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2000系、7000系鋁型材的耐腐蝕性為何差?
鋁型材廣泛應(yīng)用于各個行業(yè);選擇適宜各種用途的鋁型材時,必須考慮其腐蝕行為,特別是2000系、7000系;
1:鋁型材的腐蝕特征
(1)高強度鋁型材的耐腐蝕性差
由于分散相的存在導致鋁型材氧化膜存在缺陷,這些相和鋁型材之間的電位正負不同而發(fā)生接觸腐蝕;因此,鋁型材純度低,雜質(zhì)相多導致耐腐蝕性變差;尤其是可熱處理的鋁型材,使用析出硬化的形態(tài),形成大量的析出相加速腐蝕;另外,鋁型材材料中含有大量的合金元素,這些元素又殘留在陽極氧化膜中,使氧化膜的保護作用變?nèi)醵菀妆桓g;所以說,強度越高的鋁型材,耐腐蝕性越差;
(2)鋁型材中電位最負相的選擇性腐蝕
鋁型材中多種相相互混合存在的情況下,一般考慮的是接觸腐蝕,其中電位最負的相會被腐蝕溶解;因此,腐蝕形態(tài)與鋁型材的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系;例如,析出硬化型鋁型材容易在晶界形成較粗大的析出物,晶界的附近易形成固溶量少的無析出帶;如上所述,會選擇鋁型材中電位最負的晶界相腐蝕;
可熱處理合金焊接后,母材(基體)、熱影響區(qū)、焊接熔合區(qū)的金相組織存在差異,受熱之后,在形成各相之中最先腐蝕電位最負的相;例如,焊接的Al-Zn-Mg合金的熱影響區(qū)最容易腐蝕;這是因為在熱影響區(qū)生成了電位最負的MgZn2化合物(-1.05V);
2:2000系(Al-Cu)和7000系(Al-Zn-Mg)鋁型材耐腐蝕性差的原因
固溶體中的元素對表面氧化膜的形成過程幾乎沒有影響;
在析出的第二相與鋁型材基體的界面,會產(chǎn)生不連續(xù)陽極氧化膜的情況,從而帶來負面影響,并且不能固溶而形成金屬間化合物;所以界面會形成不完整的陽極氧化膜,進而發(fā)生局部腐蝕;這種情況下,從電化學角度來看,金屬結(jié)構(gòu)存在差異的各相之間電極電位有一定的正負順序,這是問題的關(guān)鍵;
析出第二相
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腐蝕電位/V
|
析出第二相
|
腐蝕電位/V
|
Si
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-0.26
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MnAl6
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-0.85
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FeAl3
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-0.56
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MgZn
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-1.05
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CuAl2
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-0.73
|
MgAl3
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-1.24
|
含Cu會引起耐腐蝕性降低,主要是因為隨著腐蝕反應(yīng)的進行,溶解的Cu會以金屬Cu的形式重新析出在鋁型材表面;在鋁型材表面重新析出的Cu,加快溶解氧或者氫離子的陰極還原反應(yīng)速度,進而加快腐蝕;另外,固溶Cu能夠提高基材的腐蝕電位;因此,2000系鋁型材的腐蝕電位是最正的;
例如,比鋁型材基體(約為—0.85V)電位正的析出相CuAl2、FeAl3作為鋁腐蝕時的陰極;只要有Cu,鋁就會作為陽極而發(fā)生腐蝕;Mg2Al3顯示負的電位也會作為陽極而發(fā)生腐蝕;
代表性鋁型材
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腐蝕電位/mV
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耐蝕性
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應(yīng)力腐蝕開裂
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剝落腐蝕
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強度、特征
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1100純鋁
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-725
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○
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無
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無
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-
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2024 Al-Cu
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-600
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×
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可能有
|
可能有
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超高強
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3003 Al-Mn
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-713
|
○
|
無
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有晶間腐蝕傾向
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耐點蝕優(yōu)越
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5052 Al-Mg
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-722
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○
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可能有
|
可能有
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中強度、耐海水性優(yōu)越
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6063 Al-Mg-Si
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-744
|
○
|
無
|
無
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高強
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7075 Al-Zn-Mg
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-675
|
×
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可能有
|
可能有
|
超高強
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3:2000系和7000系鋁型材的腐蝕特征
(1)2000系鋁型材
2000系鋁型材主要添加Cu、Mg等元素,是可熱處理型合金,常在汽車、飛機等零部件使用;力學性能優(yōu)異,但加工性、耐腐蝕性較差;即使是Cu含量很低的鋁型材,其耐腐蝕性也比其他系鋁型材差;耐腐蝕性也會隨著銅含量的增加而下降;
Cu是能明顯降低耐腐蝕性的元素,該系的鋁型材耐腐蝕性都不好;當進行時效析出處理時,會產(chǎn)生晶間腐蝕,發(fā)生腐蝕的可能性變大;
熱處理過程中,固溶Cu的分布會變得不均勻,所以2000系鋁型材熱處理條件比其他系鋁型材更能影響其耐腐蝕性;根據(jù)晶體內(nèi)部和晶界周圍固溶Cu濃度的不同,會產(chǎn)生腐蝕電位差,導致發(fā)生晶界腐蝕、剝落腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂;如果熱處理合理,固溶銅的濃度就會變得均勻,可以將腐蝕敏感性降低到最低;
(2)7000系鋁型材
該系鋁型材時主要添加Zn元素的可熱處理型合金,同時也可添加Cu、Mg、Cr、Zr等元素,在鋁型材中強度最高,主要應(yīng)用在航空領(lǐng)域;
因為Zn會降低鋁型材的耐腐蝕性,該系鋁型材的耐腐蝕性并不是很好,容易發(fā)生晶界腐蝕;7075等含Cu鋁型材的耐蝕性更差;因為固溶Zn會降低腐蝕電位,其腐蝕電位在鋁型材最低,所以在與其他鋁型材接觸時時陽極,能促進腐蝕反應(yīng);
在鋁合金中,7000系鋁型材的SCC敏感性最高,適當?shù)暮辖鸪煞趾驼{(diào)質(zhì)處理可以有效的回避應(yīng)力腐蝕;添加Cu元素一般能降低鋁型材的耐腐蝕性,但從耐應(yīng)力腐蝕開裂的角度來看,它是非常有效的添加元素;
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