第8章-铝及铝合金的耐蚀性.ppt

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 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1 3um 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 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 HF H3PO4 HCl HNO3 H2SO4 2 在碱性介质中的腐蚀速度的顺序为 NaOH Na2CO3 NH4OH Na2SiO3 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耐蚀性 当Zn Mg 8 5 Zn Mg 2 7 3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