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海洋材料:铝的腐蚀形态

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  铝及其合金除了在少数介质中呈现全面腐蚀,如碱溶液和磷酸溶液外,一般都发生局部腐蚀。常见的腐蚀形态:点腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、丝状腐蚀、层状腐蚀、应力腐蚀形裂与腐蚀疲劳等,这些腐蚀形态在船舶舰艇与海洋设施中都可能发生。

  铝合金的应力腐蚀形裂与腐蚀疲劳是在应力(拉应力或交变应力)与腐蚀联合作用下发生的破坏,比较多见于高强度铝合金。由于破坏发生比较突然,大多发生在受力的结构中,具有极大的瞬间破坏危险,引起学术界和工程界的广泛兴趣并进行了比较细致深入的研究,形成了从实验研究到机里探讨等大量着作。

  点腐蚀

  点蚀又称孔蚀,是在金属中产生针状、点状、小孔状的一种极为局部的腐蚀形态,它是阳极反应的一种独特形式。点蚀最早是由局部电池引起的,随着时间延长,点蚀速度逐渐放慢。工业纯铝即1XXX系合金对点蚀有很高的抵抗能力,含有少量Cu的3003合金也有良好的抗蚀性。工业纯铝的点蚀速度随其纯度的提高而下降,特别是当其Fe、Cu含量低时;Al-Mg系的5XXX合金也有良好的抗点蚀性能,它们的舰船与海洋设施中用得较多,故可称为海洋变形铝合金。Al-Mg-Si系6XXX合金既有点蚀倾向又有晶间腐蚀倾向。硬铝和超硬铝薄板应包覆铝与Al-Zn-Mg合金,以防点蚀。

  铝及铝合金的点蚀程度随介质不同而异,田园大气比工业大气和海洋大气中的轻,水中产生的点蚀比大气中的严重,材料表面状态不同点蚀程度也不同,有包铝层的合金的点蚀比未包铝合金的轻得多。

  在大气、淡水、海水以及中性水溶液中都会发生点腐蚀,严重的点蚀可导致穿孔。幸运的是腐蚀孔达到一定深度会停止发展。铝的抗蚀性比钢及镀锌钢的高得多,钢会一直腐蚀下去,而镀锌钢在镀锌层破坏后会加速剧烈地腐蚀。点蚀程度还与介质及合金有关。实验证明,铝合金点腐蚀介质中还必须存在破坏局部钝态的阴离子,如氯离子、氟离子等。从铝合金系来看,高纯铝不易发生点腐蚀,含铜的铝合金对点腐蚀最敏感、而3XXX系及5XXX系合金有相当强的耐点蚀性能。

  晶间腐蚀

  晶间腐蚀是沿着金属晶粒边界发生的选择性腐蚀。晶界是金属晶粒间的错接区,是高能区,有更强的化学活性,因而晶界大都比晶粒腐蚀得快,若晶界明显地活泼得多,就会发生晶间腐蚀。

  2XXX系合金如2024在人工时效时,晶间有CuAl2沉淀,在晶粒边界形成贫Cu区域,该区电位最负,于是腐蚀沿着晶界贫Cu区进行,形成晶间腐蚀。7XXX系合金固溶处理后为均匀的固溶体,在经过具有晶间腐蚀倾向的人工时效处理后,晶间会沉淀电位为-0.86V的MgZn2,在晶粒边界形成电位为-0.57V的合金元素(Mg和Zn)区,而晶粒本身为固溶体,其电位为-0.68V。显然,由于MgZn2的电位最负,于是腐蚀沿着晶间进行。

  由于晶间腐蚀发生在金属内部,往往不易发现而会突然引起结构破坏,甚至造成重大事故。1981年8月,中国台湾省有一架波音737货运飞机在一次高空飞行中因晶间腐蚀而失事,事后检查发现,该机因常用于运输活鱼和海产品,使机身铝结构发生了严重的晶间腐蚀。

  工业纯铝在大气、淡水及中性溶液中发生点蚀,不产生晶间腐蚀;3XXX系合金和形成Mg2Si外无过剩Si的6XXX系合金无晶间腐蚀倾向,因为MnAl6相和Mg2Si相各与其固溶体的电位相近,若有过剩Si存在则有晶间腐蚀敏感性。

  Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu、Mg含量>3%的Al-Mg系合金有晶间腐蚀倾向。热处理不当时,在晶界上有CuAl2、AlxCuxMg、MgZn2、Al2ZnxMg、Mg2Al3等相沉淀,它们的电位与晶粒本身及晶界电位相差较大,形成微电池,引起晶间腐蚀。在含Cu的合金中,Al2Cu为阴极,晶界附近贫Cu区为阳极,发生溶解。

  可以通过材料的加工工艺、热处理参数的合理搭配与选择,以及控制引起晶间腐蚀的合金元素含量,能有效地控制晶间敏性程度或甚至消除。例如2A12合金板材的最佳人工时效规范为190℃/(6h~12h);型材的为190℃/(6h~12h);2A16合金板材的为190℃/18h或210℃/12h;2A10合金线材的为75℃/24h;2A16合金线材的为190℃/18h。

  2A12-T4合金经190℃/12h人工时效后,再在125℃~170℃长时间稳定化处理或在200℃以上稳定化处理,可以消除晶间腐蚀;2A16合金经190℃/18h人工时效和稳定化处理可以消除晶间腐蚀敏感性;2A06-T4合金材料经200℃、250℃或300℃稳定化处理后无晶间腐蚀倾向。


更新日期:2018-04-06 | 返回