铝及其合金的腐蚀性能和特点
(1) 纯铝的腐蚀性能特点
铝是电位非常负的金属,其标准电极电位为-1.67V。虽然如痴,由于铝的钝化能力很强,因此,它在水中,在大部分的中性和许多弱酸性溶液中,以及在大气中都有足够高的稳定性。空气中的氧或者溶入水中的氧,以及在大气中都有足够高的稳定性。空气中的氧或者溶入水中的氧,以及水本身对铝来讲都是钝化剂。因此在所有水溶液中,无论是中性的以及弱酸性的,不仅在有氧或氧化剂时,及时在没有它们的情况下,铝通常也处于钝化(有自钝化能力)。此时,铝的电极电位较其标准平衡电位正1V。例如,在0.5% NaCl溶液中,铝的电位等于-0.57V(氢标电位)。
铝的耐蚀性与其纯度有很大关系,当要求铝的耐蚀性很高时,必须使用最纯的铝。
(2) 铝合金的耐腐蚀性特点
与纯铝相比,铝合金具有较高的力学性能与工艺性能,但其耐蚀性较低。一般来说,可热处理强化的铝合金(如2系Al-Cu合金、6系Al-Mg-Si合金、7系Al-Mg-Si合金等)耐腐蚀性较差,像这类合金中的硬铝、超硬铝,其组织中含有大量的时效强化相或过渡相,这些相有的本身腐蚀活性强,易成为腐蚀微电池的阳极,还有的相大多起着微阴极的作用,促进了铝合金的点蚀及电化学腐蚀,这些铝合金在海水中的耐蚀性很差。
不可热处理强化的铝合金(如纯铝、3系Al-Mn合金等)耐蚀性较好,其中Al-Mg、Al-Mn系防锈铝合金的耐蚀性与纯铝相近,Al-Mg更好些。目前铝合金艇的主船体就是采用Al-Mg系防锈铝合金,牌号为5083.
(3) 铝及其合金的电偶腐蚀特点
铝及其合金对与其接触的金属及合金是非常敏感的,与电极电位比较正的金属(如铜及铜合金)相接触是非常危险的。在许多情况下与钢铁及不锈钢相接触也是有害的。当铝处于钝态时与镉、锌相接触是无害的,甚至对铝有一定的保护作用。
镁及镁合金虽然比铝的电极电位负,但接触也是危险的,由于铝强烈的阴极极化(相当于阴极保护中的过保护状态),在介质碱化以及铝表面析氢的影响下,有可能使铝转变为活性态的危险。
(4) 提高铝合金耐蚀性能的方法及途径有哪些?
提高铝合金耐蚀性能的方法及途径有多种,主要有提高纯洁度、合金化、细化组织、时效强化、形变时效以及表面处理等。
提高纯净度
减少铝中铁、硅的含量,减少这些杂质的偏析,是改善和提高铝合金性能的主要方法之一。铝中主要杂质为铁和硅,常温是铁几乎不溶于铝。硅在铝中的固溶度也很小,常以二元或三元化合物的形式存在。
提高纯洁度一个途径是提高冶炼技术,降低杂质元素,特别是铁的含量,减低夹杂物的数量和尺寸;另一个途径是加快凝固过程,以减小杂质的偏析,抑制夹杂物的析出和晶粒细化。
合金化
对铝合金来说,加入合金元素主要是为了增强铝合金的强度。铜和镁能提高合金的强度和硬度,但影响延伸率。锰、铬可细化晶位,提高合金再结晶温度和可焊性。
Mg、Zn使铝的腐蚀电位负移;Cu使铝合金的腐蚀电位正,不利于形成氧化物膜。Mg、Mn能提高铝的耐蚀性,Zn的影响较小,Si对铝的耐蚀性有损害,Cu则大大恶化铝合金的耐蚀性。对铝合金的腐蚀电位及耐蚀性影响最大的是Cu元素的含量。通常,防锈铝的Cu含量最高限量为0.1%。
细化组织、细化晶粒
对从凝固直到制成成品各个工序加以控制,包括加快凝固、减小偏析、缩小枝晶间距,加入细化剂或变质剂,合理确定扩散退火、轧制、挤压以及热处理等工艺,以保证晶粒的细化和组织的均匀性,使强度和韧性同时提高,并增加耐腐蚀性,特别是耐应力腐蚀的能力。
时效硬化
许多合金元素在铝中固溶度随温度有变化,可以将将合金加热至适当高温淬火,使合金元素溶解,然后再适当低温回火,使合金元素或中间化合物从过饱和固溶体中析出,产生时效硬化。
形变时效
对可进行时效强化的铝合金,在淬火后立即进行冷变形,然后再时效处理;或先经较低温度、较短时间的时效,然后进行轧制,最好在较高温度下进行时效处理,效果要比单纯时效显著提高。