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1、第8章 铝及铝合金的耐蚀性,8.1 概述,8.1.1纯铝的物理性质,5、无磁性。,1、密度小（=2.7），属轻金属（约为铜铁的1/3）；,2、导电性好（次于金、银、铜）；,3、导热性好；,4、熔点低（660.5）；,8.1.2纯铝及铝合金的力学性能,2、铝合金的强度取决于合金化和加工工艺（超硬铝的强度可达600MP）。,1、纯铝的强度低，塑性好（退火状态下伸长率达35%）；,8.1.3纯铝及铝合金的工艺性能,1、可进行各种形式的压力加工；,3、合金元素的焊接型好，含硅、钛高的焊接性差。,2、切削加工性：纯铝的切削加工性差，强度硬的铝合金，切削加工性好,8.2 纯铝的耐蚀性,铝的标准电极电位很低
2、（-1.663V），在常用的金属材料中是最低的，是一种很活泼的金属，在全部的pH值范围内都可发生析氢腐蚀（在酸性溶液中腐蚀生成Al3+，在碱性溶液中生成AlO22-）。,8.2.1电化学特性：,8.2.2氧化膜的特点：,4、可以通过化学氧化或阳极氧化的方法生成更厚的氧化膜（化学氧化膜的厚度约为13um,阳极氧化膜可达100um，可供装饰、耐蚀等用）。,1、致密，并且与基体牢固结合；,2、具有较高的稳定性，可保护铝基体不受腐蚀；,3、随着时间的延长，特别有水分时，氧化膜会增厚；,8.2.3氧化膜的结构：,1、在大气或低于80的水溶液中，生成的氧化膜为（Al2O3.3H2O）,是非晶态结构；,3、
3、高于200水中生成的膜为Al2O3 。,2、在80以上的水溶液中形成的膜为（Al2O3.H2O，AlOOH），是晶态结构；,碱能与铝表面的氧化膜反应生成偏铝酸钠和水。氧化膜破坏后，碱和铝会进一步发生反应，并释放出氢气。 腐蚀特点：全面腐蚀。（工业上利用这一点去除表面氧化物以及油污等，称为化学铣切）,8.2.4纯铝在不同介质中的腐蚀行为,在稀酸中发生的是呈点蚀，在氧化性浓酸中具有很好的耐蚀性（生成钝化膜）。,1、在碱中：不耐蚀,2、在酸中的腐蚀,当溶液中存在F-,Cl-离子时，纯铝极其不耐蚀，因为这些离子很容易破环氧化膜而产生点蚀。当溶液中存在Cr2O72-,CrO42-等氧化性离子时，能促进钝
4、化。,3、在中性盐中的腐蚀,其腐蚀行为主要取决于溶液中的阴、阳离子的特性。,当溶液中含有电位较正的Fe2+,Ni2+,Cu2+等离子时，会加速铝的腐蚀。,8.2.5铝在几种典型的介质中的腐蚀：,1、在酸性介质中的腐蚀速度的顺序为： HFH3PO4HClHNO3H2SO4,2、在碱性介质中的腐蚀速度的顺序为： NaOHNa2CO3NH4OHNa2SiO3,8.3铝合金的耐蚀性,1、组织特点：,8.3.1铝-锰合金,主要组织组成物-MnAl6,FeAl3等。,Si，Fe降低耐蚀性（形成一些杂质相析出）；Mn可以抑制Fe的不利影响（可以控制Mn/Fe比例含量来控制Fe的有害作用）。,Mn-Al合金具
5、有优良的耐蚀性（是主要的耐蚀铝合金，属于防锈铝） 在大气中的耐蚀性和工业纯铝相近；在海水中与纯铝相同；在稀盐酸中的耐蚀性比纯铝好；未发现这类合金有应力腐蚀开裂的倾向。 在特定条件下，有剥蚀和晶间腐蚀倾向，发生腐蚀时一般为全面腐蚀，并常伴有点蚀。,2、耐蚀性：,3、合金元素对耐蚀性的影响：,8.3.2铝-镁合金,为固溶体型合金，但固溶强化效果差（难以形成过饱和固溶体），主要通过加工硬化进行强化。,有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和剥蚀倾向。随着镁含量增大，点蚀倾向增加；随着冷加工变形量增大，应力腐蚀和剥蚀敏感性增加。,1、组织特点,2、耐蚀性,Mg： Mg含量3.5% 时，在任何热处理状态或冷加工状态
6、均无应力腐蚀开裂倾向； 含Mg 量在3.5%5.0%之间，冷加工状态有应力腐蚀开裂的敏感性； 含Mg量5.0%时，在一定退火温度下，也具有应力腐蚀的敏感性；高含镁的铝合金即使在低温放置也有应力腐蚀开裂的倾向。,高镁合金在时效状态下的应力腐蚀的敏感性较大。为了改善这一点，可以采用固溶处理的方法，使之形成固溶体。,3、合金元素对耐蚀性的影响,4、热处理对应力腐蚀的影响,Mn、Cr、Zr可以提高抗应力腐蚀的能力。,以锂代替镁。合金密度小；具有高强度、耐热；锂活性大，易氧化和腐蚀。（用于高速飞机的结构材料和蒙皮）。,8.3.3铝-铜系合金（硬铝）,1、合金特点：,Al-Cu-Mg合金（杜拉铝合金）,具
7、有良好的力学性能和加工性能（主要用于涡轮喷气发动机中的叶片）。,Al-Cu-Mn合金,属于耐热合金（主要用于飞机发动机中的叶片及容器等）。,Al-Cu-Li合金,2、Al-Cu合金系的耐蚀性,有剥蚀现象（特别在海洋大气中）。,容易产生“白斑黑心”的点蚀。,晶间腐蚀甚为敏感，凡是过饱和固溶体在分解条件下都有晶间腐蚀。,有一定应力腐蚀的倾向。,3、合金元素的影响：,镁含量2% 范围内，随着含镁量的提高，强度提高，4%Cu+2% Mg的合金强度最高，点蚀程度增加。（减少了铜的溶解度，基体上析出了杂质铜）。,主要强化元素，提高强度（CuAl2强化相）；但随着含铜量的增加，耐蚀性下降，点蚀性下降，点蚀和
8、晶间腐蚀敏感性增加。,铜：,镁：,消除铁的有害作用，提高耐蚀性、耐热性和一定的强度，降低塑性。,锰：,铁，硅：,钛，Zr:,细化晶粒，减少开裂倾向。,是杂质元素，降低耐蚀性和塑性。,8.3.4Al-Zn-Mg-Cu合金,1、合金特点：,Al-Zn-Mg合金：经适当的热处理后，强度可达500MPa ，有优良的焊接性能。,Al-Zn-Mg-Cu合金：强度可达600MPa，是铝合金中强度最高的一类（可以称“超硬铝”）,2、耐蚀性：,Al-Zn-Mg-Cu合金：应力腐蚀开裂敏感性大，还有晶间腐蚀和剥蚀倾向。,Al-Zn-Mg合金：应力腐蚀开裂敏感性大,3、合金元素的影响：,Zn/Mg比值过高过低都降低
9、耐蚀性，当Zn+Mg=8.5% ，Zn/Mg=2.73时，抗应力腐蚀性能最佳。,Zn/Mg：,铜,改善时效组织，提高强度和塑性，提高抗应力腐蚀能力。,Cr,Mn,Zr,细化晶粒，提高抗应力腐蚀能力。 （原因：提高再结晶温度，阻碍结晶过程进行，阻止晶粒长大。）,8.4 铝合金常见的几种腐蚀破坏形式,大气、淡水、海水和其他一些中性和近中性水中容易发生点蚀。,8.4.1 点蚀,1、发生点蚀的主要环境,2、引发点蚀的条件,（1）水中必须含有能抑制全面腐蚀的离子，即能保持保护膜的离子（如：SO42-，SiO32-，PO43-等）。,（2）水中含有能局部破坏钝态的离子，如氯离子。,（3）水中必须含有促进阴
10、极反应的氧化剂。,3、点蚀的形成过程,一般是认为氯离子等是破坏钝态的离子，局部进入钝化膜，使钝化膜局部变质。金属溶解生成铝离子，释放的电子流到阴极发生阴极反应（主要是H+或氧化剂被还原），生成的铝离子同水中OH-结合生成氢氧化物，使该处pH值局部降低，呈酸性。使氯离子进一步富集，继续破坏钝化膜，形成蚀坑。,含铜的铝合金耐点蚀性最差，Al-Mn,Al-Mg合金耐点蚀性较好。,4、铝合金的耐点蚀性,5、防止铝合金点蚀的措施,尽量减少溶氧，氧化性离子，减弱阴极反应（减弱微电池的腐蚀电流的作用）。,提高水质，减少水中活性阴离子（如：Cl-等）的浓度。,铜离子是铝发生点蚀的原因之一，应尽量去除。,外加电
11、化学保护（外加电流对铝材进行阴极保护）。,8.4.2铝合金的晶间腐蚀,1、腐蚀原因,2、防止铝合金的晶间腐蚀的措施,不适当的热处理造成第二相的析出。,通过正确的热处理工艺消除第二相的析出。,8.4.3应力腐蚀开裂,应力作用加上晶间腐蚀的因素。,近海大气和海水中易发生，氯离子浓度越高，温度和湿度越高，应力腐蚀破裂敏感性越大。,1、产生原因,2、产生的环境,不含氯离子的高温水中和蒸汽中也会发生。,主要是高强度的铝合金。如Al-Cu，Al-Cu-Mg，特别是Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系列合金。,合金化。在高强度的铝合金加微量的Mo、Zr、V、Cu、Cr、Mn等。,3、容易产生应力腐蚀开
12、裂的合金,4、防止措施,适当的热处理。（如固溶处理加时效处理）,消除张应力（高温过时效）或赋予表面压应力（喷丸处理）。,高镁合金和Al-Cu-Mg合金，随二次相（相）增多。变形量增大，晶粒被拉得越长，剥蚀的敏感性越大。,8.4.4铝合金的剥蚀,使铝合金产生各种形式的层状分离。轻微的剥蚀只产生一些不连续的小裂片、碎末、甚至形成泡疤，严重时会形成大块的、连续的金属片脱离金属本体，甚至以层状分离形式使金属解体。,1、剥蚀特征,2、剥蚀发生的条件,沿晶界形成阳极网络（相为阳极网络近道）。,（1）加入合金元素细化晶粒。如：Cr,Mn,B等。,3、剥蚀发生的原因,4、剥蚀防止措施,（2）合理选择和控制变形量和热处理工艺。,
