鋁合金的腐蝕與防護

摘要：鋁及其合金使用越來越廣泛，在各行各業中都得到了大量的應用。與此俱來的問題就是鋁及其合金的腐蝕與防護。本文對此進行了較為全面的介紹。

關鍵詞：鋁合金；性能 ；腐蝕； 氧化；應用

[中圖分類號]：TB304 [文獻標識碼]：A

[文章編號]：1002-2139(2013)-2--01

鋁元素占地殼重量的8.2%左右，是地殼內含量最多的金屬元素。鋁元素的電負性很強，并且對氧有強親和性，自然狀態下可以生成氧化鋁膜。氧化鋁電導率低，除去后還會快速形成，所以會影響陽極反應。鋁氧化膜有高應得的、耐腐蝕、耐磨、裝飾性、電鍍附著性、絕緣性等良好性能而被廣泛利用在生產生活中，因此鋁合金是生產生活中重要的原材料。

1.鋁合金分兩類

1.1鑄造用鋁合金:

硅元素能夠提高金屬流動性、抗熱震性和緊壓力因此硅在合金中應用較多。但硅鋁合金機械強度不夠，加入鎂和銅等其他金屬再經過熱處理，可以提升合金機械強度所。而加入鈣或鍶，可增大硅鋁合金延展性。加入硼、鈦或鈦、磷，可以強化抗張強度和抗熱震性。

1.2加工用鋁合金

如：編號1000系列是純度在99%以上的鋁。1100系列合金中加入0.12%的銅、鐵、硅。此種合金具有高導熱性和導電性，但是機械強度和抗腐蝕性都很低。

6000系列合金中主要的合金元素是鎂和硅。這種合金需要經過熱處理，硅化鎂是其強化析出物。

鋁鈦合金和鋁鋰合金是新型合金，是重要的航空材料。鈦使合金的強度增大，而鋰使合金的密度減小，使彈性模量增大。鋁鋰合金添加鎂可使其密度減小，強度增大。

2.鋁及其合金的應用

由于鋁合金具有良好的導電性導熱性耐腐蝕性、強度高可加工性高的優良的性能，被用于各種方面。如：包裝材料、耐用消費品、建筑結構材料、運輸、航空、電力、機械設備等等。

3.腐蝕形態

工業發展至今，鋁合金材料被大量使用，由此產生的鋁合金腐蝕與防護問題就尤為突出了。 鋁合金除了在磷酸和堿溶液等少數物質中發生全面腐蝕外，都只產生局部腐蝕，常見腐蝕形態為：電偶腐蝕、晶間腐蝕、點腐蝕、層狀腐蝕、縫隙腐蝕和絲狀腐蝕等。

3.1點腐蝕

又稱孔蝕，鈍化膜局部破壞時會在鈍化金屬上發生孔蝕。孔蝕鋁合金最常見的腐蝕形態之一。在空氣、淡水、中性水溶液、海水等環境下會發生點腐蝕。當電位大于點蝕電位時，溴離子和氯離子造成局部侵蝕的方式是相同的。此外，合金和介質不同點腐蝕程度不同，嚴重時會穿孔。

3.2電偶腐蝕

雙金屬腐蝕又稱電偶腐蝕，是電化學腐蝕，是鋁合金的特征性腐蝕形態之一。鋁化學性質活潑因此電位很負，鋁與電或其他金屬接觸時，大部分情況是鋁處于陽極加速腐蝕。腐蝕程度由兩金屬的電位序相對位置決定，即電位差越大，導致電偶腐蝕會越嚴重。

3.3晶間腐蝕

發生在金屬晶體的邊緣，使晶粒間結合力變小、內部變松弛，導致機械強度降低的腐蝕是晶間腐蝕。熱處理不當會導致晶間腐蝕，金屬間化合物或合金化元素沉淀使腐蝕加速。Al-Cu系、Al-Cu-Mg系和Al-Zn-Mg系合金會有晶間腐蝕敏感性。

3.4絲狀腐蝕

此種腐蝕為膜下腐蝕，一般發生在除陽極氧化膜外的漆膜、其他涂層膜或金屬鍍膜。合金成分、環境、涂層預處理等會影響絲狀腐蝕。環境因素有溫度、濕度、pH、氯化物等。

4.腐蝕防護

工業發展至今，鋁合金材料被大量使用，由此產生的鋁合金腐蝕與防護問題就尤為突出了。人們對大量由合金引發的安全事故的原因著手調查，發現大多數事故中的問題通過防護處理可以避免。這表明金屬腐蝕防護的科學可能涉及人類還未探索的技術領域。

“腐蝕”是描述周圍環境使材料發生變化并導致材料損壞的反應，金屬材料與水溶液的反應通常是電化學反應，但也能是個物理變化。由于存在材料的功能和反應程度問題，因此不是所有反應都會發生材料腐蝕損壞，在實際工作中這兩方面應當同時考慮到。為防止損壞發生，就要定期對鋁及其合金進行腐蝕防護。

涂層法：此方法防腐蝕性沒有長效防腐蝕方法效果好（氟碳涂料防腐蝕效果能夠達到50年）。

熱浸鋅：將鋼構件除銹后浸入高溫融化的鋅液中。

熱噴鋁（鋅）復合涂層：是長效防腐蝕方法。

耐候鋁：是含有鉻、鎳、磷、鈦等金屬，比普通結構用鋁耐腐蝕性優秀的鋼材，這種合金會在金屬表面形成耐腐蝕的保護層。

電化學保護法：此方法很常用，但應用中有很大的局限性。若電解得到的產物利于其他類型的腐蝕，就不能采用此法。

結語：

交通工具、航天器和武器裝備輕化、提高強度、韌度、抗沖擊、抗疲勞、耐腐蝕性始終是鋁合金的發展方向。目前在保證合金耐腐蝕性和韌性的基礎上向超強發展，提高靜態承載能力；在提高動態承載能力并保證高強的基礎上，發展耐疲勞和抗沖擊性是高性能鋁合金的發展前沿。

以鋁合金帶替鋼是車船減重的發展方向，因此交通工具用鋁合金是鋁合金發展的熱點。

參考文獻：

1、邱竹賢.泥土中的鋁[M].清華大學出版社.暨南大學出版社.2000.12.16～18

2、Haupin W E.Aluminium.in:Encyclopedia of Qhysical Science and Technology[M].USA Acadiemic Press，1987，1：466~491

3、Aluminium Association.aluminium Standards and Data[J].Washington D C 1982

4、張玉龍，趙中魁.實用輕金屬材料手冊[M].化學工業出版社.2006.6.55～57

5、W．v．Baeckmann，W.Schwenk，W.Prinz，Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes[M].Chemical Industry Press，2005.3.40

6、徐捷，蘭為軍．鋁和鋁合金的陽極氧化與染色[M]．化學工業出版社．2010.6.3

7、H.Pircher u.R.Groβterlinden， Werkstoffe u .Korrosion38，57(1987)