铝合金的腐蚀特点及检验对策

铝合金的腐蚀特点及检验对策摘要：近年来，铝合金作为一种性能优越的金属材料在舰船建造上得到了广泛的应用，铝合金上层建筑及全铝合金结构船体的船舶数量急速增加，很多船采用5083-H116、5083-H321和5383-H321等铝合金作为舰体结构材料，6061-T6和6082-T6作为舰体挤压成型件（管材）及加固材料。与此同时，舰艇的铝合金结构的防腐蚀问题应该引起我们的高度重视。关键词：铝合金；腐蚀特点；检验对策舰船用铝合金典型腐蚀类型铝及其合金的腐蚀环境湿度临界值为76RH%，当环境湿度高于该临界值时，铝合金表面就会形成水膜，从而促使电化学腐蚀速率迅速上升。该值与铝合金表面状态紧密相关，当金属表面越粗糙、裂缝与小孔越多时，临界相对湿度值越低;若铝合金表面粘附易于吸潮的盐类或灰尘时，其临界值也降低。5系（Al-Mg）铝合金和6系（Al-Mg-Si）铝合金是应用最广的舰用铝合金，常见的腐蚀类型包括：均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。1.1均匀腐蚀在H3PO4或NaOH介质中，铝合金通常发生均匀腐蚀，此时金属表面的钝化膜会发生大面积均匀溶解，即全面腐蚀。1.2点腐蚀。点蚀是铝及其合金最常见的腐蚀类型，在海洋大气环境中，当空气湿度达到腐蚀临界值时，铝合金表面形成极薄水膜，使极性较强的Cl-进入于铝合金表面薄液膜。由于铝合金中组织的不均匀性，夹杂物或析出相附近生成的钝化膜较薄，电位较正，该处就容易吸附Cl-，当浓度达到一定值（使该处电位值达到临界点蚀电位）后就会穿透氧化膜到达金属基体。这时，钝化膜破裂点处作为阳极，未破坏处作为阴极，形成由氧去极化控制的小阳极、大阴极活化-钝化腐蚀原电池。铝合金点蚀原理如图1所示。图1铝合金点蚀原理示意图在中性和偏碱性环境下，铝的腐蚀原电池反应为：阳极：Al-3eTAl3+阴极：O2+2H2O+4eT4OH-总反应：4Al+3O2+6H2OT4Al（OH）3（假勃姆石）&由于破裂点处阳极电流密度非常大，该处就首先出现腐蚀孔，而有钝化膜区域受到阴极电流保护，继续维持钝态而不再继续腐蚀。这样，腐蚀孔就会进一步加深，并且导致H+富集，由此发生：Al+3H++3Cl-+nH2OTAlCl3-nH2O+3/2H2个这种蚀孔闭塞电池的自催化酸化作用导致铝合金腐蚀速率急剧增加，从而导致穿孔。若铝合金晶界处存在Al2Cu、Al3Fe等阴极相偏析，或者铝合金表面存在水化Cu2+、Fe3+等杂质离子，就会发生：Cu2++2eTCu或Fe3++3eTFe这种正电位金属的二次析出会大大加速阴极腐蚀电化学反应速率，导致铝合金迅速穿孔。英国BNFRMA实验室的研究表明，Cu2+在伦敦水中的引起铝合金点蚀的临界浓度值为0.2ppm〜0.5ppm。研究表明，高含量氯离子和成垢离子可强化Cu2+对铝合金的加速腐蚀作用，即使含量小于30用/L（0.03ppm）的Cu2+也能急剧提高铝合金的自腐蚀电位，诱发铝合金局部点蚀；但在软化水以及低盐度水中，铝合金受低浓度铜离子的影响较小。船舶用铝合金腐蚀防护技术现状2.1牺牲阳极阴极保护对于小型高速船，一般不采用外加电流阴极保护措施。目前国外最为普遍采用的是在艇体外板（有防腐涂层）设置牺牲阳极。铝合金本身相对钢、铜等材料来说是一种很好的牺牲阳极材料；对于铝船体，必须选用电极电位足够负的铝合金牺牲阳极来对它进行阴极保护，同时要考虑阳极具有良好的溶解特性及电位不能过负而导致铝发生碱腐蚀。目前，铝合金牺牲阳极材料的主要成分为Al-Zn-In-Mg-Ti；牺牲阳极使用螺栓固定，阳极中的“铁蕊〃必须使用铝蕊，螺栓必须使用铝质螺栓。但根据调研情况，东海某型艇体外板Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极由于快艇上排时间过长，牺牲阳极表面的腐蚀产物经过空气暴晒和干燥作用，形成坚硬的外壳，阻碍了牺牲阳极完全发挥保护作用。另外，目前仅有针对钢质船舶的牺牲阳极设计标准，还没有成熟的能适用于铝合金船舶牺牲阳极保护的相应标准规范和设计方法。随航速的变化，铝壳船船体湿表面的电位分布变化很大，牺牲阳极的数量、布置位置及平均保护电流密度值都缺乏设计依据。2.2铝合金船用防腐防污涂料铝合金船船底和水线以上部位所处的腐蚀环境不同，船底主要是天然海水的渗透侵蚀作用和水生物的附着，水线以上部位主要是盐雾腐蚀作用和大气老化作用，因此，船底和水线以上部位对防腐漆的要求不完全相同。船底防腐底漆应具有优良的耐海水腐蚀性能和优异的涂层附着力，如环氧聚酰胺类底漆；而水线以上部位的底漆应具有优良的耐盐雾性能，如环氧聚酰胺类底漆、聚氨酯类底漆和氯化橡胶类底漆。尤其是环氧树脂，由于具有耐水性好、对基体附着力强、与多种涂料配套性好等优点而得到广泛应用，通过添加各种防锈颜料，可满足多种条件下的防腐要求，在配套体系中应用最为广泛，如美国海军在铝壳艇中使用的就是双组分环氧底漆（IP公司的Interguard264系列、Epaint公司的EPPrimer1000等）。我国海军XX艇的防锈底漆为H900X环氧防锈漆。铝合金船水线及水线以下的船壳在海水环境中深受海生物之害，附着在船底的海生物不仅增大了阻力和额外重量，还加速铝合金的缝隙腐蚀。因此，除了要涂装防腐涂料外，还必须涂装防污涂料。早期的防污涂料采用有机锡、砷等有毒防污剂，随着环保法规的陆续出台，有机锡、砷等有毒防污剂的使用已受到限制，而在含氧化亚铜的防污涂料中，由于铜与铝之间电极电位的差别，会加速铝合金船的腐蚀，因此在铝合金船上使用的防污涂料应避免氧化亚铜的出现。现在普遍应用的是环保型无锡自抛光防污涂料和低表面能防污涂料。美国海军在铝壳艇的配套涂料中使用的就是3组分有机硅弹性体防污涂料和不含铜以及锡的单组分自抛光防污涂料，如IP公司的Intersleek425和Epaint公司的SN-1等。我国海军XX艇的防污漆为859长效船底防污漆，该漆不含有机锡D.D.T和氧化亚铜，符合国际海事组织有关控制船上使用防污涂料的国际规范。对于水线以上的部位，面漆则应具有良好的耐大气老化性、良好的光泽保持性以及装饰性，并且与底漆具有良好的配套性，可以采用聚氨酯类面漆、醇酸类面漆、丙烯酸酯类面漆等，现在通常采用的是聚氨酯类面漆。随着对涂料性能要求的不断提高，性能优越的氟碳涂料或者环氧、丙烯酸改性的氟碳涂料也开始应用到铝合金的配套涂层体系中。结论随着舰艇上铝合金材料的应用逐渐增多，舰艇用铝合金的防腐蚀问题应引起高度重视，必须建立健全舰船用铝合金防腐体系，立足于现有条件，从材料的选择、设计、保护和修补等方面，采取综合治理。同时还要不断积累资料，探索和研究更有效实用的防腐手段，使舰艇铝合金防腐问题得到有效的解决。参考文献：刘静