用一种铝锰合金防锈铝代替工业纯铝作为冰箱蒸发器管铝代铜部分材料研究

1、分类号密级 (宋体小五号) UDC 本 科 毕 业 论 文（设计）(宋体小初号) 用一种铝锰合金防锈铝替代工业纯铝作为冰箱蒸发器管铝代铜部分材料的研究 学生姓名 曲俊 学号 140122006022 (黑体三号) 指导教师 尹衍升 (黑体三号) 院、系、中心 材料科学与工程研究院 (黑体三号)专业年级 高分子材料与工程2006级 (黑体三号) 论文答辩日期 年 月 日 (黑体四号)中 国 海 洋 大 学（楷体小二）24用一种铝锰合金防锈铝替代工业纯铝用一种铝锰合金防锈铝替代工业纯铝作为冰箱蒸发器管铝代铜部分材料的研究作为冰箱蒸发器管铝代铜部分材料的研究 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员

2、签字： 摘要 经过广泛调研和理论分析，确定铝锰合金防锈铝为冰箱蒸发器管铝代铜部分的预选材料。主要利用电化学手段对材料进行研究，即模拟材料在冰箱环境中的腐蚀过程（点蚀的发生扩展钝化），对包括不同热处理工艺的防锈铝合金和工业纯铝的抗点蚀性（点蚀发生及钝化的倾向性，点腐蚀扩展速率）作出判断，结果表明：在模拟的冰箱环境里，3003的抗均匀腐蚀性逊色于1060，但3003具有比1060更好的抗点蚀性及再钝化能力，在发生强腐蚀时的点蚀扩展倾向小于1060。热处理方面，均匀化退火处理可以优化铝合金的耐蚀性，提高点蚀再钝化能力。关键词： 电化学 抗点蚀 防锈铝 工业纯铝AbstractMain advanta

3、ge of electrochemical methods to study the material, that material in the refrigerator simulation environment (mass fraction of 3% NaCl solution) in the corrosion process (the occurrence of pitting corrosion - Extension - passive), use of anti-rust aluminum ( include the different production process

4、es) and industrial pure aluminum pitting resistance (pitting tendency to occur and passivation, pitting corrosion propagation rate) to make judgments, the results show that: 3003 uniform corrosion resistance inferior to 1060, but the stability of 3003 potential is always lower than 1060, in the chlo

5、ride-rich environment, 3003 is better than the 1060 pitting resistance and passivation ability, and 3003 at the time of occurrence of pitting corrosion strong tendency to expand less than 1060. Heat treatment, the uniformity of annealing the corrosion resistance of aluminum alloy can improve the abi

6、lity of pitting re-passivation Key words： electrochemical pitting resistance anti-rust aluminum industry aluminum目录1前言41.1课题的研究背景41.2铝代铜应用现状51.3铝代铜管的困难性61.4铝管腐蚀的原因分析71.4.1小孔腐蚀的定义81.4.2 小孔腐蚀的特征81.4.3小孔腐蚀机理81.4.5小孔腐蚀的危害101.5铝阳极在富氯离子环境中腐蚀行为的研究进展101.6课题主要研究内容111.7课题的研究目的和意义122实验简介132.1实验原料132.2实验所需样品和试剂

7、132.3实验测试方法142.3.1 电化学测试142.3.1.1 工作电极和NaCl溶液的制备142.3.1.2交流阻抗测试142.3.1.3 循环阳极极化142.3.1.4 极化曲线的测量142.3.2腐蚀形貌观察金相显微镜分析。152.3.3 化学浸泡试验152.3.3.1 溶液的制备152.3.3.2样品制备152.4 实验仪器153实验结果与结论173.1交流阻抗173.2循环阳极极化183.3极化测试：203.4经极化处理后的材料金相213.5化学浸泡试验21参考文献23致谢：241前言1.1课题的研究背景随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，近年来我国制冷行业得到了迅速发展

8、，空调器、冰箱以及其它制冷产品的需求量越来越大，产量逐年增加。目前，从生产能力看，中国已成为世界空调器第一大产出国。各种制冷设备不仅给人们生活带来便利，在化工、医疗、食品及科研等许多方面也离不开它们的身影。制冷设备中比较有代表性的就是电冰箱与空调器，以此为例说明制冷设备的基本结构。电冰箱应具备制冷、保温、控温三项基本功能，因此所有的冰箱在整体结构上都具有与之相应的三个组成部分，即制冷系统、电器控制系统、箱体及隔热保温系统。空调器与电冰箱相似，主要由制冷系统、空气循环系统、电控系统以及箱体组成。制冷系统是制冷设备的最重要组成部分，除了包括压缩机和节流机构外，主要是一些换热设备，如蒸发器、冷凝器和

9、回热器等。这些换热设备统称为制冷换热器。在制冷系统中，换热器的性能直接影响设备的制冷性能1。与压缩机相比，制冷换热器的金属消耗量大，体积大，它的重量要占整个设备重量的50%70%，它所占据的空间直接影响设备的体积大小。所以，设计结构紧凑、传热性能良好的换热器对于减轻整个装置的重量和体积具有现实意义。铜具有良好的导电、导热性能、耐腐蚀性能及钎接性能，能很好的符合制冷管路系统要由致密性、导热性能、弯曲性能、连接性能及耐蚀性能良好的材料构成的要求。但寻找一种性能相近、价格较低的材料代替铜已成为制冷行业生产中2不可忽视的重要问题。这主要是基于两方面原因：一是铜价的飙升。国际上矿产商限产、新老铜矿的交替

10、出现断档、铜资源的短缺、用铜行业生产规模迅速扩张等，必将导致铜价在今后保持一个较高的水平，并呈不断增长的趋势，铜价上涨不仅仅是产品利润压缩的问题，铜资源的枯竭会使整个行业丧失竞争力，因此，寻找新材料代替铜的问题关系到行业的生存，意义重大。二是制冷行业如空调等的利润逐步走低。例如空调行业在上世纪90年代初，在国内刚起步时属于暴利行业，但随着市场的扩大和竞争加剧，利润逐年下滑。在这种行业环境下，寻找铜的替代材料也就成为一种迫切需求。铝在地壳中的蕴藏丰富，分布广，据统计，地壳中铁占4.7%，铝占7.5%，比所有有色金属的总合还要多。由于发电事业的飞速进步，电冶铝得到迅速发展，1995年铝的世界年产量

11、已超过了铜的世界年产量，目前铝的世界年产量已远远超过1000万吨，铝在所有金属结构材料中的比重还在不断增加。而我国铝矿资源丰富，保有储量为22.73亿吨，居世界第四位。所以，从资源的使用方面来看，铝能成为铜的替代材料之一。铝的密度小，延展性好，具有优良的导电和导热性能，耐蚀性良好。铝的导热率接近铜，实验证明铝代铜作制冷管路可以满足制冷性能的要求。而且铝的导热率比铜小（铝2.34、铜3.97，单位：W/cm.）,铝代铜可以减少温度的散失，提高保温效果，更易达到节能的目的。从材料性能上看，铝管的韧性高，比铜管更易弯曲，便于安装。而且铝的比重小，可以减轻机械构件的质量，铝的市场价格也比铜低，所以用铝

12、代铜不仅可以明显地降低制冷设备的制造成本，而且不降低冰箱性能，同时还可以减少由于铜管而带来的蚁巢腐蚀问题，因此铝代铜已成为一种趋势2。1.2铝代铜应用现状（1）空调、冰箱行业的替代空调铜铝连接管两端采用50mm铜管，中间则采用2根壁厚0.7mm长3.5m铝管；节铜1.1kg/台，降低成本40元/台。2007年12家大型空调企业消费量1000万套，节铜1.1万吨。生产商：青岛海青机械厂铜铝复合管9.52/7.94×0.5mm用于冷凝器与蒸发器。生产商：江苏兴荣高科 全铝换热器铝制翅片式换热器、铝制平行流换热器（单冷型）生产商：三花制冷集团   TCL 中央空调发卡管

13、、管路冰箱蒸发器管铝管。应用企业：海尔、海信、美菱冰箱回气管铝管。应用企业：奥马、西门子 据国际KFB调查报告：2007年全球空调铜铝连接管使用率55%（含开利、LG、日本多久）中国冰箱冷凝器与蒸发器铝代铜率约80%  （2）电线电缆行业的替代铝导线替代铜导线：电工铝线、铜包铝排；铜包铝线替代铜线：铝代铜漆包线应用于小型家电电机（3万吨/年；降低成本20%）；铜包铝线2006年消费5万吨，80%应用于通信视频线缆；铝芯电缆替代铜芯电缆；2007年中国电线电缆行业铝代铜估计有15万吨。 变压器绕组线的替代铝变压器部分替代铜制变压器。铝变压器会降低成本，但铜变压器使用寿命更长。 （3）电

14、子材料行业的替代功率模块中的替代高纯铝基片CPU散热片的替代铝质散热片印刷电路配线板的替代电器自动控制系统的配线板是用粘贴在绝缘膜上的铜箔经过腐蚀后构成电路，现在部分改为铝箔。(替代优势:配线板重量减轻65%；价格只有铜箔的25%；铜箔电路厚度0.018mm0.035mm，而铝箔仅0.007mm；铜箔配线宽度为0.6mm，而铝箔仅为0.15mm)。接插件（中低档）的替代铝质接插件  （4）在其他行业的替代汽车用铝散热器（水箱）在轿车、轻型车上已大部分替代铜散热器；建筑行业的装饰制品、水管道、采暖散热器部分由铝与铝塑复合产品替代家具、工业用途的高压导体存在由铝材部分替代铜材的发展趋势；

15、 1.3铝代铜管的困难性在成本方面，全铝代铜是一个很好的方案，但它本身存在很多的困难。一方面铜管在一些制冷管路构件中仍是不可替代的，如干燥过滤管、毛细管、压缩机三管等，还是要采用铜管制作；另一方面制冷管路系统由许多部件组成，有许多接头需要连接，而铝管手工钎焊技术难度较大，全部采用铝管，不单是售后维修人员无法完成故障件的维修，即便是冰箱总装生产线，也不容易实现优质高效的焊接生产3。另外，一些制冷产品的管接头是靠机械密封完成的，如分体空调器内外机连机管就是螺帽压紧实现密封，显然采用铜管的机械密封性能也优于铝管的机械密封性能。这样，在制冷管路中又有铝管又有铜管，必然带来铜、铝的连接问题所以，在制冷管

16、路铝代铜技术中除了解决薄壁铜铝管焊接外，还应研究管路外部的防腐问题。近年来，由于价格等原因,传统的铜管蒸发器大多被铝管蒸发器取代，逐步由全铜管结构改为中间是铝管两端是铜管的铜铝铜结构形式，与铜管比较,铝管具有重量轻、成本低，金属强度高等优点,铝材在干燥的环境中有较好的耐蚀材料，这是因为铝材表面有一层较为致密的氧化膜，但是其致命的缺点是易发生点蚀，从而导致腐蚀局部破坏，蒸发器管一旦点蚀穿孔，整台冰箱即报废，国际化的白色家电生产商，如海尔集团，在经过了成本竞争战略的阶段，也越来越多地考虑产品的缺陷给企业声誉造成的巨大影响，因此冰箱蒸发器管的漏研究是企业亟待解决的问题。2000年以前制冷蒸发器管路都

17、是由TP2铜管或吹涨式铝板蒸发器构成，生产成本很高，但冰箱制冷蒸发器的漏率很低，渗漏故障多是由铜管与毛细管钎焊点渗漏、毛细管折断等原因引起4；2000年以后，为降低生产成本，制冷蒸发器逐步取消了吹涨式蒸发器，管板式蒸发器也逐步由全铜管结构改为中间是铝管两端是铜管的铜铝铜结构形式，2000年到2003年期间出现了比较多的铜铝接头渗漏（占内漏总量的75%）和铝管点蚀（15%）故障社返机，2003.11引入套管挤压电阻焊铜铝管方法取代了落后的摩擦焊接铜铝接头和储能焊接铜铝接头，一段时间内杜绝了铜铝接头渗漏故障，而铝管点蚀问题未能提出有效方法根治。图1.1 由X射线获取的存在点蚀的蒸发器管样品,来自故

18、障社返机铝管腐蚀现象 铝材的密度与铜材相比差距较大如照片3，但在干燥的环境中有较好的耐蚀材料，这是因为铝材表面有一层较为致密的氧化膜，但是其致命的缺点是易发生点蚀，从而导致腐蚀局部破坏，尤其是在含有氯离子的环境中存在较为严重的铝管腐蚀问题，从解剖结果分析发现腐蚀的现象有三种：一是点蚀（集中发生在冷藏蒸发器）；二是溃散状腐蚀；三是条状溃散状腐蚀，在制冷管路的腐蚀特点之一是全部自外向内发展，另一个特点是中一、中二、特冰三个冰箱事业部的冰箱内漏社返机铝管的腐蚀破坏位置相对集中，减震胶泥下、热缩管保护区内部铝管贯穿性腐蚀出现比例较大5。腐蚀方向的说明：从下面的图1中可以看出，未发生贯穿的点蚀，仅限于外

19、表面，铝管内部是光滑的，发生贯穿后的点蚀，也有从外部向内部腐蚀的明显特征。这与理论上发生点蚀必须具备的条件相吻合，铝管发生点状腐蚀的条件：1、铝管表面有缺陷或杂质；2、缺陷附近聚集了氯离子；3、缺陷附近聚集了水。在制冷系统中，受到制冷剂的严格要求，水和氯离子基本杜绝，因此，不存在管路内部发生点蚀的条件。 a b c（a：冷冻蒸发器铝管；观测其横截面，内表面（内圆弧）无腐蚀痕迹，腐蚀来源于外部； b：冷藏蒸发器铝管；观测其横截面，内表面（内圆弧）无腐蚀痕迹，腐蚀来源于外部；c: 冷冻蒸发器铝管；观测其横截面，下部为内表面（内圆弧）无腐蚀痕迹，腐蚀来源于外部。）图1.2 冷冻及冷藏蒸发器点蚀孔的高

20、倍分辨照片(a,b,c)1.4铝管腐蚀的原因分析 冰箱蒸发器管的漏研究实际上是解决点蚀问题，从现有的报道过的蒸发器铝管报废的情况分析来看，腐蚀发生的位置几乎都是局部的，失重很小的穿孔腐蚀，属于电化学腐蚀，其原因首先是含氯离子的溶液入侵铝管的钝化层，作为发生电化学反应的电解液；杂质元素的偏聚,形成的第二相与铝基体之间的电位差是发生点蚀的驱动力，形成大阴极（Al基体）和小阳极（点蚀处）的腐蚀原电池6。因此蒸发器管的漏蚀是外部环境因素和材料本身的缺陷共同作用的结果。以往的研究大多是针对外部环境的防腐蚀性研究，如改良钝化液，改进钝化工艺，改良能释放氯离子的冰箱胶带，发泡层，减震胶泥等等，但冰箱的生产、

21、使用过程有一些不可控的因素，所以这些手段不能从根本上解决点蚀问题，从对冰箱企业的调研发现，目前蒸发器管材料有向铜材回归的趋势，西门子公司也在试验用钢管来替代，但铜的使用必 然造成成本优势的下降，而钢材有发生均匀腐蚀的倾向，且导热性差于铝。铝管最易发生的是小孔腐蚀1.4.1小孔腐蚀的定义 金属的大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微。而局部地方出现腐蚀小孔并向纵深发展，这种现象称为小孔腐蚀，简称为孔蚀或点蚀（pitting corrosion）。 小孔腐蚀是一种破坏性和隐患很大的腐蚀状态。孔蚀时虽然失重不大，但由于阳极面积很小，因而腐蚀速度很快，严重时会造成管壁穿孔，造成油、水、气泄漏，有时

22、甚至造火灾、爆炸等严重事故。一般金属表面都可能产生孔蚀。镀有阴极保护层（Sn，Cu，Ni）的钢铁制品，如镀层不致密，则钢铁表面可能产生孔蚀。阳极缓蚀剂用量不足，则未得到缓蚀剂的部分成为阳极区，也将产生孔蚀。1.4.2 小孔腐蚀的特征 （1）小孔腐蚀的产生与临界电位有关。只有金属表面局部的电极电位达到并高于临界电位时，才能产生小孔腐蚀，该电位称为小孔腐蚀电位或击穿电位（Ebr）。 （2）小孔腐蚀发生于有特殊阴离子的介质中，这些特殊阴离子导致金属表面膜的不均匀破坏。溶液中存在活性阴离子是发生小孔腐蚀的必要条件。 （3）小孔腐蚀多发生在表面生成钝化膜的金属或合金上，如不锈钢、铝及铝合金等，在这些金属

23、表面局部钝化膜发生破坏，裸露基体金属区域与膜未破坏区域形成小阳极大阴极的活化屯化腐蚀电池，腐蚀向纵深发展成为蚀孔。（4）铝合金在3·5%NaCl溶液环境中,由于Cl-的半径小、穿透力强,极易穿透溶液破坏铝合金零件表面的氧化膜,使铝合金表面的氧化膜最先受到破坏。氧化膜遭破坏后,呈活化状态的铝合金为腐蚀电池的阳极,未受破坏的保持钝态为阴极,组成活化-钝化电池,起初很小的破坏点就形成了小阳极大阴极,很快产生较深的点腐蚀。点腐蚀产物体积膨胀,容易使经挤压成型、晶粒扁平的铝合金因腐蚀产物的“楔入效应”而形成晶界腐蚀乃至剥蚀腐蚀。1.4.3小孔腐蚀机理 小孔腐蚀包括小孔成核和小孔生长两个过程。

24、（1）小孔成核   根据钝化吸附理论，蚀孔是由于腐蚀性阴离子在钝化膜表面上吸附后穿过钝化膜所致。在小孔腐蚀的初始阶段，一般有一个诱导期。这时由于处于钝态的金属仍有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和修复（再钝化）处于动态平衡。当介质中含有活性阴离子（如氯离子）时，平衡受到破坏，溶解占优势，其原因是氯离子优先选择性地吸附在钝化膜上，把氧原子挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑，孔径多数在2030m之间。这些小孔坑被称为孔蚀核。 在大多数情况下，蚀核将继续长大。当孔蚀核长大到一定临界尺寸时（一般孔径大于30m），金属表面出现宏观可

25、见的蚀孔，蚀孔出现的特定点称为孔蚀源。 在外加阳极极化的条件下，介质中只要含有一定量的氯离子便可能使蚀核发展为蚀孔。在自然腐蚀的条件下，含氯离子的介质中有溶解氧或阴离子氧化剂（如FeCl3）时，亦能促使蚀核长大成蚀孔。氧化剂能促进阳极过程，使金属的腐蚀电位上升至孔蚀临界电位以上。（2）小孔生长在小孔生长初期，孔内发生金属溶解，金属离子浓度升高并发生水解生成氢离子，使附近溶液中的pH值下降，形成一个强酸区，加速了金属的溶解，使腐蚀加剧。同时，在邻近孔内发生氧的还原由此可见，在蚀坑内部阳离子的过多积累，使氯离子向孔内迁移而富集；金属离子的水化，使孔内溶液酸化，随后使致钝电位升高；孔内溶液浓度加大，

26、导电性提高，氧的供应困难（除了扩散困难外，还由于氧在孔内溶液中溶解度降低)。所有这些，均阻碍了孔内金属的再钝化，也就是说，孔内金属处于活化状态。 在蚀坑口部：形成一层水化物的外皮，阻碍了扩散和对流，使孔内溶液得不到稀释。蚀坑周围：由于腐蚀电流而得到阴极保护；由阴极反应产生的碱能促进钝化，因而阻抑了蚀坑周围金属的腐蚀。使阴极电位保持在孔蚀电位之上，而孔内电位处于活化区，因而使小孔进一步加深7。图1.3 点蚀形成示意图1.4.4影响小孔腐蚀的因素 （1）金属的性质   金属的孔蚀电位越高。则越不容易发生小孔腐蚀。具有自钝化特性的金属或合金，对孔蚀的敏感性较高。钝化能力越强差则敏

27、感性越高。（2）金属的表面状态  一般来说，光滑和清洁的表面上不易发生孔蚀，而积有灰尘或各种金属和非金属杂质的表面，则容易引起孔蚀。经冷加工的粗糙表面或加工残留在表面上的焊渣，在这些部位上往往易引起孔蚀。 （3）环境因素   大多数的孔蚀都是在含氯离子或氯化物的介质中发生的。实验表明，在阳极极化条件下，介质中只要含有氯离子便可使金属发生孔蚀。所以，氯离子又可称为孔蚀的“激发剂”。而且随着介质中氯离子浓度的增加，孔蚀电位下降，使孔蚀容易发生。 在碱性介质中，随pH值升高，使金属的Ebr值显著的变正，减缓孔蚀的发生。在酸性介质中pH值的影响有不同的看法，一些研究者发现

28、随pH值的升高，Ebr值稍有增加，另一些研究者则认为pH值实际上对Ebr值没有影响。介质温度升高，金属的Ebr值显著降低,使孔蚀加速。介质流动将减慢孔蚀的发生。介质的流速增大一方面有利于溶解氧向金属表面的输送，使钝化膜容易形成；另一方面可以减少沉积物在金属表面沉积的机会，从而减少孔蚀发生的机会。1.4.5小孔腐蚀的危害 在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%25%。 流动不畅的含活性阴离子的介质中容易形成活性阴离子的积聚和浓缩的条件，促使点蚀的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易发生点蚀。PH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。 氧化性金属离子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促进

29、点蚀的产生。但某些含氧阴离子（如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等）能防止点蚀。点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严重事故，危险性很大。点蚀会使晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型腐蚀的起源.1.5铝阳极在富氯离子环境中腐蚀行为的研究进展 B.Davo、J.J.de Damborenew11等通过对铝合金AA8090的研究，Aramaki认为铈和镧的氧化物膜的形成不但和氧的还原反应程度有关，而且H+在成膜的过程也起到了很重要的作用。近些年来，人们发现铝阳极表面的钝化膜形成和铝表

30、面阴极有关。Isaacs研究了AA2024Al-Cu在含有铈盐的3.5NaCl溶液中缓蚀机理。结果表明，缓蚀过程与阴极区表面铈的富集有关。人们研究铝阳极在3.5%NaCl中腐蚀行为机理的过程中，逐渐发现点蚀在金属的腐蚀中很普遍，而Cl-则和点蚀的发生有着千丝万缕的联系。早期的Foley和Nguyan的研究表明，在氯化物的水溶液中，铝在溶解过程中将出现Al(OH)Cl和Al(OH)C1两种化合物，发生下列反应，裸露的Al表面快速电离，Al3快速水解。Al的氢氧化物与氯化物反应： 随后与水反应形成酸的体系： 近些年人们又有了新的发现。L.M.Serna等12研究了Cl-对铝点蚀行为的影响。他们的结

31、论支持了临界Cl-分布点蚀理论的正确性。O.Seri等研究了Al-Fe-Si金属间化合物对铝合金1100点蚀的影响，研究结果表明化合物中铁离子的含量越高，缓蚀剂越能更早的阻止合金点蚀的发生13；在点蚀孔洞底部还发现了金属间化合物的存在，而且无论铁含量的高低，化合物都将做阴极。一些文献还对影响孔蚀的各种因素进行了研究：Chett J.Boxley等对在NaCl溶液中氧化铝的溶解速率和Al的孔蚀电位之间的关系进行了研究。Sri.Pyun等研究了在0.1mol的NaCl溶液中加入SO42-和NO3-对纯铝孔蚀的影响。Z.Wei等人的研究表明表面活性剂缓蚀剂对孔蚀影响和温度有关14。D.Bengtss

32、on Blucher等研究了CO2和温度对孔蚀的影响。此外，当环境因素以及电解液本身条件改变时，对于铝阳极腐蚀行为的影响也是很大的。Abdel Salam Hamdy等。以AA6061T6铝合金为研究对象，对铝阳极进了不同的预处理，研究结果表明Ce3+对孔蚀有着很好的抑制作用15。A.Aballe等对样品表面的抛光程度对合金的点蚀行为的影响做了研究。他们利用不同目数的砂纸分别对铝合金AA5083进行打磨，结果表明随着砂纸目数的增加，铝合金表面的点蚀程度越厉害。他们解释说，砂纸的目数的越高，铝合金表面就越光滑，而金属间化合物暴露在金属表面也就越多，而这些金属间化合物在铝合金中的腐蚀中起到阴极的作

33、用16。铝锰防锈合金LF21M由于其较好的耐蚀性而得到了广泛应用,北京航空航天大学的黄巍等人采用中性盐雾试验对LF21M材料的耐蚀行为进行了考察9,结果表明:LF21M铝合金在潮湿的含氯离子环境中容易诱发点蚀,但腐蚀后的材料表面覆盖有一层薄而致密的Al2O3氧化膜,该氧化膜可有效地延缓腐蚀的继续发展,从而使材料的耐蚀能力有所提高。林乐耕等人对实海暴露錳铝合鎂铝合金的耐海水腐蚀性研究，提出类似观点.黄桂乔在对38种合金的16年期海水暴露试验中，总结规律，提出稳定电位越负的防锈铝合金其耐海水腐蚀性越好，蚀孔深度远小于工业纯铝31.6课题主要研究内容本文以铝（1060）和铝合金（3003）作为研究对

34、象，研究了他们为阳极在3%NaCl溶液中的放电影响因素、溶解行为，在3%NaCl溶液中的耐蚀机理三个方面，研究铝阳极的腐蚀电化学行为具体的研究内容如下：(1)采用循环阳极极化(EI曲线)对两种材料进行实验。通过对不同材料点蚀电位的不同比较其抗腐蚀和抗点蚀的能力(2)采用电EIS、Tafel曲线，从电位，图像等3%NaCl溶液中溶解行为的影响进行了研究。其中重点利用EIS若干模型对所测得的不同材料下得到的EIS谱图进行了解析，进而比较其抗腐蚀能力。(3)采用Tafel曲线、EIS等电化学测试手段，并结合金相等表面分析手段，对铝在3%NaCl溶液中的耐蚀性和耐蚀机理进行研究。1.7课题的研究目的和

35、意义(1)从研究的意义上，工业纯铝用作冰箱蒸发器管材料的点蚀问题一直未得到有效控制，成为铝代铜项目的瓶颈。而用防锈铝替代工业纯铝作为冰箱蒸发器管铝代铜部分的材料，目前国内外没有类似的研究，还处于空白，如果能结合成本控制等方面，将有极大的应用价值，而且能有效地加速和扩展铝代铜的应用前景(2)从企业角度，有利于企业声誉的提升和成本的降低。2实验简介 2.1实验原料合金牌号SiFeCuMnMgAl10600.250.350.050.030.03Bal30030.60.70.05-0.20(0.15)1.0-1.5/Bal表2.1工业纯铝（1060）和铝合金（3003）的化学成分比较 (1）3003的

36、主要合金元素Mn，能阻止合金的再结晶过程，提高再结晶温度，显著细化再结晶的晶粒，Mn固溶于铝中可提高再结晶温度20-100K，对再结晶晶粒细化主要是通过Al6Mn弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。Al6Mn除了能提高合金的强度，细化再结晶晶粒外，另一个重要的作用是能溶解杂质铁，形成Al6（Fe、Mn），减少铁的有害影响，同时Al6Mn的电极电位与铝的电极电位相等，抗腐蚀性能良好。因此Mn的加入，既能提高合金的力学性能，又不使抗腐蚀性能下降，还能保持合金有较好的塑性。(2）3003铝合金中的Cu含量为0.05-0.20，可改善合金的腐蚀性能，由点腐蚀向均匀腐蚀转变。(3）合金元素的引入可和有效

37、提高蒸发器管的强度，减少加工及装配造成的损伤。2.2实验所需样品和试剂样品： 1060-连续挤压3003-连续挤压试剂：丙酮；无水乙醇；NaCl；蒸馏水；称量纸、AB胶、铜导线、饱和KCL参比电极铂电极、100ml量筒×1，1000ml烧杯×1，砂纸（400，800,1000，1200，1500，2000目）试管刷、玻璃棒等。2.3实验测试方法2.3.1 电化学测试利用电化学工作站，测试铝管为工作电极组成三电极体系分别进行交流阻抗，循环伏安测试和极化曲线的测量。2.3.1.1 工作电极和NaCl溶液的制备取待测试电极，分别用600、800、1000目的砂纸进行打磨，并进行抛

38、光处理。用无水乙醇和丙酮混合溶液脱脂，超声清洗10min，吹干，待用。用导线穿过材料上预留的小孔并固定。将AB胶混合均匀后涂在样品表面（未经处理一面），使其在打磨面留下10mm*10mm的工作面积，待胶水凝固后，可进行实验。取30.0g NaCl溶于1000ml蒸馏水中，玻璃棒搅拌，配成溶液。用保鲜膜封住烧杯口待用。2.3.1.2交流阻抗测试（1）将电极片于测试液中下半部浸泡30min；（2）打开仪器，连接电路；（3）待仪器预热完，打开测试软件，设定适当参数，等待电压（电流）稳定；（4）进行阻抗测试，储存数据待用；（5）重复试验，获取更多试验数据。2.3.1.3 循环阳极极化（1）将电极片于测

39、试液中下半部浸泡10min；（2）打开仪器，连接电路； （3）打开测试软件，设定适当参数，待电压稳定后，扫描速率为2mv|s，电流达到10ma时进行反向扫描，实验结束后储存数据待用。（4） 重复试验，获取更多试验数据。2.3.1.4 极化曲线的测量 1）将电极片于测试液中下半部浸泡10min；（2）打开仪器，连接电路； （3）打开测试软件，设定适当参数，待电压稳定后进行实验，实验结束后储存数据待用。（4） 重复试验，获取更多试验数据。2.3.2腐蚀形貌观察金相显微镜分析。 将进行过极化实验的样品进行打磨，在金相制备仪器中加入电木粉，在120下挤压制成样品，放在显微镜下观察其截面腐蚀情况，判断材

40、料的抗腐蚀性能用显微镜（*100、*400、*1000）对经过腐蚀的样品的表面进行观察，比较材料表面点蚀的严重程度，扩展倾向，是否晶间腐蚀等，判断材料的抗腐蚀性能2.3.3 化学浸泡试验2.3.3.1 溶液的制备（1）将分析纯的氯化钠溶于符合GB/T6682规定的三级水中，使其质量浓度为50g/L±550g/L。（2）在氯化钠溶液中加入分析纯的氯化铜（CuCl2·2H2O），使其质量浓度为0.26 g/L±0.02g/L。2.3.3.2样品制备用1000目的砂纸打磨，蒸馏水清洗，无水乙醇脱脂。试验前试样应彻底清洗干净，然后在2124的1：4（体积比）盐酸溶液浸泡2

41、 min，再用温热水冲洗，在温度为105的烘箱内干燥。实验方法：取300ml溶液倒入烧杯中，将样品完全浸入装有上述溶液的烧杯中，保证试样深度大于2cm，且不同试样在溶液中的深度相同，一保证恒定的供氧量，试样尺寸为3cm2 （2个工作面），即腐蚀液体容量与试样表面积的比率为100mlcm2 ，符合静态氧化试验的比率范围，将烧杯用保鲜膜密封，放入80干燥箱中，168h后取出观察。2.4 实验仪器KQ3200B 型超声波清洗器（昆山超声仪器有限公司）LK9805Z 恒电位仪（天津兰立科化学电子高技术有限公司）CS300 电化学测试系统（华中科技大学监制）DHG-9077 A型电热恒温干燥箱（上海精宏

42、实验设备有限公司）MDJ200 金相显微镜（DPTEC奥特光学）XQ-1型金相岩相试样镶嵌机IM6e 电化学工作站（德国ZAHNER公司）BS224S 电子天平Max220g d=0.1mg（北京赛多利斯科学仪器有限公司）3实验结果与结论3.1交流阻抗 图3.1 波特图图3. 2 波特图 图3. 3由图3.1的交流阻抗图可以看出,图3.1中1060的宽度比3003宽,图3.2中在低频区1060比3003高,以及图3.3中1060的半径比3003大,均可得到3003的抗均匀腐蚀型性逊色于1060。这是因为铝合金里面添加了更多的合金元素，会形成较多的第二相，因此更容易发生均匀腐蚀。1060正因为大

43、规模的均匀腐蚀不易发生,引起局部能量不均衡,才导致局部腐蚀推迟并爆发式产生。 3.2循环阳极极化在未作热处理30min保温24hours保温时间的三组平行试样中，整体的稳定电位依次变得更负，而且一定范围内保温时间越长，稳定电位也越负。材料及退火方式稳定电位（v）Al(均匀化退火保温30min)-0.722Alloy(均匀化退火保温30min)-0.739Al(均匀化退火保温24hour)-0.768Alloy(均匀化退火保温24hour)-0.788Al（未作热处理）-0.715Alloy（未作热处理）-0.737表3.2 几组不同热处理状态的1060和3003的稳定电位值比较由图表可看出：稳

44、定电位3003始终比1060低0.2mv左右，且经过热处理的样品的稳定电位比未经过热处理低，热处理时间越长稳定时间越低。图3.4 不同保温时间的循环阳极极化曲线材料及退火方式点蚀电位Eb(v)（击穿电位）保护电位Ep(v)Eb-Ep（v）Al(均匀化退火保温30min)-0.630-0.7250.095Alloy(均匀化退火保温30min)-0.642-0.7300.088Al(均匀化退火保温24hour)-0.694-0.7430.049Alloy(均匀化退火保温24hour) -0.721-0.7610.040表3.3不同保温时间的Eb和Ep 由图3.4循环阳极极化曲线显示，电位回扫时的峰

45、值电流密度，也是依次变小，说明在发生剧烈腐蚀（包括点蚀）时，蚀点的扩展倾向依次变小，表3.3中所示材料的点蚀电位（即击穿电位）Eb和保护电位Ep可以看出改为3003点蚀敏感性更强，但是经过均匀华退火的3003的再钝化能力显然好于1060（Eb-Ep的差值更小），这是由于发生点蚀后氧化程度加深, Al2O3氧化膜厚度增加阻碍腐蚀进一步发生9，3.3极化测试： 图3.5 极化曲线图 由图3.5可以印证我们之前的理论分析，点蚀发生在阳极区域，阴极区域没有发生点蚀，腐蚀电流也很小。材料腐蚀可认为包括两部分，均匀腐蚀和点蚀，均匀腐蚀贯穿整个过程，在曲线的阳极部分，当扫描电位越过击穿电位时，电流急剧增加，

46、此时试样表面肉眼可见剧烈反应，点蚀电流在总电流中占据主导地位，继续扫描由于生成了氧化物膜层等钝化因素，使点蚀扩展速度趋缓，电流增长速度变慢，因钝化后3003的电流比1060小，所以3003的钝化能力好于1060 3.4经极化处理后的材料金相图3.6 3003的极化金相图（*400） 图3.7 1060的极化金相图（*400）图为经过极化试验的试样的截面和表面的金相照片（均为试样的400倍 金相照片）由图中可以看出点蚀的存在，1060的点蚀数量比3003多，且1060的点蚀扩展比3003明显，且证明了1060的点蚀比3003严重。由于蚀点周围存在金属光泽的区域，证明大规模的均匀腐蚀没有发生。3.

47、5化学浸泡试验 宏观检查：试样表面被红色的铜覆盖，将试样用水清洗后放入超声波清洗器中中超声，洗去表面的铜屑。在放大镜下，1060表面点蚀孔密集且较深，有的部位甚至出现穿孔，3003表面孔浅，腐蚀面积较大。金相观察：（*100） （*400） （*400） 图3.8全浸后1060的金相图 （*100）（*400） （*400） 图3.9全浸后3003的金相图 图为全浸后两种试样的金相图，由图中可以看出1060的点蚀坑小且密集，相比之下3003的点蚀坑数量少，坑面积较大。由截面图知1060的坑比3003的更深。 结论：均匀化退火使材料的稳定电位明显降低。 电化学测试在某些程度上模拟了点蚀的发生扩展

48、钝化，结果表明，3003的抗均匀腐蚀性逊色于1060，但3003的稳定电位始终低于1060，在富氯离子环境，3003具有比1060更好的抗蚀性即3003在发生强腐蚀时的点蚀扩展倾向小于1060。参考文献1 赵越 黄聿川 左铁军 实现铝代铜是制冷行业发展的必然趋势 家电科技.2007(9).-35-37 2Seong-woo Wooa,*, Dennis L. ONeal b, Michael Pecht c，Failure analysis and redesign of the evaporator tubing，Engineering Failure Analysis， xxx (2009) xxxxxx3黄桂乔，铝合金在海水中的耐蚀性与腐蚀电位的