铝的腐蚀性能及海洋大气环境中铝的腐蚀特性

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铝的腐蚀性能及海洋大气环境中铝的腐蚀特性

1、铝的耐氧腐蚀性能

铝是一种活泼金属,极容易和空气中的氧气起化应生成氧化铝。氧化铝在铝制器皿表面结一层灰色致密的极薄的(约十万分之一厘米厚)薄膜,这层薄膜十分坚固,它能使里力的金属和外界完全隔开。从而保护内部的铝不再受空气中氧气的侵蚀。

2、铝的酸碱腐蚀

铝和氧化铝薄膜都能和许多酸性或碱性物质起化学反应,一旦氧化铝薄膜被碱性溶液或酸性溶液溶解掉,则内部铝就要和碱性或酸性溶液起反应而渐渐被侵蚀掉。

3、铝的腐蚀形式

(1)点腐蚀:点腐蚀又称为孔腐蚀,是在金属上产生针尖状、点状、孔状的一种为局部的腐蚀形态。点腐蚀是阳极反应的一种独特形式,是一种自催化过程,即点腐蚀孔内的腐蚀过程造成的条件,如有腐蚀介质(CL-、F-等)、促进反应的物质(CU2+、ZN2+等),既促进又足以维持腐蚀的继续进行。

(2)均匀腐蚀:铝在磷酸与氢氧化钠等溶液中,其上的氧化膜溶解,发生均匀腐蚀,溶解速度也是均匀的。溶液温度升高,溶液浓度增大,促进铝的腐蚀。

(3)缝隙腐蚀:缝隙腐蚀是一种局部腐蚀。金属部件在电解溶液中,由于金属与金属或金属与非金属之间形成缝隙,其宽度足以使介质浸入而又使介质处于一种停滞状态,使得缝隙内部腐蚀加剧的现象称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀特别容易发生在机械组件接合的地方,例如金属垫圈或是铆接处和铝门窗与灰浆填隙处。它是属于一种电池效应,但是缝隙一般需在特定程度大小的范围内才会发生,例如:有足够的宽度可使溶液进入,足够窄得使溶液可以停滞等,所以在应用或工程上必须要小心,避免发生足以产生缝隙腐蚀的环境。缝隙腐蚀的机构很类似穿孔腐蚀的情况,首先是均匀腐蚀,然后因氧浓淡电池会引起阳极反应(缺氧区)和阴极反应(富氧区),由于间隙内氧无法补充,因此阳极反应会继续在同一个位置进行,因此产生严重的腐蚀结果。

(4)晶间腐蚀:是在金属界处发生局部腐蚀的现象。就电化学的观点来看,由于材料的晶粒为阴极,而晶界一般为阳极,因此在均匀腐蚀的情况下,晶界处的腐蚀性仍稍大于晶粒处,如果在特殊情况下,材料的晶界抗蚀元素又相对减少,晶间腐蚀的现象就会发生。AL-CU-MG、AL-ZN-MG系铝合金有晶间腐蚀的倾向。

(5)应力腐蚀开裂(SCC):铝合金的SCC是在20世纪30年代初被发现的。金属在应力(拉应力或内应力)和腐蚀介质的联合作用下所发生的一种破坏,被称为SCC。SCC的特征是形成腐蚀一种机械裂缝,既可以沿着晶界发展,也可以穿过晶烂扩展。由于裂缝扩展是在金属内部,会使金属结构强度大大下降,严重时会发生突然破坏。材料受到局部应力或应力作用不平均时,受到高应力作用的区域会形成阳极,而受较低应力作用的区域则形成阴极,因此作用应力会使得腐蚀作用更为加速称谓为应呼电池。应力腐蚀发生在冷加工的材料时,高度冷加工的区域更具阳极性,另外在材料存在裂缝的情况下,也会造成应力腐蚀。

4、铝的腐蚀机理

(1)化学腐蚀:金属的化学腐蚀是金属在干燥气体(如氧、氯、硫化氢等)和非电解质溶液中进行化学反应的结果。化学反应引起引起腐蚀,在腐蚀过程中不产生电流。金属的化学腐蚀只在特定的情况下发生,不具普遍性。例如:金属的氧化M-O→MO。

(2)电化学腐蚀:金属的和介质发生电化学反应而引起的腐蚀,在腐蚀的过程中有阳极和阴极区,电流可以通过金属在一定的距离中流动,如金属在各种介质溶液(如海水、酸、碱、盐溶液、潮湿大气等)中的腐蚀。在一般情况下电化学腐蚀主要为微电池腐蚀和浓差电池腐蚀。

(3)化学或电化学加机械因素的腐蚀:这是多因素引起的腐蚀。由于各种因素的相互作用,往往产生非常激烈的腐蚀,一般包括应力腐蚀,腐蚀疲劳、空蚀腐蚀等。

5、海洋大气环境下铝的腐蚀

海洋大气环境对铝的腐蚀作用主要表现在:使铝腐蚀速度加快;海盐粒子对铝的腐蚀作用;氯离子对铝的腐蚀作用。

(1)海洋大气环境下铝的腐蚀速度加快

铝在各类大气环境下的腐蚀速率如表1所示,从中可明显看出在海洋性大

气环境下,铝的腐蚀速率明显加快。

表1 大气环境下各类金属的腐蚀速率

(2)海洋大气环境中海盐粒子对铝的腐蚀

海洋大气中含有大量的海盐粒子,海浪及大风也将海水带入大气中,会降落在暴露的金属表面上,海盐粒子极易吸湿,形成强腐蚀液,对金属有着很强的腐

蚀作用。靠海越近,海雾中的氯化物含量越高,在该环境下的物体上盐分沉积量也越多,造成的腐蚀也越严重。铝合金在这样的条件下会产生疏松的腐蚀产物。

(3)海洋大气环境中氯离子对铝的腐蚀

铝及铝合金具有良好的耐大气腐蚀特性,但当大气中存在氯离子时会加速铝合金的腐蚀。

卤素离子,尤其是氯离子能破坏铝合金表面的氧化膜,使其耐蚀能力下降。在海水、海洋大气条件下,铝合金的耐蚀性能降低。

距海岸线距离不同,大气中的海盐例子浓度不同,氯离子的浓度也不同。距离海岸线越近,氯离子浓度越高。因为氯离子半径小,穿透力强,当氯离子吸附在金属表面上时,会从钝化膜的薄弱部位进入钝化膜,使钝化膜发生局部破坏,开始对基体腐蚀,从而对铝合金有强烈的点蚀作用。大气中氯离子浓度越高,腐蚀速度越快。