鋁及鋁合金耐蝕性

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 耐蝕材料耐蝕材料8.1.1純鋁的物理性質(zhì)純鋁的物理性質(zhì)5 5、無磁性。、無磁性。1、密度?。?、密度?。?2.7），屬輕金屬（約為銅鐵的），屬輕金屬（約為銅鐵的1/3）；）；2、導(dǎo)電性好（次于金、銀、銅）；、導(dǎo)電性好（次于金、銀、銅）；3、導(dǎo)熱性好；、導(dǎo)熱性好；4、熔點(diǎn)低（、熔點(diǎn)低（660.5）；）；耐蝕材料耐蝕材料8.1.2純鋁及鋁合金的力學(xué)性能純鋁及鋁合金的力學(xué)性能2、鋁合金的強(qiáng)度取決于合金化和加工工藝（超硬鋁的強(qiáng)、鋁合金的強(qiáng)度取決于合金化和加工工藝（超硬鋁的強(qiáng)度可達(dá)度可達(dá)600MPa）。）。1、純鋁的強(qiáng)度低

2、，塑性好（退火狀態(tài)下伸長率達(dá)、純鋁的強(qiáng)度低，塑性好（退火狀態(tài)下伸長率達(dá)35%）；）；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(jìn)行各種形式的壓力加工；、可進(jìn)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(qiáng)度硬的鋁合金，、切削加工性：純鋁的切削加工性差，強(qiáng)度硬的鋁合金，切削加工性好切削加工性好耐蝕材料耐蝕材料8.2 純鋁的耐蝕性純鋁的耐蝕性 鋁的標(biāo)準(zhǔn)電鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低（極電位很低（-1.663V），在常用的金屬材料中是最），在常用的金屬材料中是最低的，是

3、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(nèi)都可發(fā)生析氫腐值范圍內(nèi)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(xué)特性：電化學(xué)特性：耐蝕材料耐蝕材料8.2.2氧化膜的特點(diǎn)：氧化膜的特點(diǎn)：4、可以通過化學(xué)氧化或陽極氧化的方法生成更厚的氧化、可以通過化學(xué)氧化或陽極氧化的方法生成更厚的氧化膜（化學(xué)氧化膜的厚度約為膜（化學(xué)氧化膜的厚度約為13um,陽極氧化膜可達(dá)陽極氧化膜可達(dá)100um，可供裝飾、耐蝕等用）。，可供裝飾、耐蝕等用）。1、致密，并且與基體牢固結(jié)合；、致密，并且與基體牢

4、固結(jié)合；2、具有較高的穩(wěn)定性，可保護(hù)鋁基體不受腐蝕；、具有較高的穩(wěn)定性，可保護(hù)鋁基體不受腐蝕；3、隨著時(shí)間的延長，特別有水分時(shí)，氧化膜會(huì)增厚；、隨著時(shí)間的延長，特別有水分時(shí)，氧化膜會(huì)增厚；耐蝕材料耐蝕材料8.2.3氧化膜的結(jié)構(gòu)：氧化膜的結(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)；是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；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，AlOOH），是晶態(tài)結(jié)構(gòu)；），是晶態(tài)結(jié)構(gòu)；耐蝕材料耐蝕材料 堿能與鋁表

5、面的氧化膜反應(yīng)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(yīng)生成偏鋁酸鈉和水。氧化膜破壞后，堿和鋁會(huì)進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，并釋放出氫氣。堿和鋁會(huì)進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，并釋放出氫氣。 腐蝕特點(diǎn)：全面腐蝕。（工業(yè)上利用這一點(diǎn)去除表面氧化物以腐蝕特點(diǎn)：全面腐蝕。（工業(yè)上利用這一點(diǎn)去除表面氧化物以及油污等，稱為化學(xué)銑切）及油污等，稱為化學(xué)銑切）8.2.4純鋁在不同介質(zhì)中的腐蝕行為純鋁在不同介質(zhì)中的腐蝕行為 在稀酸中發(fā)生的是呈點(diǎn)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(diǎn)蝕，在氧化性濃酸中具有很好的耐蝕性（生成鈍化膜）。（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

6、腐蝕耐蝕材料耐蝕材料當(dāng)溶液中存在當(dāng)溶液中存在F-,Cl-離子時(shí)，純鋁極其不耐蝕，因?yàn)檫@些離子很離子時(shí)，純鋁極其不耐蝕，因?yàn)檫@些離子很容易破環(huán)氧化膜而產(chǎn)生點(diǎn)蝕。當(dāng)溶液中存在容易破環(huán)氧化膜而產(chǎn)生點(diǎn)蝕。當(dāng)溶液中存在Cr2O72-,CrO42-等氧化性等氧化性離子時(shí)，能促進(jìn)鈍化。離子時(shí)，能促進(jìn)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(dāng)溶液中含有電位較正的當(dāng)溶液中含有電位較正的Fe2+,Ni2+,Cu2+等離子時(shí)，會(huì)加速鋁的腐等離子時(shí)，會(huì)加速鋁的腐蝕。蝕。耐蝕材料耐蝕材料8.2.5鋁在幾種典型的介質(zhì)中的腐蝕

7、：鋁在幾種典型的介質(zhì)中的腐蝕：1、在酸性介質(zhì)中的腐蝕速度的順序?yàn)椋?、在酸性介質(zhì)中的腐蝕速度的順序?yàn)椋篐FH3PO4HClHNO3H2SO42、在堿性介質(zhì)中的腐蝕速度的順序?yàn)椋?、在堿性介質(zhì)中的腐蝕速度的順序?yàn)椋篘aOHNa2CO3NH4OHNa2SiO3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(diǎn)：、組織特點(diǎn)： 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。耐蝕材料耐蝕材料 Si Si，F(xiàn)eFe降低耐蝕性（形成一些雜質(zhì)相析出）；降低耐蝕性（形成一些雜質(zhì)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

8、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(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂的傾向。向。 在特定條件下，有剝蝕和晶間腐蝕傾向，發(fā)生腐蝕時(shí)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(shí)一般為全面腐蝕，并常伴有點(diǎn)蝕。面腐蝕，并常伴有

9、點(diǎn)蝕。2、耐蝕性：、耐蝕性：3、合金元素對(duì)耐蝕性的影響：、合金元素對(duì)耐蝕性的影響：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(qiáng)化效果差（難以形成過飽和固溶為固溶體型合金，但固溶強(qiáng)化效果差（難以形成過飽和固溶體），主要通過加工硬化進(jìn)行強(qiáng)化。體），主要通過加工硬化進(jìn)行強(qiáng)化。 有點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和剝蝕傾向。隨著鎂含量增大，有點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和剝蝕傾向。隨著鎂含量增大，點(diǎn)蝕傾向增加；隨著冷加工變形量增大，應(yīng)力腐蝕和剝蝕敏感性增點(diǎn)蝕傾向增加；隨著冷加工變形量增大，應(yīng)力腐蝕和剝蝕敏感性增加。加。1、組織特點(diǎn)、組織特點(diǎn)2、耐蝕性、耐蝕性耐蝕材料耐蝕材料 MgMg：

10、MgMg含量含量3.5% 3.5% 時(shí)，在任何熱處理狀態(tài)或冷加工狀態(tài)均無應(yīng)力時(shí)，在任何熱處理狀態(tài)或冷加工狀態(tài)均無應(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂的敏之間，冷加工狀態(tài)有應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性；感性； 含含MgMg量量5.0%5.0%時(shí)，在一定退火溫度下，也具有應(yīng)力腐蝕的敏時(shí)，在一定退火溫度下，也具有應(yīng)力腐蝕的敏感性；高含鎂的鋁合金即使在低溫放置也有應(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂的傾向。 高鎂合金在時(shí)效狀態(tài)下的應(yīng)力腐蝕的敏感性較大。為了改善這高鎂合金在時(shí)效狀態(tài)下的應(yīng)力腐蝕的

11、敏感性較大。為了改善這一點(diǎn)，可以采用固溶處理的方法，使之形成固溶體。一點(diǎn)，可以采用固溶處理的方法，使之形成固溶體。3、合金元素對(duì)耐蝕性的影響、合金元素對(duì)耐蝕性的影響4、熱處理對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響、熱處理對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響Mn、Cr、Zr可以提高抗應(yīng)力腐蝕的能力?？梢蕴岣呖箲?yīng)力腐蝕的能力。 耐蝕材料耐蝕材料以鋰代替鎂。合金密度??；具有高強(qiáng)度、耐熱；鋰活性大，易氧化以鋰代替鎂。合金密度小；具有高強(qiáng)度、耐熱；鋰活性大，易氧化和腐蝕。（用于高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料和蒙皮）。和腐蝕。（用于高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)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(diǎn)：、合金特點(diǎn)：Al-Cu-Mg合金（杜拉

12、鋁合金）合金（杜拉鋁合金）具有良好的力學(xué)性能和加工性能（主要用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉具有良好的力學(xué)性能和加工性能（主要用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉片）。片）。Al-Cu-Mn合金合金屬于耐熱合金（主要用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉片及容器等）。屬于耐熱合金（主要用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉片及容器等）。Al-Cu-Li合金合金耐蝕材料耐蝕材料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（特別在海洋大氣中）。 容易產(chǎn)生容易產(chǎn)生“白斑黑心白斑黑心”的點(diǎn)蝕。的點(diǎn)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

13、。有一定應(yīng)力腐蝕的傾向。有一定應(yīng)力腐蝕的傾向。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(nèi)，隨著含鎂量的提高，強(qiáng)度提高，范圍內(nèi)，隨著含鎂量的提高，強(qiáng)度提高，4%Cu+2% Mg的合金強(qiáng)度最高，點(diǎn)蝕程度增加。（減少了銅的溶解度，基體的合金強(qiáng)度最高，點(diǎn)蝕程度增加。（減少了銅的溶解度，基體上析出了雜質(zhì)銅）。上析出了雜質(zhì)銅）。 主要強(qiáng)化元素，提高強(qiáng)度（主要強(qiáng)化元素，提高強(qiáng)度（CuAl2強(qiáng)化相）；但隨著含銅量的增加，強(qiáng)化相）；但隨著含銅量的增加，耐蝕性下降，點(diǎn)蝕和晶間腐蝕敏感性增加。耐蝕性下降，點(diǎn)蝕和晶間腐蝕敏感性增加。銅：銅：鎂：鎂：耐蝕材料耐蝕材料 消除鐵的有

14、害作用，提高耐蝕性、耐熱性和一定的強(qiáng)度，降低消除鐵的有害作用，提高耐蝕性、耐熱性和一定的強(qiáng)度，降低塑性。塑性。錳：錳：鐵，硅：鐵，硅：鈦，鈦，Zr:細(xì)化晶粒，減少開裂傾向。細(xì)化晶粒，減少開裂傾向。是雜質(zhì)元素，降低耐蝕性和塑性。是雜質(zhì)元素，降低耐蝕性和塑性。耐蝕材料耐蝕材料8.3.4Al-Zn-Mg-Cu合金合金1、合金特點(diǎn)：、合金特點(diǎn)： Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金：經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅瑥?qiáng)度可達(dá)合金：經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，?qiáng)度可達(dá)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(qiáng)度可達(dá)合金：強(qiáng)度可達(dá)600MPa600MP

15、a，是鋁合金中強(qiáng)度最高，是鋁合金中強(qiáng)度最高的一類（可以稱的一類（可以稱“超硬鋁超硬鋁”）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(yīng)力腐蝕開裂敏感性大，還有晶間腐蝕和剝合金：應(yīng)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(yīng)力腐蝕開裂敏感性大合金：應(yīng)力腐蝕開裂敏感性大耐蝕材料耐蝕材料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(dāng)比值過高過低都降低耐蝕性，當(dāng)Zn+Mg=8.5% Zn+Mg=8.5% ，Zn/Mg=2.7Zn/Mg=2.73 3時(shí)，抗應(yīng)力腐蝕性能最佳。時(shí)，抗應(yīng)力腐

16、蝕性能最佳。Zn/Mg： 銅銅改善時(shí)效組織，提高強(qiáng)度和塑性，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。改善時(shí)效組織，提高強(qiáng)度和塑性，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。Cr,Mn,Zr細(xì)化晶粒，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。細(xì)化晶粒，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。 （原因：提高再結(jié)晶溫度，阻礙結(jié)晶過程進(jìn)行，阻止晶粒長大。）（原因：提高再結(jié)晶溫度，阻礙結(jié)晶過程進(jìn)行，阻止晶粒長大。）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(diǎn)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(diǎn)蝕。8.4.1 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕1 1、發(fā)生點(diǎn)蝕的主要環(huán)境、發(fā)生點(diǎn)蝕的主要環(huán)境耐蝕材料耐蝕材料

17、2、引發(fā)點(diǎn)蝕的條件、引發(fā)點(diǎn)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(hù)膜的）水中必須含有能抑制全面腐蝕的離子，即能保持保護(hù)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）水中必須含有促進(jìn)陰極反應(yīng)的氧化劑。）水中必須含有促進(jìn)陰極反應(yīng)的氧化劑。耐蝕材料耐蝕材料3、點(diǎn)蝕的形成過程、點(diǎn)蝕的形成過程 一般是認(rèn)為氯離子等是破壞鈍態(tài)的離子，局部進(jìn)入鈍化膜，使一般是認(rèn)為氯離子等是破壞鈍態(tài)的離子，局部進(jìn)入鈍化膜，使鈍化膜局部變質(zhì)。金屬溶解生成鋁離子，釋放的電子流到陰極發(fā)生鈍化膜

18、局部變質(zhì)。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(yīng)（主要是陰極反應(yīng)（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(jié)結(jié)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(jìn)一步值局部降低，呈酸性。使氯離子進(jìn)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(diǎn)蝕性最差，含銅的鋁合金耐點(diǎn)蝕性最差，Al-Mn,Al-Mg合金耐點(diǎn)蝕性較好。合金耐點(diǎn)蝕性較好。4、鋁合金的耐點(diǎn)蝕性、鋁合金的耐點(diǎn)蝕性耐蝕材料耐蝕材料5、防止鋁合金點(diǎn)蝕的措施、防止鋁合金點(diǎn)蝕的措施盡量減少溶氧，氧化性

19、離子，減弱陰極反應(yīng)（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(yīng)（減弱微電池的腐蝕電流的作用）。電流的作用）。 提高水質(zhì)，減少水中活性陰離子（如：提高水質(zhì)，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(diǎn)蝕的原因之一，應(yīng)盡量去除。銅離子是鋁發(fā)生點(diǎn)蝕的原因之一，應(yīng)盡量去除。外加電化學(xué)保護(hù)（外加電流對(duì)鋁材進(jìn)行陰極保護(hù)）。外加電化學(xué)保護(hù)（外加電流對(duì)鋁材進(jìn)行陰極保護(hù)）。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(dāng)?shù)臒崽幚碓斐傻诙嗟奈龀?。不適當(dāng)?shù)臒崽幚碓斐傻诙嗟?/p>

20、析出。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。耐蝕材料耐蝕材料8.4.3應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力腐蝕開裂應(yīng)力作用加上晶間腐蝕的因素。應(yīng)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(yīng)力腐蝕破裂敏感性越大。應(yīng)力腐蝕破裂敏感性越大。 1、產(chǎn)生原因、產(chǎn)生原因2、產(chǎn)生的環(huán)境、產(chǎn)生的環(huán)境不含氯離子的高溫水中和蒸汽中也會(huì)發(fā)生。不含氯離子的高溫水中和蒸汽中也會(huì)發(fā)生。耐蝕材料耐蝕材料 主要是高強(qiáng)度的鋁合金。如主要是高強(qiáng)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。