铝合金在流动海水中的腐蚀行为

关键词： 铝合金； 流动海水； 腐蚀
中图分类号： ＴＧ１７２．３
文献标识： Ａ
文章编号： １６７２－ ９２４２（ ２００５） ０６－ ００７２－ ０５
Ｃｏｒ ｒ ｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｎ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ
ＷＡＮＧ Ｙｕｅ－ ｙｉ
Ｌｕｏｙａｎｇ Ｓｈｉｐ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１， Ｃｈｉｎａ
０．４％
０．２５％
－
余量
－
－
－
－
－ ２．２％～５．２％ ０．０２３％￣０．０２８％ 余量
表 ２ ５ 种铝合金在静止海水中的腐蚀率 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｆｉｖｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｓｅａｗａｔｅｒ
合金牌号 腐蚀率 （／ ｍｍ·ａ－１） 波动范围 （／ ｍｍ·ａ－１）
·７２·
装备环境工程 ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ Ｅ装ＮＶ备ＩＲＯ环ＮＭ境ＥＮＴ工ＡＬ程 ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
第２卷 第６期 ２００２５００年５ 年１２１月２ 月
失效与分析
铝合金在流动海水中的腐蚀行为
王曰义 中船重工集团 ７２５ 研究所 青岛分部， 山东 青岛 ２６６０７１
摘要： 对 ５ 种铝合金在流动海水中的腐蚀行为进行了研究。研究结果表明： 在静止海水中， 铝合
肿胀数量随流速增大而增加， 在海水流速为 ２．３ ｍ／ｓ 态下进行试验的结果。其余的流动海水腐蚀试验都
时， ３ 个试样的 ６ 个表面只出现 １ 条肿胀， 到７．６ ｍ／ｓ 是在去包铝状态下进行的， 从 ３．４ ｍ／ｓ 开始， 不仅看
到了海水流速的重大影响， 而且可见
表 ３ 铝合金在静止海水中的特征电位值（ ＳＣＥ） 及腐蚀率 Ｔａｂｌｅ３ Ｔｙｐｉｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｓｅａｗａｔｅｒ
ＬＦ５
２１０３
ＬＹ１２
９１９
铝阳极
５ 种铝合金的特征电位值如表 ３ 所列， 由所有 的特 征 电 位 值 都 可 以 看 到 ， 除 ＡＺＩ 牺 牲 阳 极 材 料
图 ２ 铝合金在 ７．６ ｍ／ｓ 流动海水中的腐蚀形貌 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｆｏｒｍ ｏｆ Ａｌ ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ７．６ ｍ／ｓ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｆｉｖｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｆｒｅｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎ ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｓｅａｗａｔｅｒ， ｔｈｅ Ａｌ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ａ ｍｏｒｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｈａｓ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ａｌ ａｌｌｏｙ ｉｎ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ Ａｌ－ Ｍｇ ａｎｄ Ａｌ－ Ｍｎ ａｌｌｏｙｓ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ９０／１０ Ｃｕ／Ｎｉ ａｌｌｏｙ． Ｂｕｔ ｉｔ＇ｓ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ａｌ ａｌｌｏｙ ｍｕｓｔ ｂｅ ａｖｏｉｄ ｔｏ ｃｏｕｐｌｅ ｔｏ ｍｅｔａｌｓ ｗｉｔｈ ａ ｍｏｒｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ Ａｌ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｒｅ ｂｅ ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ ｇａｌｖａｎｉｃ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ． Ｔｈｅ Ａｌ－ Ｃｕ ａｎｄ Ａｌ－ Ｚｎ－ Ｍｇ ａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｎｏｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｏ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｅｖｉ－ ｄｅｎｔｌｙ ｓｕｓｃｅｐｔｉｖｅ ｔｏ ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎ ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ．
合金牌号 ＬＹ１２
表 １ 试验合金的主要化学成分 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙｓ
Ｃｕ
Ｍｇ
Ｍｎ
Ｆｅ
Ｓｉ
Ｚｎ
３．８％～４．９％ １．２％～１．８％ ０．３％～０．９％ ０．５％
０．５％
０．３％
其它 －
Ａｌ 余量
ＬＦ５
０．１０％
笔者选择了 ５ 种海洋工程中常用的铝合金进 行了流动海水腐蚀试验研究， 它们是： ＬＹ１２， 用来作 为过去常被采用的铝 － 铜系合金的代表； ＬＦ５， 用来 作为现代常被采用的铝 － 镁系合金的代表； ９１９， 近 一二十年来新研制的， 用来作为铝－ 锌 － 镁系合金 的代表； ２１０３， 近一二十年来新研制的， 用来作为铝 － 镁－ 锰系合金的代表； ＡＺＩ， 铝合金牺牲阳极材料， 虽 然不是结构材料， 但在海洋工程中却十分常用。
５ 种铝合金的化学成分如表 １ 所示。
１ 静止海水中的腐蚀行为［３－ ４］
ＬＹ１２、９１９、ＡＺＩ 等 ３ 种 铝 合 金 经 ２０ 昼 夜 海 水
浸泡试验后， 表面变暗， 且可见弥散分布的白色点 状、堆状腐蚀产物堆积。从白色腐蚀产物点、堆数量 看： ＡＺＩ 最多， ＬＹ１２ 次之， ９１９ 较少。ＬＦ５ 和 ２１０３ 等 ２ 种铝合金， 用肉眼观察无明显腐蚀产物堆积， 放大 ２５ 倍后可见均匀分布的微细麻点。５ 种铝合金的腐 蚀率计算结果如表 ２ 所示， 可见从腐蚀率看， 铝铜 合金的代表 ＬＹ１２ 最高， 铝镁合金的代表 ＬＦ５ 最低。 所有铝合金的腐蚀率均在 １０－２ 数量级。
金随海水流速的增大， 剥落腐蚀敏感性增强。在海水 在包铝状态下进行试验的， 不仅没看到海水流速的
流速大于 ３．４ ｍ／ｓ 时， ＬＹ１２ 出现蜂窝状肿胀或腐蚀溃 影响， 而且合金间的差异比静止海水条件下还小。
疡， 在 ５．３ ｍ／ｓ 时， 最大蚀坑深度达 ０．９ ｍｍ。９１９ 的条状 显然， 这是因为 ４ 种材料实际上是在同一种表面状
不同种类铝合金腐蚀行为受海水流速 影响的规律有明显差异。ＬＹ１２ 和 ＡＺＩ 受海水流速的影响最大， 其次是 ９１９，
合金牌号 初始电位 ／ 浸泡一天后的电位 ／ 稳定电位 ／ 腐蚀率 （／ ｍｍ·ａ－１）
ｍＶ
ｍＶ
ｍＶ
而 ＬＦ５ 和 ２１０３ 两 种 铝 合 金 的 腐 蚀 率 则受海水流速的影响较小。除了牺牲
ＬＹ１２ ０．０４１ ±０．０５７
ＡＺＩ ０．０２９ ±０．００４
９１９ ０．０２１ ±０．００２
２１０３ ０．０２２ ±０．００２
ＬＦ５ ０．０１９ ±０．００１
Βιβλιοθήκη Baidu７４·
装备环境工程
２００５ 年 １２ 月
时， 每个试样的每个暴露表面都出现 ４￣８ 条肿胀。牺 牲阳极材料 ＡＺＩ 在所有海水流速下， 腐蚀都极为显 著， 在静止海水中， 所有表面出现众多白色腐蚀产物 点， 随流速增大， 腐蚀越来越显著。ＬＦ５ 和 ２１０３ 在海 水流速低于 ３．４ ｍ／ｓ 时， 无明显腐蚀出现； 当海水流速 大于 ３．４ ｍ／ｓ 时， 可发现点蚀， ２１０３ 比 ＬＦ５ 更为耐蚀， 在 ７．６ ｍ／ｓ 时， ＬＦ５ 所有试样表面上都发现有少量点 蚀， ２１０３ 无明显点蚀。如图 ２ 所示。
海 水 流 速 对 ５ 种 铝 合 金 的 腐 蚀 形 貌 具 有 明 显 比腐蚀率最小的 ＬＦ５ 仅大一倍。在 ２．３ ｍ／ｓ 的海水
影响。对不同的铝合金影响程度不同。受影响最大 流速下， ＡＺＩ 牺牲阳极材料为铸造状态， 没有包铝
的是铝铜合金 ＬＹ１２ 和铝锌镁合金 ９１９， 这 ２ 种铝合 层， 受到海水 流 速 的 重 大 影 响 ； 其 余 ４ 种 材 料 都 是
铝合金在静止海水中的自然腐蚀电位－ 时间曲 线的特点是： 在浸泡的第 １ 天， 腐蚀电位剧烈地向 负的方向变化， 以后， 随浸泡时间的延长， 电位又缓 慢向正的方向变化并趋于稳定， 如图 １ 所示。曲线 的这种行程可理解为： 铝合金是一种非常容易生成 氧化膜的金属， 在空气中就会生成致密而牢固的保 护膜， 但该膜不耐氯离子的破坏， 因此浸泡初期膜 迅速破坏， 导致自然腐蚀电位迅速负移； 随后， 由于 腐蚀过程的进行在金属表面形成腐蚀产物膜， 电位 又开始缓慢正移， 直到膜的破坏和形成达到新的动 态平衡， 电位趋于稳定。其中， ＬＦ５ 没有正移阶段， 从 初始电位负移后即逐渐趋于稳定， 可能是由于该合 金金相组织比较均一， 合金中没有比铝的平衡电位 更正的合金元素之故。
４．３％～５．５％ ０．３％～０．６％ ０．５％
０．５％
０．２％
－
余量
９１９ ２１０３ ＡＺＩ
０．２８％～０．３２％ １．３％～１．９％ ０．３％～０．５％ ０．４％
０．３％ ４．５％～５．３％ ０．０８％～０．２２％ 余量
０．１％
ｗ（ Ｆｅ） ＋ ｗ（ Ｓｉ） ＝ ４．７％～５．５％ ０．４％～１．０％
外， 电位越负的铝合金， 耐蚀性越好。
２ 流动海水中的腐蚀行为
２．２ 海水流速对铝合金腐蚀速率的影响 海水流速对 ５ 种铝合金腐蚀率的影响如图 ３
２．１ 海水流速对铝合金腐蚀形貌的影响
所示。在静止海水中， ５ 种铝合金腐蚀率的差异不是 很 大 ， 都 在 １０－２ ｍｍ／ａ 数 量 级 ， 腐 蚀 率 最 大 的 ＬＹ１２
金的耐蚀性与其自然腐蚀电位值存在一定的相关性， 电位越负越耐蚀。在流动海水中， 铝合金比普
通碳钢和紫铜耐蚀， 特别是铝镁系和铝镁锰系合金， 可以与 ９０／ １０ 铜镍合金媲美。但必须严格避免
与电位较正金属偶合使用， 越耐蚀的铝合金越容易遭到电偶腐蚀的危害。铝铜系和铝锌镁系合金，
由于在流动海水中具有明显的剥落腐蚀敏感性， 不宜用于流动海水腐蚀环境。
ＬＹ１２ ＡＺＩ ９１９ ２１０３ ＬＦ５
－ ７２２ － １０６２
－ ９２４ － １０３６ － １１１９
－ ９３６ － １１２５ － １０３０ － １０８５ － １１８３
－ ８７９ － １０３９ － ９５２ － １０１３ － １２１８
０．０４１ ０．０２９ ０．０２１ ０．０２２ ０．０１９
阳 极 材 料 ＡＺＩ 之 外 ， ４ 种 铝 合 金 在 流 动海水中， ＬＹ１２ 耐蚀性最差， 其次是 ９１９， ＬＦ５ 和 ２１０３ 耐 蚀 性 最 好 ， 而 ＬＦ５ 和 ２１０３ 两种合金之间则无明显差异。
铝是化学性质很活泼的金属， 其平衡电极电位
收稿日期： ２００５－ ０９－ １２ 作者简介： 王曰义（ １９３９－ ） ， 男， 辽宁葫芦岛市人， 高级工程师， 主要从事金属在船舶和海洋环境中的腐蚀和防护方面的研究。
第２卷 第６期
王曰义等： 铝合金在流动海水中的腐蚀行为
·７３·
（ ＳＣＥ） 为－ １．６７ Ｖ， 在海水中铝及其合金的腐蚀电位 （ ＳＣＥ） 很负， 约为－ ８５０～－ １２５０ ｍＶ［１－３］。在海水中， 铝及其合金的耐蚀性完全取决于氧化铝保护膜的 完好性和破裂后的修复能力。铝及其合金在大气中 就会生成良好的保护膜， 因此在大气中具有较高的 耐蚀性。在海水中， 由于氯离子等还原性离子的存 在， 造成铝及其合金在海水中的钝态是不稳定的， 易产生点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀， 有时在某些情 况 下 还 会 产 生 晶 间 腐 蚀 、应 力 腐 蚀 和 剥 落 腐 蚀 等 特 殊腐蚀形貌。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ； ｆｌｏｗｉｎｇ ｓｅａｗａｔｅｒ； ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
铝及其合金比重轻、比强高， 价格适当， 规格品 种齐全， 因而在海洋工程结构中得到了广泛应用， 如船舶的上层建筑， 快艇或游艇的艇体， 鱼雷壳体、
鱼雷水缸等。这些构件经常会受到流动海水的侵蚀 腐蚀作用。