的含量，以实现材料的优 化配置。 • •
• 2.4.7试样在试验溶液中浸渍24h，然后迅速取出,一 边用硬塑料毛刷刷洗试样，一边用水冲洗，以除去 所有粘附微粒。在空气中晾干。 • 2.4.8清洗晾干后的试样,置于天平上称重（m2）。 再次一边用硬塑料毛刷刷洗试样，一边用水冲洗， 以除去所有粘附疏松微粒。在空气中晾干，置于天 平上称重（m3）为了保证精确度，则应连续清洗， 晾干和称重试样，直至两次相继的称量之差不超过 0.5mg（所有称重精确至0.1mg）。 • 2.49 • 计算每单位面积质量损失。其计算公式如下： • X＝（m1- m2）／S • 式中： • x－每单位面积质量损失（mg/mm2）；
2024 5052
时间（h） 型号
96 1352.7 397.6
2024
5052
210.2
312.0
369.0
借助计算公式，我们绘出96h内的数据图：
•
从上面的实验数据可以看出，随着时间的推移， 两种铝合金的腐蚀速率都在减慢；而且2024型号铝 合金的质量损失明显大于5052型号，腐蚀速率也大 于5052型，说明5052型号铝合金具有较好的抗腐 蚀性。
2.金相检查：
2024金相显微照片
5052金相显微照片
• 照片显示2024型号铝合金的表面剥蚀现象严重，并 伴有明显的孔蚀和坑蚀，而5052型号的铝合金 • 表面较为完整，主要以坑蚀为主，综合以上分析， 在相同的条件下，2024型号的铝合金腐蚀较为严重。 可见，5052型号的铝合金抗腐蚀性能优于2024型。
• 参考文献：
• [1] 中 国 新 旧 合 金 牌 号 对 照 表 （GB/T 31901996） • [2]林乐耘 赵月红 我国海域海水对防锈铝合金的腐 蚀性及材料因素影响的规律----《中国有色金属学 报》，1004-0609,（2003）05-1246-06 • [3] 贾瑞灵 ，严川伟 ，王福会 NaCl 污染条件下 相 对镁 铝合金β大气腐蚀行为的影响 • [4] 张士林，任颂赞 简明铝合金手册(第2版) ISBN： 9787543928992 754392899X
• 本试验方法的原理，是将5052和2024两种型号 的铝合金加工产品的试样,浸入30℃的浓硝酸中24小 时，测定浸渍前、后试样上每单位面积的质量损失， 以此测定对腐蚀的敏感性。以“mg/mm2”表示。 质量损失约为1-15mg/mm2，较大的质量损失为2575 mg/mm2。。
2.1试剂 • 氢氧化钠（NaOH，ρ：2.13g/cm3） • 蒸馏水或去离子水。 硝酸(HNO3，浓度65～ 68％)； 2.2试验装置 • 电热恒温水浴锅；分析天平；玻璃干燥器（内放变 色硅胶）; 烧杯 • 金相显微镜 抛光机 照相设备
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腐蚀机理：硫化物、氯化物等多种腐蚀性介 质协同作用下的电化学腐蚀。 • 在本次实验中主要对酸性条件下的腐蚀加以探 究，我和老师在查阅资料的基础上利用质量损 失法进行腐蚀实验和金相实验，对铝合金质量 定时监测，以及对产物的显微镜像分析来分析 不同型号的铝合金的抗腐蚀性能。
2.实验部分
• 方法原理
（2）原因探讨
• Ⅰ.两种型号的合金的腐蚀速率随着时间的推移而减慢，可能是 由于硝酸的浓度在不断降低，说明铝合金的腐蚀速率和酸的浓 度有关。 Ⅱ.铝合金中各元素的作用和影响 . 1.铜（Cu） 铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解 度应为5.65％，室温时降至0.1％左右，增加含铜量，能提高合 金抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性。 2.镁（Mg） 在高硅铝合金中加入少量（约0.2～0.3％）的镁，可提高 强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。 含镁的铝合金具有优良的耐蚀性，在高温下的强度和塑性 都低。
3.实验结果与讨论
1.质量监测及数据分析：
材料各项指标： 型号 长度 （m m） 50.0 50.0 宽度 （m m） 6.0 6.0 24 624.0 厚度 （m m） 4.0 4.0 48 974.5 密度 （g/c m3） 2.82 2.72 表面积 质量 (mm2) (mg) 936.0 3384. 0 936.0 3264. 0 质量损失：(mg) 72 1240.3