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鋁合金的腐蝕行為

作者：編輯：來(lái)源：發(fā)布日期： 2018.11.24

信息摘要：

在鋁合金系中，除了純鋁、Al-Mg和Al-Mn外，還有A1-Cu-Mg, AI-Cu-Mn,A1-Mg-Si-Cu, AI-Zn-Mg Cu…

分類鋁合金的腐蝕行為
在鋁合金系中，除了純鋁、Al-Mg和Al-Mn外，還有A1-Cu-Mg, AI-Cu-Mn,A1-Mg-Si-Cu, AI-Zn-Mg Cu和Al-Cu-Mg-Fe-Ni等系列。純鋁和鋁合金的腐蝕行為由于其組織內(nèi)有不同合金元素和金屬相，而使不同牌號(hào)的鋁合金具有不同的耐腐蝕性和腐蝕行為。
一、純鋁的腐蝕行為
純鋁根據(jù)純度又分為高純鋁和工業(yè)純鋁。但從整體來(lái)講，純鋁的機(jī)械強(qiáng)度都不高，但塑性好、耐腐蝕性能好。特別是純鋁的高可塑性和優(yōu)良的耐蝕性能在鋁制產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。本書(shū)所介紹的鋁合金表面紋理蝕刻技術(shù)中，純鋁的應(yīng)用占了較大比例，所以對(duì)純鋁腐蝕行為的探討更為重要。
鋁是一種活潑的兩性金屬，既能和酸發(fā)生反應(yīng)又能和堿發(fā)生反應(yīng)，特別是堿性溶液中，由于OH一的絡(luò)合催化作用，使鋁在純堿性溶液中呈均勻腐蝕，并隨pH值的升高或溫高的升高腐蝕速度也相應(yīng)增大。若提高鋁的純度，在相同條件下其腐蝕速度相應(yīng)減少。
純鋁的純度對(duì)鋁的腐蝕行為有影響，純度越高均勻腐蝕的傾向越大，也就越難達(dá)到所需要的紋理蝕刻效果。純鋁的主要雜質(zhì)是Fe和Si o Fe, Si雜質(zhì)含量高時(shí)，雖能提高強(qiáng)度但降低了塑性、電導(dǎo)率、抗蝕性并使氧化膜容易破壞。Fe在鋁中的溶解度很小，在共晶溫度(6550C)時(shí)只有。.052寫(xiě)，室溫時(shí)為0.002%o Fe與鋁形成硬而脆的針狀化合物FeAl3 0 Si同鋁不形成化合物，除溶解少量外，過(guò)剩的雜質(zhì)Si均呈游離狀態(tài)存在。由于Si和Fe同時(shí)存在于鋁中，因此實(shí)際上可把工業(yè)純鋁看成是Al-Fe-Si三元合金。在工業(yè)純鋁中，除了SiFeA13雜質(zhì)外，還能形成兩種三元化合物a.尹。當(dāng)Fe的含量大于Si時(shí)形成富鐵的a化合物(SiFe3 A12) ,呈骨架狀或團(tuán)塊狀。當(dāng)Si含量大于Fe時(shí)，則形成富Si的粗大針狀的盧相(Si2 Fee A19 )，它們對(duì)鋁的塑性均不利，尤其是后者。Fe和Si在工業(yè)純鋁中大都形成三元化合物，出現(xiàn)FeA13化合物或游離Si的機(jī)會(huì)很少。為了獲得晶粒細(xì)小、均勻、沖壓性能好的工業(yè)純鋁板材，應(yīng)使雜質(zhì)Fe的含量大于Si，以Fe/Si之比大于2-3為好。同時(shí)，宜添加Al-Ti或AI-Ti-B合金作為晶粒細(xì)化劑。總的來(lái)說(shuō)，純鋁的紋理蝕刻性能都比較好，不管是用單一的酸性或者是堿性蝕刻液都能得到較好的紋理效果。對(duì)于需要粗糙度大的表面效果，用酸一堿二步法亦能得到很不錯(cuò)的效果。特別是1050和1010，經(jīng)酸一堿二步法蝕刻后紋理均勻性極好。在常用材料中，韓國(guó)材料紋理細(xì);臺(tái)灣材料紋理細(xì)且具有勻細(xì)的絲紋;日本住友公司的高光純鋁，經(jīng)蝕刻后表面容易有明顯的絲紋效果;國(guó)產(chǎn)材料質(zhì)量不很穩(wěn)定，如是質(zhì)量好的國(guó)產(chǎn)鋁材，紋理蝕刻效果很不錯(cuò)。國(guó)產(chǎn)鋁以L6用得較多，紋理效果和進(jìn)口鋁材相比也毫不遜色。再加上國(guó)產(chǎn)材料占有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在生產(chǎn)上可做優(yōu)先考慮。
二、鋁合金的腐蝕行為
I.防銹鋁的腐蝕行為
(1) Al-Mn防銹鋁合金的腐蝕Al-Mn合金是變形鋁合金中應(yīng)用很廣的一種合金材料。它的機(jī)械強(qiáng)度較純鋁高，塑性好，焊接性能好，Mn對(duì)鋁的電極電位幾乎沒(méi)有影響，其抗蝕性能僅比高純鋁略低。
AI-Mn合金的主要相為MnA16，它的電位幾乎和純鋁相當(dāng)。Mn一方面是提高強(qiáng)度的元素，另一方面是中和Fe有害作用的元素，可使一部分FeAI:轉(zhuǎn)變?yōu)?FeMn) A16，當(dāng)針狀的FeA13轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺畹?FeMn) Alb以后就構(gòu)成了一個(gè)較弱的陰極相，便不易破壞表面的氧化膜，這些作用合金的腐蝕行為。 AI-Mn合金的腐蝕特點(diǎn)是容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕，特別是合金中Mn/Fe比減小時(shí)更易產(chǎn)生較深的點(diǎn)蝕(見(jiàn)圖2-13),這一點(diǎn)對(duì)合金的紋理蝕刻有利。合金中隨Mn元素含量增加，晶間腐蝕傾向增大，合金在淬火和退火狀態(tài)下，幾乎無(wú)晶間腐蝕，但在加熱緩冷條件下，則有晶間腐蝕傾向，這種合金腐蝕后易有晶紋再現(xiàn)，但這種合金沒(méi)有應(yīng)力腐蝕傾向。

Al-Mn系合金，國(guó)產(chǎn)只有LF21一種牌號(hào)，對(duì)應(yīng)美國(guó)鋁協(xié)屬于3003。這種合金經(jīng)單一堿性紋理蝕刻后表面是“砂”和“絲”的雙重效果，用于銘牌、面板絲網(wǎng)印刷前的底層裝飾處理時(shí)，有很好的裝飾性能。對(duì)于表面粗糙度要求較高的紋理，用酸一堿二步法蝕刻后，一般都是“砂”、“絲”雙重效果，由于不同加工工藝的差別，部分同類合金經(jīng)酸一堿二步法蝕刻處理后表面只是“砂”的效果，而“絲”的
效果幾乎沒(méi)有。在生產(chǎn)中要注意選擇同一合金加工商所提供的鋁材，這對(duì)于保證產(chǎn)品表面效果的一致性很重要。
(2) Al-Mg防銹鋁合金的腐蝕Mg在鋁中的固溶度較大，隨著合金中Mg含量增加，合金強(qiáng)度增加，塑性則有所降低，但其焊接性能和抗蝕性能卻很優(yōu)良。Mg降低了鋁合金電位，Al-Mg合金氧化膜的密度，比形成這種膜的金屬大，因此所形成的膜很致密。當(dāng)吸收水生成氫氧化物時(shí)，合金在鹽水和弱堿性溶液中的抗蝕性能比純鋁的抗蝕性能還高。當(dāng)Mg含量超過(guò)3%一5腸時(shí)，合金會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕傾向。當(dāng)Mg含量超過(guò)7%時(shí)，對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性明顯。
熱處理工藝對(duì)Al-Mg合金的腐蝕性能有明顯的影響，如圖2-14所示。

2-14

冷加工量對(duì)抗應(yīng)力腐蝕性能影響較大，隨冷加工量增大，破裂腐蝕壽命縮短，如圖2-15所示。 Al-Mg合金的金屬相化合物為Mgt A13，是一個(gè)陽(yáng)極相，當(dāng)合金呈單相的過(guò)飽和固溶體時(shí)，其主要腐蝕形式是點(diǎn)蝕，無(wú)晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕傾向。當(dāng)時(shí)效處于聚集狀態(tài)時(shí)，合金也沒(méi)有晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕傾向，當(dāng)時(shí)效相呈彌散連續(xù)狀態(tài)時(shí)，合金對(duì)晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕具有一定的敏感性。
該系合金有多個(gè)牌號(hào)，國(guó)產(chǎn)牌號(hào)以LF2用得較多，對(duì)應(yīng)美鋁協(xié)50520這類合金經(jīng)紋理蝕刻后其表面效果和Al-Mn合金相當(dāng)。但通過(guò)單一堿性紋理蝕刻后，其表面粗糙度較AI-Mn合金為低。
2.硬鋁合金的腐蝕行為
向鋁中添加Cu后，合金強(qiáng)度得到提高，化合物中Cu元素降低了鋁的電極電位，同時(shí)也降低了抗蝕性能。如在Al-Cu合金中添加Mg，便構(gòu)成了Al-Cu-Mg合金(如LY11, LY12等)，也稱杜拉鋁合金。在AI-Cu合金中加人Mn，便構(gòu)成了AI-Cu-Mn合金(如LY16, LY17等)。還有Al-Cu-Mg-Fe-Ni, AI-Cu-Li, Al-Cu-Mg-Si和A1-Zn-Mg-Cu等系列Al-Cu合金。
在各系A(chǔ)l-Cu合金中，都有不同的金屬間化合物。Al-Cu-Mg系合金中主要有CuAI2, CuMgAl:等。Al-Cu-Mn系合金中主要有CuAl2, CuMn2 Al:等。Al-Cu-Li系合金中主要有CuAI2, LiCuAI12, Lie Cub All:等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金主要有CuMgA12, FeNiAls等。A1-Mg-Si-Cu系合金中主要有CuA12, Mgt Si,Cu4 Mg5 S14 AI二等。在AI-Zn-Mg-Cu系合金中主要有MgZn2, Mg3 Zn3 Al:等。在這些相中，除M$2 Si, MgZn2 , Mg3 Zn3 Al:等屬于陽(yáng)極相外，其余都是陰極相。

Al-Cu系合金都有共同的腐蝕行為，這一系列的多元鋁合金都有點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和剝蝕傾向，特別是晶間腐蝕敏感性大。該系合金的晶間腐蝕幾乎無(wú)法避免，當(dāng)晶間析出相呈細(xì)小、連續(xù)的鏈狀分布，構(gòu)成一條腐蝕通道時(shí)，合金晶間腐蝕傾向更為嚴(yán)重。該系合金的紋理蝕刻往往是以晶間腐蝕為主，點(diǎn)蝕的均勻性較難控制，特別是在使用酸一堿二步法進(jìn)行較高粗糙度蝕刻時(shí)更明顯。
該系合金中使用得較多的是LY12(美國(guó)鋁協(xié)2024)。該合金硬狀態(tài)牌號(hào)(LY12-Y)經(jīng)單一堿性紋理蝕刻后其表面粗糙度可達(dá)R。二1.5以上，且光亮度和均勻性都好。而另一自然時(shí)效牌號(hào)(LY12-CZ)經(jīng)單一堿性紋理蝕刻處理后其表面效果和Al-Mn系合金相當(dāng)。
3.鍛造鋁合金的腐蝕行為
(1) Al-Mg-Si系鍛鋁合金的腐蝕這種合金的國(guó)產(chǎn)牌號(hào)LD31，對(duì)應(yīng)美國(guó)鋁協(xié)牌號(hào)6063。該系合金具有中等強(qiáng)度、良好的塑性、優(yōu)良的可焊性和抗腐蝕性能。

2-15

特別是6063具有極好的熱塑性，可加工成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁、中空的各種零件，并具有優(yōu)良的焊接性能，且無(wú)應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕現(xiàn)象。這種合金經(jīng)加工后表面十分光潔，易于進(jìn)行陽(yáng)極氧化和著色。該系合金具有很好的紋理蝕刻性，經(jīng)蝕刻后的合金表面紋理均勻，粗糙度易于調(diào)整，特別是在高粗糙度時(shí)紋理效果很好。
(2) AI-Mg-Si-Cu系鍛鋁合金的腐蝕這種合金的國(guó)產(chǎn)牌號(hào)LD30，對(duì)應(yīng)美國(guó)鋁協(xié)牌號(hào)6061。該系合金是在6063的基礎(chǔ)上添加Cu強(qiáng)化而得，因此比6063有更好的強(qiáng)度.紋理蝕刻性能和6063相當(dāng)，但氧化性能略低于6063,超硬鋁合金目俞較少使用紋理蝕刻技術(shù)，這是由于其紋理蝕刻效果不是太理想，特別是粗糙度要求較高的情況下效果更差，有待進(jìn)一步研究。
對(duì)于鑄造鋁合金，由于合金中含Si量較大，經(jīng)紋理蝕刻后的表面為灰色，且不能用常用的化學(xué)/電化學(xué)拋光方法進(jìn)行光澤處理，所以不適用于裝飾性紋理蝕刻。但用于電鍍的底層及涂裝底層對(duì)于提高結(jié)合力是很不錯(cuò)的前處理方法。如果鑄造鋁合金中工件的Si含量不高，經(jīng)紋理蝕刻后有較好的表面效果。如要求高粗糙度，用酸一堿二步法蝕刻并增光，其紋理效果也不錯(cuò)。

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