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2000系、7000系铝型材的耐腐蚀性为何差?
铝型材广泛应用于各个行业;选择适宜各种用途的铝型材时,必须考虑其腐蚀行为,特别是2000系、7000系;
1:铝型材的腐蚀特征
(1)高强度铝型材的耐腐蚀性差
由于分散相的存在导致铝型材氧化膜存在缺陷,这些相和铝型材之间的电位正负不同而发生接触腐蚀;因此,铝型材纯度低,杂质相多导致耐腐蚀性变差;尤其是可热处理的铝型材,使用析出硬化的形态,形成大量的析出相加速腐蚀;另外,铝型材材料中含有大量的合金元素,这些元素又残留在阳极氧化膜中,使氧化膜的保护作用变弱而容易被腐蚀;所以说,强度越高的铝型材,耐腐蚀性越差;
(2)铝型材中电位最负相的选择性腐蚀
铝型材中多种相相互混合存在的情况下,一般考虑的是接触腐蚀,其中电位最负的相会被腐蚀溶解;因此,腐蚀形态与铝型材的结构有很大关系;例如,析出硬化型铝型材容易在晶界形成较粗大的析出物,晶界的附近易形成固溶量少的无析出带;如上所述,会选择铝型材中电位最负的晶界相腐蚀;
可热处理合金焊接后,母材(基体)、热影响区、焊接熔合区的金相组织存在差异,受热之后,在形成各相之中最先腐蚀电位最负的相;例如,焊接的Al-Zn-Mg合金的热影响区最容易腐蚀;这是因为在热影响区生成了电位最负的MgZn2化合物(-1.05V);
2:2000系(Al-Cu)和7000系(Al-Zn-Mg)铝型材耐腐蚀性差的原因
固溶体中的元素对表面氧化膜的形成过程几乎没有影响;
在析出的第二相与铝型材基体的界面,会产生不连续阳极氧化膜的情况,从而带来负面影响,并且不能固溶而形成金属间化合物;所以界面会形成不完整的阳极氧化膜,进而发生局部腐蚀;这种情况下,从电化学角度来看,金属结构存在差异的各相之间电极电位有一定的正负顺序,这是问题的关键;
析出第二相
|
腐蚀电位/V
|
析出第二相
|
腐蚀电位/V
|
Si
|
-0.26
|
MnAl6
|
-0.85
|
FeAl3
|
-0.56
|
MgZn
|
-1.05
|
CuAl2
|
-0.73
|
MgAl3
|
-1.24
|
含Cu会引起耐腐蚀性降低,主要是因为随着腐蚀反应的进行,溶解的Cu会以金属Cu的形式重新析出在铝型材表面;在铝型材表面重新析出的Cu,加快溶解氧或者氢离子的阴极还原反应速度,进而加快腐蚀;另外,固溶Cu能够提高基材的腐蚀电位;因此,2000系铝型材的腐蚀电位是最正的;
例如,比铝型材基体(约为—0.85V)电位正的析出相CuAl2、FeAl3作为铝腐蚀时的阴极;只要有Cu,铝就会作为阳极而发生腐蚀;Mg2Al3显示负的电位也会作为阳极而发生腐蚀;
代表性铝型材
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腐蚀电位/mV
|
耐蚀性
|
应力腐蚀开裂
|
剥落腐蚀
|
强度、特征
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1100纯铝
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-725
|
○
|
无
|
无
|
-
|
2024 Al-Cu
|
-600
|
×
|
可能有
|
可能有
|
超高强
|
3003 Al-Mn
|
-713
|
○
|
无
|
有晶间腐蚀倾向
|
耐点蚀优越
|
5052 Al-Mg
|
-722
|
○
|
可能有
|
可能有
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中强度、耐海水性优越
|
6063 Al-Mg-Si
|
-744
|
○
|
无
|
无
|
高强
|
7075 Al-Zn-Mg
|
-675
|
×
|
可能有
|
可能有
|
超高强
|
3:2000系和7000系铝型材的腐蚀特征
(1)2000系铝型材
2000系铝型材主要添加Cu、Mg等元素,是可热处理型合金,常在汽车、飞机等零部件使用;力学性能优异,但加工性、耐腐蚀性较差;即使是Cu含量很低的铝型材,其耐腐蚀性也比其他系铝型材差;耐腐蚀性也会随着铜含量的增加而下降;
Cu是能明显降低耐腐蚀性的元素,该系的铝型材耐腐蚀性都不好;当进行时效析出处理时,会产生晶间腐蚀,发生腐蚀的可能性变大;
热处理过程中,固溶Cu的分布会变得不均匀,所以2000系铝型材热处理条件比其他系铝型材更能影响其耐腐蚀性;根据晶体内部和晶界周围固溶Cu浓度的不同,会产生腐蚀电位差,导致发生晶界腐蚀、剥落腐蚀和应力腐蚀开裂;如果热处理合理,固溶铜的浓度就会变得均匀,可以将腐蚀敏感性降低到最低;
(2)7000系铝型材
该系铝型材时主要添加Zn元素的可热处理型合金,同时也可添加Cu、Mg、Cr、Zr等元素,在铝型材中强度最高,主要应用在航空领域;
因为Zn会降低铝型材的耐腐蚀性,该系铝型材的耐腐蚀性并不是很好,容易发生晶界腐蚀;7075等含Cu铝型材的耐蚀性更差;因为固溶Zn会降低腐蚀电位,其腐蚀电位在铝型材最低,所以在与其他铝型材接触时时阳极,能促进腐蚀反应;
在铝合金中,7000系铝型材的SCC敏感性最高,适当的合金成分和调质处理可以有效的回避应力腐蚀;添加Cu元素一般能降低铝型材的耐腐蚀性,但从耐应力腐蚀开裂的角度来看,它是非常有效的添加元素;
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