铝合金腐蚀_20101026

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金屬材料 腐蝕介質
低Fra Baidu bibliotek鋼
低合金結構鋼 高強度鋼 奧氏體不鏽鋼 黃銅 高強度鋁合金
Ca(NO3)2,
NH4NO3, NaOH NaOH 雨水,海水,H2S溶液 熱濃的Cl-溶液 NH4+ 氯化物、濕的工業 大氣、海洋大氣
鈦合金(6Al-4V)
液態N2 O4
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1.1 金屬腐蝕的行為產生
什麼是腐蝕? 腐蝕,是材料和周圍環境發生作用而破壞的現象,發生的主要 因素包括材料、環境與反應的種類。材料的腐蝕會顯著降低金 屬材料的強度、塑性、韌性等性能,破壞金屬構件的幾何形狀 ,增加零件間的磨損,惡化電學和光學等物理性能,縮短設備 的使用壽命。 腐蝕的破壞影響? 美國腐蝕工程師協會在 2002 年的調查分析報告指出,每年因 腐蝕造成的直接經濟損失大約占其國內生產毛額的 3.17%。 日本腐蝕工程學會根據 1997 年的數據分析,腐蝕造成的直接 損失也占國民生產總毛額的 1.88%。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
(2) 應力腐蝕只有某些金屬介質的組合(見右表)情況 下,才會發生應力腐蝕斷裂 ,純金屬很少產生。若無應 力,金屬在其特定腐蝕介質 中的腐蝕速度是微小的。 (3) 合金的化學成分、金像組 織、熱處理對合金的應力腐 蝕破裂有很大的影響。 (4) 斷裂速度在純腐蝕及純力 學破壞之間,斷口一般為脆 斷型態。
鋁及鋁合金腐蝕原因分析 • 1-4-4 氫脆
氫脆,又稱氫損傷,是一種由於金屬材料中氫引起的材料塑性 下降、開裂或損傷的現象。所謂“損傷”,是指材料的力學性能 下降。在氫脆情況下會發生“滯後破壞”,因為這種破壞需要經 歷一定時間才發生。 氫的來源有“內含”的及“外來”的兩種:前者指材料在冶煉及隨 後的機械製造(如焊接、酸洗、電鍍等)過程中所吸收的氫; 而後者是指材料在含有氫的環境中,使用過程中所吸收的氫。 致氫環境既包括含有氫的氣體,如H2、H2S;也包括金屬在水 溶液中腐蝕時陰極過程所放出的氫。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• GALVANIC系列
金屬/合金在海水中的活性大小位階:
所形成的電偶間的電極 電位差:兩金屬之間的 電極電位差愈大、電流 愈大,則腐蝕愈快。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
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環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 2-1 大氣環境中各類金屬之腐蝕速率
平均腐蝕速率(微米/年) 金屬種類 碳鋼 碳鋼 碳鋼 灰鑄鐵 304不鏽鋼 暴露時間(年) 3.5 7.5 15.5 6-12 5-15 大氣環境 鄉村性 14.6 10.1 7.6 工業性 24 13.9 8.7 61 0.1 102 <0.03 海洋性 414
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-1 沖蝕腐蝕
當金屬與腐蝕環境有相對運動時,之間會產生機械摩擦或撞擊 ,則金屬受到腐蝕破壞速率會加快之現象。 沖蝕腐蝕可分為:沖蝕、磨蝕、渦蝕 另外,流速對腐蝕有很大的作用,尤其當流體中帶有固體懸浮 物時,破壞力更加明顯。 水冷板(cold plat)與水冷散熱排(radiator),其內部因為冷卻液 體在裡面流動,因此對於沖蝕腐蝕所造成的破壞需要納入重點 評估;若產品內使用扭旋片(spiral)所產生的渦流,亦是造成 渦蝕的重要因素。
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鋁及鋁合金防蝕技術
• 鋁的化學活性強,但表面易於形成一層連續而緻密的氧化鋁 ,具有保護作用,可以防止鋁繼續腐蝕。 • 鋁合金的分類及抗蝕性如下表:
合金代號 1XXX(純鋁) 2XXX (鋁銅) 3XXX (鋁錳) 4XXX (鋁矽) 5XXX (鋁鎂) 6XXX (鋁鎂矽) 7XXX (鋁鋅) 合金元素 99.9% 銅 錳,錳-鎂 矽 錳,鎂,鉻 鎂,矽 鋅,鎂,錳,銅 抗蝕性 一般 優 可 優 可 優 優 可 孔蝕 優 差 差 佳 佳 佳 可 晶界 優 差 可 佳 佳 優 佳 佳 差 佳 佳 佳 應力
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
1-2 何謂電化學腐蝕?
腐蝕的發生其實是一種電化學反應,即是會產生電又含有化學 反應的一種現象。金屬在電解質溶液中發生的腐蝕稱為電化學 腐蝕。譬如,將鐵片投入鹽酸溶液,即發生下列的化學反應: 陽極反應(氧化) Fe→Fe2 + 2e陰極反應(還原) 2H+ +2e- →H2 Fe與HCL接觸時,固/液相界面上發生自由電子參與氧化還原 反應,導致接觸面的Fe金屬變為金屬離子而溶解,進而破壞 原本的性能,這個過程稱為電化學腐蝕。 電解質溶液,就是能夠導電的溶液,它是金屬產生腐蝕的基本 條件;雨水、海水、淡水、酸、鹼、鹽的水溶液,以及空氣中 的冷凝結露都可以構成電解質溶液。
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鋁及鋁合金防蝕技術 • 3-1 完善的防蝕設計
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
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以焊接取代鉚釘可避免孔蝕 避免設計死角或易積水之處 注意儲存槽和容器的排水問題,底部最好傾斜至排水口 需常取換得零件必須設計在意於裝解的地方 避免應力過分集中或造成殘存應力 避免不同性質金屬的直接接觸,以免伽凡尼腐蝕發生 急流管路需避免大轉彎,轉彎處的管壁需加強 配合腐蝕環境選擇材料 避免設計有過分震動,以防止磨損腐蝕 儲存槽和容器暫時不用時,應充以乾燥空氣或惰性氣體 避免局部過熱,否則容易發生一般腐蝕和應力腐蝕
• 1-4-7 脫落腐蝕(Exfoliation Corrosion)
鋁合金經過滾軋之後,順方向的晶粒被拉長,其晶界遇到海 邊的鹽分以及污染空氣中的硫化物時,很容易為其腐蝕。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-8 晶界腐蝕 高強度鋁合金需要依賴金屬化合物(metallic compound)來增加強度,但也因為這些金屬化合物的 沈積,造成伽凡尼耦合,進而促使晶界腐蝕。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-3 鋁及鋁合金的鈍態行為
鈍態通常是指金屬表面生成極薄的保護性氧化膜造成腐蝕速度 降低。鋁及鋁合金的特性 實用耐蝕材料大部分屬於鈍態金屬及合金,例如:鋁、鈦、鋯 、不鏽鋼皆為鈍態材料。 含有鹵素離子,特別是氯離子的環境則具有破壞鈍化膜的作用 ,因為氯離子對於氧化膜具有很強的穿透性 。氯離子破壞鈍 化膜是選擇在膜的最薄或是具有缺陷(defect)的地方。在膜 破處的金屬為陽極,而其他未被破壞之處則為陰極,形成鈍性 一活性電池(passive-active cell)。因陽極的面積甚小且不 隨時間而改變其位置,故有孔蝕的現象。 鹽霧試驗目的
金屬氧化膜 金屬(鋁、不鏽鋼)
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
1-4 鋁及鋁合金的腐蝕型態
沖蝕腐蝕(Erosion Corrosion) 孔穴沖蝕 應力腐蝕(Stress Corrosion Cracking, SCC) 氫脆 孔穴腐蝕(Pitting Corrosion) 伽凡尼腐蝕(GALVANIC) 脫落腐蝕(Exfoliation Corrosion ) 晶界腐蝕 均勻腐蝕(Uniform Corrosion)
6.3
1.5
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環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 2-2 大氣腐蝕因子
• 由於水、氧在水膜間的擴散率、大氣中的氯離子含量、以及空 氣中的污染物質如SO2、灰塵等,均會影響金屬在大氣中的腐 蝕速率。
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三、鋁及鋁合金防蝕技術
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Aluminum Corrosion Introduction
Jason Chiu 2010/10
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Agenda
• 一、鋁及鋁合金腐蝕原因
• 二、環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 三、鋁及鋁合金防蝕技術
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一、鋁及鋁合金腐蝕原因
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 金屬材料接觸某些溶液,表面上 產生點狀局部腐蝕,蝕孔隨時間 的延續不斷地加深,甚至穿孔, 稱孔蝕。通常點蝕的蝕孔很小, 直徑比深度小得多。
304 不銹鋼在海水中的孔蝕.
孔蝕的形態
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鋁 熱浸鍍鋁鋅鋼 銅(ETP) 黃銅 化學級鉛 錫 鎂
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10-30 13 20 20 20 20 3
0.2
0.1 0.4 0.4 0.5 0.3 0.5 13
2.6
2.5 0.3 1.4 3.1 0.4 1.7 25
0.2
3.8 0.6 1.3 0.2 0.5 2.9 27

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1.1
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
(1) 形成氣泡
(2) 氣泡破裂, 金屬磨破壞
(3) 重新成膜
(4) 形成新氣泡
(5)氣泡破裂, 金屬磨破壞
(6)重新成膜
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-3 應力腐蝕 (Stress Corrosion Cracking, SCC)
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-2 孔穴沖蝕(或稱 泡蝕)
空泡腐蝕簡稱空蝕或氣蝕,是磨損腐蝕的一種特殊形態。在高 速液體中含有空泡,使磨損腐蝕十分嚴重。 空泡的形成是由於液體的湍流或溫度變化引起局部壓力下降, 空泡內只含少量水汽,存在時間非常短暫,氣泡破裂時產生衝 擊波壓力可高達4000atm,使金屬保護膜破壞,並可引起塑性 形變,甚至撕裂金屬粒子。膜破口處裸金屬受腐蝕,隨即重新 生膜。在同一點上又形成新空泡,又迅即破裂,這個過程反復 進行,結果金屬表面生成緻密而深的孔,外表很粗糙。
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 蝕孔的最大深度(p)與平均腐蝕深度(d)的比值稱為點蝕係數 (p/d)。此值越大,孔蝕越嚴重。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-6 伽凡尼腐蝕(GALVANIC Corrosion)
兩種或兩種以上不同電極電位的金屬處於腐蝕介質內相互接觸 而引起的電化學腐蝕﹐又稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-5 孔穴腐蝕(Pitting Corrosion)
孔穴腐蝕,或簡稱孔蝕,是一種極端的局部腐蝕,不易偵測, 真正的腐蝕面積非常小,但其破壞的嚴重性往往是災難性的。 使用3003鋁合金需要特別注意孔蝕問題!
304 不銹鋼的孔蝕.
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鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-9 均勻腐蝕(Uniform Corrosion)
這是最單純的一種腐蝕,金屬表面出現一層均勻的腐蝕產物 ,一般鋼鐵在大氣中的生銹即為均勻腐腐。
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二、環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
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環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 沒有一種金屬能適用於任何環境及任何條件下而不發生腐蝕, 但是腐蝕工程師應能立即就某種特定使用環境,選定可相容之 金屬。 • 鋁合金腐蝕環境:
自然環境 大氣環境 淡水 海水 土壤 鹼 工業環境 酸 無機酸
有機酸
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• 應力腐蝕是指在拉應力作用下,金屬在腐蝕介質中引起的破 壞。這種腐蝕一般均穿過晶粒,即所謂穿晶腐蝕。應力腐蝕 由殘餘或外加應力導致的應變和腐蝕聯合作用產生的材料破 壞過程。應力腐蝕導致材料的斷裂稱為應力腐蝕斷裂。

應力腐蝕的特性:
(1) 應力腐蝕斷裂是時間的函數。拉伸應力越大,則斷裂所需時 間越短;斷裂所需應力一般都低於材料的屈服強度。這種應 力包括外加載荷產生的應力、殘餘應力…等。 發生應力腐蝕 前,並沒有明顯的的塑性變形產生。
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