1、耐蚀材料耐蚀材料第第8章章 铝及铝合金的耐蚀性铝及铝合金的耐蚀性 8.1 概述概述 耐蚀材料耐蚀材料8.1.1纯铝的物理性质纯铝的物理性质5 5、无磁性。、无磁性。1、密度小（、密度小（=2.7），属轻金属（约为铜铁的），属轻金属（约为铜铁的1/3）；）；2、导电性好（次于金、银、铜）；、导电性好（次于金、银、铜）；3、导热性好；、导热性好；4、熔点低（、熔点低（660.5）；）；耐蚀材料耐蚀材料8.1.2纯铝及铝合金的力学性能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、铝合金的强度取决于合金化和加工工艺（超硬铝的强度可达度可达600MPa）。）。1、纯铝的强度低
2、，塑性好（退火状态下伸长率达、纯铝的强度低，塑性好（退火状态下伸长率达35%）；）；耐蚀材料耐蚀材料8.1.3纯铝及铝合金的工艺性能纯铝及铝合金的工艺性能1 1、可进行各种形式的压力加工；、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。、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：纯铝的切削加工性差，强度硬的铝合金，切削加工性好切削加工性好耐蚀材料耐蚀材料8.2 纯铝的耐蚀性纯铝的耐蚀性 铝的标准电铝的标准电极电位很低（极电位很低（-1.663V），在常用的金属材料中是最），在常用的金属材料中是最低的，是
3、一种很活泼的金属，在全部的低的，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值范围内都可发生析氢腐蚀（在酸性溶液中腐蚀生成蚀（在酸性溶液中腐蚀生成Al3+，在碱性溶液中生成，在碱性溶液中生成AlO22-）。）。8.2.1电化学特性：电化学特性：耐蚀材料耐蚀材料8.2.2氧化膜的特点：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、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膜（化学氧化膜的厚度约为13um,阳极氧化膜可达阳极氧化膜可达100um，可供装饰、耐蚀等用）。，可供装饰、耐蚀等用）。1、致密，并且与基体牢固结合；、致密，并且与基体牢
4、固结合；2、具有较高的稳定性，可保护铝基体不受腐蚀；、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；、随着时间的延长，特别有水分时，氧化膜会增厚；耐蚀材料耐蚀材料8.2.3氧化膜的结构：氧化膜的结构：1、在大气或低于、在大气或低于80的水溶液中，生成的氧化膜为的水溶液中，生成的氧化膜为（Al2O3.3H2O）,是非晶态结构；是非晶态结构；3、高于、高于200水中生成的膜为水中生成的膜为Al2O3。2、在、在80以上的水溶液中形成的膜为（以上的水溶液中形成的膜为（Al2O3.H2O，AlOOH），是晶态结构；），是晶态结构；耐蚀材料耐蚀材料 碱能与铝表面
5、的氧化膜反应生成偏铝酸钠和水。氧化膜破坏后，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。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）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）。（生成钝化膜）。1、在碱中：不耐蚀、在碱中：不耐蚀2、在酸中的腐蚀、在酸中的腐蚀
6、耐蚀材料耐蚀材料当溶液中存在当溶液中存在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。当溶液中存在容易破环氧化膜而产生点蚀。当溶液中存在Cr2O72-,CrO42-等氧化性等氧化性离子时，能促进钝化。离子时，能促进钝化。3、在中性盐中的腐蚀、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。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当溶液中含有电位较正的Fe2+,Ni2+,Cu2+等离子时，会加速铝的腐等离子时，会加速铝的腐蚀。蚀。耐蚀材料耐蚀材料8.2.5铝在几种典型的介质中的腐蚀：铝在
7、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：、在酸性介质中的腐蚀速度的顺序为：HFH3PO4HClHNO3H2SO42、在碱性介质中的腐蚀速度的顺序为：、在碱性介质中的腐蚀速度的顺序为：NaOHNa2CO3NH4OHNa2SiO3耐蚀材料耐蚀材料8.3铝合金的耐蚀性铝合金的耐蚀性 1 1、组织特点：、组织特点：8.3.1铝铝-锰合金锰合金主要组织组成物主要组织组成物-MnAl6,FeAl3等。等。耐蚀材料耐蚀材料 Si Si，FeFe降低耐蚀性（形成一些杂质相析出）；降低耐蚀性（形成一些杂质相析出）；MnMn可以抑制可以抑制FeFe的的不利影响（可以控制不利影响（可以控制Mn/
8、FeMn/Fe比例含量来控制比例含量来控制FeFe的有害作用）。的有害作用）。Mn-Al Mn-Al合金具有优良的耐蚀性（是主要的耐蚀铝合金，属于防合金具有优良的耐蚀性（是主要的耐蚀铝合金，属于防锈铝）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。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。面腐蚀，并常伴有点蚀。2、耐蚀
9、性：、耐蚀性：3、合金元素对耐蚀性的影响：、合金元素对耐蚀性的影响：耐蚀材料耐蚀材料8.3.2铝铝-镁合金镁合金 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。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，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。加。1、组织特点、组织特点2、耐蚀性、耐蚀性耐蚀材料耐蚀材料 MgMg：MgMg含量含量3
10、.5%3.5%时，在任何热处理状态或冷加工状态均无应力时，在任何热处理状态或冷加工状态均无应力腐蚀开裂倾向；腐蚀开裂倾向；含含Mg Mg 量在量在3.5%3.5%5.0%5.0%之间，冷加工状态有应力腐蚀开裂的敏之间，冷加工状态有应力腐蚀开裂的敏感性；感性；含含MgMg量量5.0%5.0%时，在一定退火温度下，也具有应力腐蚀的敏时，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。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，
11、可以采用固溶处理的方法，使之形成固溶体。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、合金元素对耐蚀性的影响4、热处理对应力腐蚀的影响、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。可以提高抗应力腐蚀的能力。耐蚀材料耐蚀材料以锂代替镁。合金密度小；具有高强度、耐热；锂活性大，易氧化以锂代替镁。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）。和腐蚀。（用于高速飞机的结构材料和蒙皮）。8.3.3铝铝-铜系合金（硬铝）铜系合金（硬铝）1、合金特点：、合金特点：Al-Cu-Mg合金（杜拉铝合金）合金（杜拉铝合金）具有
12、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具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）。片）。Al-Cu-Mn合金合金属于耐热合金（主要用于飞机发动机中的叶片及容器等）。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合金合金耐蚀材料耐蚀材料2、Al-Cu合金系的耐蚀性合金系的耐蚀性有剥蚀现象（特别在海洋大气中）。有剥蚀现象（特别在海洋大气中）。容易产生容易产生“白斑黑心白斑黑心”的点蚀。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。蚀。有一定应力腐蚀的倾向。有一定应
13、力腐蚀的倾向。耐蚀材料耐蚀材料3 3、合金元素的影响：、合金元素的影响：镁含量镁含量2%范围内，随着含镁量的提高，强度提高，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）。上析出了杂质铜）。主要强化元素，提高强度（主要强化元素，提高强度（CuAl2强化相）；但随着含铜量的增加，强化相）；但随着含铜量的增加，耐蚀性下降，点蚀和晶间腐蚀敏感性增加。耐蚀性下降，点蚀和晶间腐蚀敏感性增加。铜：铜：镁：镁：耐蚀材料耐蚀材料 消除铁的有害作用，提高耐蚀性、耐热性和一定的强度，
14、降低消除铁的有害作用，提高耐蚀性、耐热性和一定的强度，降低塑性。塑性。锰：锰：铁，硅：铁，硅：钛，钛，Zr:细化晶粒，减少开裂倾向。细化晶粒，减少开裂倾向。是杂质元素，降低耐蚀性和塑性。是杂质元素，降低耐蚀性和塑性。耐蚀材料耐蚀材料8.3.4Al-Zn-Mg-Cu合金合金1、合金特点：、合金特点：Al-Zn-MgAl-Zn-Mg合金：经适当的热处理后，强度可达合金：经适当的热处理后，强度可达500MPa 500MPa，有，有优良的焊接性能。优良的焊接性能。Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu合金：强度可达合金：强度可达600MPa600MPa，是铝合金中强度最高，是铝合金中强度最高的一
15、类（可以称的一类（可以称“超硬铝超硬铝”）耐蚀材料耐蚀材料2、耐蚀性：、耐蚀性：Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu合金：应力腐蚀开裂敏感性大，还有晶间腐蚀和剥合金：应力腐蚀开裂敏感性大，还有晶间腐蚀和剥蚀倾向。蚀倾向。Al-Zn-Mg合金：应力腐蚀开裂敏感性大合金：应力腐蚀开裂敏感性大耐蚀材料耐蚀材料3、合金元素的影响：、合金元素的影响：Zn/Mg Zn/Mg比值过高过低都降低耐蚀性，当比值过高过低都降低耐蚀性，当Zn+Mg=8.5%Zn+Mg=8.5%，Zn/Mg=2.7Zn/Mg=2.73 3时，抗应力腐蚀性能最佳。时，抗应力腐蚀性能最佳。Zn/Mg：铜铜改善时效组织，提高强度和
16、塑性，提高抗应力腐蚀能力。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。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。）（原因：提高再结晶温度，阻碍结晶过程进行，阻止晶粒长大。）耐蚀材料耐蚀材料8.4 铝合金常见的几种腐蚀破坏形式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。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 点蚀点蚀1 1、发生点蚀的主要环境、发生点蚀的主要环境耐蚀材料耐蚀材料2、引发点蚀的条件、引发点蚀的条件 （1）水中必须含有能
17、抑制全面腐蚀的离子，即能保持保护膜的）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：离子（如：SO42-，SiO32-，PO43-等）。等）。（2）水中含有能局部破坏钝态的离子，如氯离子。）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极反应的氧化剂。）水中必须含有促进阴极反应的氧化剂。耐蚀材料耐蚀材料3、点蚀的形成过程、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
18、反应（主要是阴极反应（主要是H H+或氧化剂被还原），生成的铝离子同水中或氧化剂被还原），生成的铝离子同水中OHOH-结结合生成氢氧化物，使该处合生成氢氧化物，使该处pHpH值局部降低，呈酸性。使氯离子进一步值局部降低，呈酸性。使氯离子进一步富集，继续破坏钝化膜，形成蚀坑。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，含铜的铝合金耐点蚀性最差，Al-Mn,Al-Mg合金耐点蚀性较好。合金耐点蚀性较好。4、铝合金的耐点蚀性、铝合金的耐点蚀性耐蚀材料耐蚀材料5、防止铝合金点蚀的措施、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（减弱微电池的腐蚀尽量减少溶氧，氧化性离子，减
19、弱阴极反应（减弱微电池的腐蚀电流的作用）。电流的作用）。提高水质，减少水中活性阴离子（如：提高水质，减少水中活性阴离子（如：Cl-等）的浓度。等）的浓度。铜离子是铝发生点蚀的原因之一，应尽量去除。铜离子是铝发生点蚀的原因之一，应尽量去除。外加电化学保护（外加电流对铝材进行阴极保护）。外加电化学保护（外加电流对铝材进行阴极保护）。耐蚀材料耐蚀材料8.4.2铝合金的晶间腐蚀铝合金的晶间腐蚀1、腐蚀原因、腐蚀原因 2 2、防止铝合金的晶间腐蚀的措施、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。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。通过正确的热处理工艺消
20、除第二相的析出。耐蚀材料耐蚀材料8.4.3应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂应力作用加上晶间腐蚀的因素。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，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。应力腐蚀破裂敏感性越大。1、产生原因、产生原因2、产生的环境、产生的环境不含氯离子的高温水中和蒸汽中也会发生。不含氯离子的高温水中和蒸汽中也会发生。耐蚀材料耐蚀材料 主要是高强度的铝合金。如主要是高强度的铝合金。如Al-CuAl-Cu，Al-Cu-MgAl-Cu-Mg，特别是，特别是Al-Zn-Al-Zn-MgMg和和Al-Zn-Mg-Cu
21、Al-Zn-Mg-Cu系列合金。系列合金。合金化。在高强度的铝合金加微量的合金化。在高强度的铝合金加微量的Mo、Zr、V、Cu、Cr、Mn等。等。3、容易产生应力腐蚀开裂的合金、容易产生应力腐蚀开裂的合金4、防止措施、防止措施适当的热处理。（如固溶处理加时效处理）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）。消除张应力（高温过时效）或赋予表面压应力（喷丸处理）。耐蚀材料耐蚀材料 高镁合金和高镁合金和Al-Cu-MgAl-Cu-Mg合金，随二次相（合金，随二次相（相）增多。变形量增相）增多。变形量增大，晶粒被拉得越长，剥蚀的敏感性越大。大，晶粒被拉得
22、越长，剥蚀的敏感性越大。8.4.4铝合金的剥蚀铝合金的剥蚀 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。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、剥蚀特征2、剥蚀发生的条件、剥蚀发生的条件耐蚀材料耐蚀材料沿晶界形成阳极网络（沿晶界形成阳极网络（相为阳极网络近道）。相为阳极网络近道）。（1 1）加入合金元素细化晶粒。如：）加入合金元素细化晶粒。如：Cr,Mn,BCr,Mn,B等。等。3、剥蚀发生的原因、剥蚀发生的原因4、剥蚀防止措施、剥蚀防止措施（2）合理选择和控制变形量和热处理工艺。）合理选择和控制变形量和热处理工艺。
