鋁及鋁合金的耐蝕性（蒼柏書屋）

1、耐蝕材料耐蝕材料第第8章章 鋁及鋁合金的耐蝕性鋁及鋁合金的耐蝕性 8.1 概述概述 1聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.1.1純鋁的物理性質純鋁的物理性質5 5、無磁性。、無磁性。1、密度小（、密度小（=2.7），屬輕金屬（約為銅鐵的），屬輕金屬（約為銅鐵的1/3）；）；2、導電性好（次于金、銀、銅）；、導電性好（次于金、銀、銅）；3、導熱性好；、導熱性好；4、熔點低（、熔點低（660.5）；）；2聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.1.2純鋁及鋁合金的力學性能純鋁及鋁合金的力學性能2、鋁合金的強度取決于合金化和加工工藝（超硬鋁的強、鋁合金的強度取決于合金化和加工工藝（超硬鋁的強度可達度可達600MPa

2、）。）。1、純鋁的強度低，塑性好（退火狀態(tài)下伸長率達、純鋁的強度低，塑性好（退火狀態(tài)下伸長率達35%）；）；3聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.1.3純鋁及鋁合金的工藝性能純鋁及鋁合金的工藝性能1 1、可進行各種形式的壓力加工；、可進行各種形式的壓力加工；3、合金元素的焊接型好，含硅、鈦高的焊接性差。、合金元素的焊接型好，含硅、鈦高的焊接性差。2、切削加工性：純鋁的切削加工性差，強度硬的鋁合金，、切削加工性：純鋁的切削加工性差，強度硬的鋁合金，切削加工性好切削加工性好4聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.2 純鋁的耐蝕性純鋁的耐蝕性 鋁的標準電鋁的標準電極電位很低（極電位很低（-1.663V），在常用的

3、金屬材料中是最），在常用的金屬材料中是最低的，是一種很活潑的金屬，在全部的低的，是一種很活潑的金屬，在全部的pH值范圍內都可發(fā)生析氫腐值范圍內都可發(fā)生析氫腐蝕（在酸性溶液中腐蝕生成蝕（在酸性溶液中腐蝕生成Al3+，在堿性溶液中生成，在堿性溶液中生成AlO22-）。）。8.2.1電化學特性：電化學特性：5聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.2.2氧化膜的特點：氧化膜的特點：4、可以通過化學氧化或陽極氧化的方法生成更厚的氧化、可以通過化學氧化或陽極氧化的方法生成更厚的氧化膜（化學氧化膜的厚度約為膜（化學氧化膜的厚度約為13um,陽極氧化膜可達陽極氧化膜可達100um，可供裝飾、耐蝕等用）。，可供裝飾、耐

4、蝕等用）。1、致密，并且與基體牢固結合；、致密，并且與基體牢固結合；2、具有較高的穩(wěn)定性，可保護鋁基體不受腐蝕；、具有較高的穩(wěn)定性，可保護鋁基體不受腐蝕；3、隨著時間的延長，特別有水分時，氧化膜會增厚；、隨著時間的延長，特別有水分時，氧化膜會增厚；6聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.2.3氧化膜的結構：氧化膜的結構：1、在大氣或低于、在大氣或低于80的水溶液中，生成的氧化膜為的水溶液中，生成的氧化膜為（Al2O3.3H2O）,是非晶態(tài)結構；是非晶態(tài)結構；3、高于、高于200水中生成的膜為水中生成的膜為Al2O3 。2、在、在80以上的水溶液中形成的膜為（以上的水溶液中形成的膜為（Al2O3.H2O

5、，AlOOH），是晶態(tài)結構；），是晶態(tài)結構；7聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料 堿能與鋁表面的氧化膜反應生成偏鋁酸鈉和水。氧化膜破壞后，堿能與鋁表面的氧化膜反應生成偏鋁酸鈉和水。氧化膜破壞后，堿和鋁會進一步發(fā)生反應，并釋放出氫氣。堿和鋁會進一步發(fā)生反應，并釋放出氫氣。 腐蝕特點：全面腐蝕。（工業(yè)上利用這一點去除表面氧化物以腐蝕特點：全面腐蝕。（工業(yè)上利用這一點去除表面氧化物以及油污等，稱為化學銑切）及油污等，稱為化學銑切）8.2.4純鋁在不同介質中的腐蝕行為純鋁在不同介質中的腐蝕行為 在稀酸中發(fā)生的是呈點蝕，在氧化性濃酸中具有很好的耐蝕性在稀酸中發(fā)生的是呈點蝕，在氧化性濃酸中具有很好的耐蝕性（生成鈍

6、化膜）。（生成鈍化膜）。1、在堿中：不耐蝕、在堿中：不耐蝕2、在酸中的腐蝕、在酸中的腐蝕8聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料當溶液中存在當溶液中存在F-,Cl-離子時，純鋁極其不耐蝕，因為這些離子很離子時，純鋁極其不耐蝕，因為這些離子很容易破環(huán)氧化膜而產生點蝕。當溶液中存在容易破環(huán)氧化膜而產生點蝕。當溶液中存在Cr2O72-,CrO42-等氧化性等氧化性離子時，能促進鈍化。離子時，能促進鈍化。 3、在中性鹽中的腐蝕、在中性鹽中的腐蝕其腐蝕行為主要取決于溶液中的陰、陽離子的特性。其腐蝕行為主要取決于溶液中的陰、陽離子的特性。當溶液中含有電位較正的當溶液中含有電位較正的Fe2+,Ni2+,Cu2+等離子時

7、，會加速鋁的腐等離子時，會加速鋁的腐蝕。蝕。9聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.2.5鋁在幾種典型的介質中的腐蝕：鋁在幾種典型的介質中的腐蝕：1、在酸性介質中的腐蝕速度的順序為：、在酸性介質中的腐蝕速度的順序為：HFH3PO4HClHNO3H2SO42、在堿性介質中的腐蝕速度的順序為：、在堿性介質中的腐蝕速度的順序為：NaOHNa2CO3NH4OHNa2SiO310聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.3鋁合金的耐蝕性鋁合金的耐蝕性 1 1、組織特點：、組織特點： 8.3.1鋁鋁-錳合金錳合金主要組織組成物主要組織組成物-MnAl6,FeAl3等。等。11聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料 Si Si，F(xiàn)eFe降

8、低耐蝕性（形成一些雜質相析出）；降低耐蝕性（形成一些雜質相析出）；MnMn可以抑制可以抑制FeFe的的不利影響（可以控制不利影響（可以控制Mn/FeMn/Fe比例含量來控制比例含量來控制FeFe的有害作用）。的有害作用）。 Mn-Al Mn-Al合金具有優(yōu)良的耐蝕性（是主要的耐蝕鋁合金，屬于防合金具有優(yōu)良的耐蝕性（是主要的耐蝕鋁合金，屬于防銹鋁）銹鋁） 在大氣中的耐蝕性和工業(yè)純鋁相近；在海水中與純鋁相同；在在大氣中的耐蝕性和工業(yè)純鋁相近；在海水中與純鋁相同；在稀鹽酸中的耐蝕性比純鋁好；未發(fā)現(xiàn)這類合金有應力腐蝕開裂的傾稀鹽酸中的耐蝕性比純鋁好；未發(fā)現(xiàn)這類合金有應力腐蝕開裂的傾向。向。 在特定條件

9、下，有剝蝕和晶間腐蝕傾向，發(fā)生腐蝕時一般為全在特定條件下，有剝蝕和晶間腐蝕傾向，發(fā)生腐蝕時一般為全面腐蝕，并常伴有點蝕。面腐蝕，并常伴有點蝕。2、耐蝕性：、耐蝕性：3、合金元素對耐蝕性的影響：、合金元素對耐蝕性的影響：12聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.3.2鋁鋁-鎂合金鎂合金 為固溶體型合金，但固溶強化效果差（難以形成過飽和固溶為固溶體型合金，但固溶強化效果差（難以形成過飽和固溶體），主要通過加工硬化進行強化。體），主要通過加工硬化進行強化。 有點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕和剝蝕傾向。隨著鎂含量增大，有點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕和剝蝕傾向。隨著鎂含量增大，點蝕傾向增加；隨著冷加工變形量增大，應力腐蝕

10、和剝蝕敏感性增點蝕傾向增加；隨著冷加工變形量增大，應力腐蝕和剝蝕敏感性增加。加。1、組織特點、組織特點2、耐蝕性、耐蝕性13聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料 MgMg： MgMg含量含量3.5% 3.5% 時，在任何熱處理狀態(tài)或冷加工狀態(tài)均無應力時，在任何熱處理狀態(tài)或冷加工狀態(tài)均無應力腐蝕開裂傾向；腐蝕開裂傾向； 含含Mg Mg 量在量在3.5%3.5%5.0%5.0%之間，冷加工狀態(tài)有應力腐蝕開裂的敏之間，冷加工狀態(tài)有應力腐蝕開裂的敏感性；感性； 含含MgMg量量5.0%5.0%時，在一定退火溫度下，也具有應力腐蝕的敏時，在一定退火溫度下，也具有應力腐蝕的敏感性；高含鎂的鋁合金即使在低溫放置也有應

11、力腐蝕開裂的傾向。感性；高含鎂的鋁合金即使在低溫放置也有應力腐蝕開裂的傾向。 高鎂合金在時效狀態(tài)下的應力腐蝕的敏感性較大。為了改善這高鎂合金在時效狀態(tài)下的應力腐蝕的敏感性較大。為了改善這一點，可以采用固溶處理的方法，使之形成固溶體。一點，可以采用固溶處理的方法，使之形成固溶體。3、合金元素對耐蝕性的影響、合金元素對耐蝕性的影響4、熱處理對應力腐蝕的影響、熱處理對應力腐蝕的影響Mn、Cr、Zr可以提高抗應力腐蝕的能力?？梢蕴岣呖箲Ωg的能力。 14聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料以鋰代替鎂。合金密度?。痪哂懈邚姸?、耐熱；鋰活性大，易氧化以鋰代替鎂。合金密度??；具有高強度、耐熱；鋰活性大，易氧化和腐蝕

12、。（用于高速飛機的結構材料和蒙皮）。和腐蝕。（用于高速飛機的結構材料和蒙皮）。8.3.3鋁鋁-銅系合金（硬鋁）銅系合金（硬鋁）1、合金特點：、合金特點：Al-Cu-Mg合金（杜拉鋁合金）合金（杜拉鋁合金）具有良好的力學性能和加工性能（主要用于渦輪噴氣發(fā)動機中的葉具有良好的力學性能和加工性能（主要用于渦輪噴氣發(fā)動機中的葉片）。片）。Al-Cu-Mn合金合金屬于耐熱合金（主要用于飛機發(fā)動機中的葉片及容器等）。屬于耐熱合金（主要用于飛機發(fā)動機中的葉片及容器等）。Al-Cu-Li合金合金15聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料2、Al-Cu合金系的耐蝕性合金系的耐蝕性有剝蝕現(xiàn)象（特別在海洋大氣中）。有剝蝕現(xiàn)象（

13、特別在海洋大氣中）。 容易產生容易產生“白斑黑心白斑黑心”的點蝕。的點蝕。晶間腐蝕甚為敏感，凡是過飽和固溶體在分解條件下都有晶間腐晶間腐蝕甚為敏感，凡是過飽和固溶體在分解條件下都有晶間腐蝕。蝕。有一定應力腐蝕的傾向。有一定應力腐蝕的傾向。16聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料3 3、合金元素的影響：、合金元素的影響： 鎂含量鎂含量2% 范圍內，隨著含鎂量的提高，強度提高，范圍內，隨著含鎂量的提高，強度提高，4%Cu+2% Mg的合金強度最高，點蝕程度增加。（減少了銅的溶解度，基體的合金強度最高，點蝕程度增加。（減少了銅的溶解度，基體上析出了雜質銅）。上析出了雜質銅）。 主要強化元素，提高強度（主要強化

14、元素，提高強度（CuAl2強化相）；但隨著含銅量的增加，強化相）；但隨著含銅量的增加，耐蝕性下降，點蝕和晶間腐蝕敏感性增加。耐蝕性下降，點蝕和晶間腐蝕敏感性增加。銅：銅：鎂：鎂：17聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料 消除鐵的有害作用，提高耐蝕性、耐熱性和一定的強度，降低消除鐵的有害作用，提高耐蝕性、耐熱性和一定的強度，降低塑性。塑性。錳：錳：鐵，硅：鐵，硅：鈦，鈦，Zr:細化晶粒，減少開裂傾向。細化晶粒，減少開裂傾向。是雜質元素，降低耐蝕性和塑性。是雜質元素，降低耐蝕性和塑性。18聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.3.4Al-Zn-Mg-Cu合金合金1、合金特點：、合金特點： Al-Zn-MgAl-Zn

15、-Mg合金：經適當?shù)臒崽幚砗?，強度可達合金：經適當?shù)臒崽幚砗?，強度可達500MPa 500MPa ，有，有優(yōu)良的焊接性能。優(yōu)良的焊接性能。 Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu合金：強度可達合金：強度可達600MPa600MPa，是鋁合金中強度最高，是鋁合金中強度最高的一類（可以稱的一類（可以稱“超硬鋁超硬鋁”）19聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料2、耐蝕性：、耐蝕性：Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu合金：應力腐蝕開裂敏感性大，還有晶間腐蝕和剝合金：應力腐蝕開裂敏感性大，還有晶間腐蝕和剝蝕傾向。蝕傾向。Al-Zn-Mg合金：應力腐蝕開裂敏感性大合金：應力腐蝕開裂敏感性大20聽雨C

16、書屋耐蝕材料耐蝕材料3、合金元素的影響：、合金元素的影響： Zn/Mg Zn/Mg比值過高過低都降低耐蝕性，當比值過高過低都降低耐蝕性，當Zn+Mg=8.5% Zn+Mg=8.5% ，Zn/Mg=2.7Zn/Mg=2.73 3時，抗應力腐蝕性能最佳。時，抗應力腐蝕性能最佳。Zn/Mg： 銅銅改善時效組織，提高強度和塑性，提高抗應力腐蝕能力。改善時效組織，提高強度和塑性，提高抗應力腐蝕能力。Cr,Mn,Zr細化晶粒，提高抗應力腐蝕能力。細化晶粒，提高抗應力腐蝕能力。 （原因：提高再結晶溫度，阻礙結晶過程進行，阻止晶粒長大。）（原因：提高再結晶溫度，阻礙結晶過程進行，阻止晶粒長大。）21聽雨C書屋

17、耐蝕材料耐蝕材料8.4 鋁合金常見的幾種腐蝕破壞形式鋁合金常見的幾種腐蝕破壞形式 大氣、淡水、海水和其他一些中性和近中性水中容易發(fā)生點蝕。大氣、淡水、海水和其他一些中性和近中性水中容易發(fā)生點蝕。8.4.1 點蝕點蝕1 1、發(fā)生點蝕的主要環(huán)境、發(fā)生點蝕的主要環(huán)境22聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料2、引發(fā)點蝕的條件、引發(fā)點蝕的條件 （1）水中必須含有能抑制全面腐蝕的離子，即能保持保護膜的）水中必須含有能抑制全面腐蝕的離子，即能保持保護膜的離子（如：離子（如：SO42-，SiO32-，PO43-等）。等）。（2）水中含有能局部破壞鈍態(tài)的離子，如氯離子。）水中含有能局部破壞鈍態(tài)的離子，如氯離子。（3）水中

18、必須含有促進陰極反應的氧化劑。）水中必須含有促進陰極反應的氧化劑。23聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料3、點蝕的形成過程、點蝕的形成過程 一般是認為氯離子等是破壞鈍態(tài)的離子，局部進入鈍化膜，使一般是認為氯離子等是破壞鈍態(tài)的離子，局部進入鈍化膜，使鈍化膜局部變質。金屬溶解生成鋁離子，釋放的電子流到陰極發(fā)生鈍化膜局部變質。金屬溶解生成鋁離子，釋放的電子流到陰極發(fā)生陰極反應（主要是陰極反應（主要是H H+ +或氧化劑被還原），生成的鋁離子同水中或氧化劑被還原），生成的鋁離子同水中OHOH- -結結合生成氫氧化物，使該處合生成氫氧化物，使該處pHpH值局部降低，呈酸性。使氯離子進一步值局部降低，呈酸性。使氯

19、離子進一步富集，繼續(xù)破壞鈍化膜，形成蝕坑。富集，繼續(xù)破壞鈍化膜，形成蝕坑。含銅的鋁合金耐點蝕性最差，含銅的鋁合金耐點蝕性最差，Al-Mn,Al-Mg合金耐點蝕性較好。合金耐點蝕性較好。4、鋁合金的耐點蝕性、鋁合金的耐點蝕性24聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料5、防止鋁合金點蝕的措施、防止鋁合金點蝕的措施盡量減少溶氧，氧化性離子，減弱陰極反應（減弱微電池的腐蝕盡量減少溶氧，氧化性離子，減弱陰極反應（減弱微電池的腐蝕電流的作用）。電流的作用）。 提高水質，減少水中活性陰離子（如：提高水質，減少水中活性陰離子（如：Cl-等）的濃度。等）的濃度。銅離子是鋁發(fā)生點蝕的原因之一，應盡量去除。銅離子是鋁發(fā)生點蝕的

20、原因之一，應盡量去除。外加電化學保護（外加電流對鋁材進行陰極保護）。外加電化學保護（外加電流對鋁材進行陰極保護）。25聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.4.2鋁合金的晶間腐蝕鋁合金的晶間腐蝕1、腐蝕原因、腐蝕原因 2 2、防止鋁合金的晶間腐蝕的措施、防止鋁合金的晶間腐蝕的措施 不適當?shù)臒崽幚碓斐傻诙嗟奈龀觥２贿m當?shù)臒崽幚碓斐傻诙嗟奈龀?。通過正確的熱處理工藝消除第二相的析出。通過正確的熱處理工藝消除第二相的析出。26聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料8.4.3應力腐蝕開裂應力腐蝕開裂應力作用加上晶間腐蝕的因素。應力作用加上晶間腐蝕的因素。近海大氣和海水中易發(fā)生，氯離子濃度越高，溫度和濕度越高，近海大氣和海水中易發(fā)生，氯離子濃度越高，溫度和濕度越高，應力腐蝕破裂敏感性越大。應力腐蝕破裂敏感性越大。 1、產生原因、產生原因2、產生的環(huán)境、產生的環(huán)境不含氯離子的高溫水中和蒸汽中也會發(fā)生。不含氯離子的高溫水中和蒸汽中也會發(fā)生。27聽雨C書屋耐蝕材料耐蝕材料 主要是高強度的鋁合金。如主要是高強度的鋁合金。如Al-CuAl-Cu，Al-Cu-MgAl-Cu-Mg，特別是，特別是Al-Zn-Al-Zn-MgMg和和Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu系列合金。系列合金。 合