铝合金腐蚀特点 - 55.402com永利1站

永利集团官方网站入口— —高端不锈钢蚀刻加工的领导者!

热线电话

55.402com永利1站-游戏入口

铝是一种活泼金属,标准电极电位较负,见式(2-1)

1

从式(2-1)可以看出铝的标准电极电位很负(一1. 66V),使铝的金属活泼性比较强,容易被腐蚀。但在实际情况中,铝却表现出较高的抗蚀性能。这是由于铝在空气中能迅速生成一层致密的氧化铝保护膜(这种自然形成的氧化物保护膜也可称之为钝化膜),其厚度约为50^-200人(1人=10-10m,全书同。),这便赋予了铝合金表面很好的耐蚀性能。这层氧化膜的主要成分为A1203,在高温水中(850C)生成的氧化膜为A1203·H20,而且此时生成的氧化膜较厚。铝表面氧化反应过程如下。

2

这一反应的进行将导致铝表面周围溶液pH值升高而呈碱性,引起如下反应,并有H:从溶液中逸出:

3

反应式(2-3)和式((2-4)的进行,使铝合金表面能迅速生成一层致密氧化膜,得到保护,阻碍腐蚀介质的浸蚀作用,使基体金属不至于进一步同腐蚀介质(如O2 , H20等)发生反应,从而使铝合金在空气中有较高稳定性。由此可见,铝合金的抗蚀性能由表面氧化膜性质所决定。
从式(2-2)中可以看出,铝的腐蚀受H+浓度影响很大。H+浓度升高或降低都将导致A1(OH)3或A1203·H20的溶解,从而导致表面保护氧化膜层被破坏,其结果使铝被腐蚀。
当H+浓度降低时则有如下反应。

1

当H+浓度升高时则有如下反应。

2

但当溶液中H+浓度很高或很低时反应式(2-6)和反应式(2-8)可能并不存在,甚至在H+浓度高达一定值后,反应式(2-7)也可能不存在,铝将直接被腐蚀成+ 3价离子状态。这也可以从铝的电位一pH图看出这一关系。
铝的电位一pH简化图如图2-1所示。

1

从图2-1中可以看出,铝在酸性环境中,稳定性要比在碱性环境中稳定性高得多。在酸性环境中,当铝的腐蚀电位低于一1. 66V时,不管pH值怎样降低,铝都是稳定的。而在碱性环境中则不同,当碱达到一定强度后,不管铝的腐蚀电位是多低,铝都是极不稳定的,都将被剧烈腐蚀。当溶液pH值在4. 5一8.5之间,铝处于钝化区,不管铝腐蚀电位有多高,铝都是以水合氧化铝的形式占主导地位,在铝表面生成了一层钝化膜。这一钝化膜层对铝起到了保护作用,使铝有良好的耐蚀性,而不被腐蚀。当pH<4. 5时为酸性腐蚀区,当pH>8. 5时为碱性腐蚀区。铝在酸性腐蚀区特别是腐蚀介质中含有卤素离子时一般以局部腐蚀为主,比如点蚀、坑蚀等。至于酸性抛光,是一种特殊化学整平腐蚀行为。铝在碱性腐蚀区则以全面腐蚀为主。从铝在酸性腐蚀区和碱性腐蚀区的腐蚀行为看,铝在酸性介质中比在碱性介质中更容易形成较高粗糙化表面。

铝合金常用化学氧化也能在铝的电位一pH图中找到与之相适应的pH对应关系。在碱性环境中对铝合金表面进行化学氧化时,都是在pH值约为12的条件下进行。虽然这一pH值条件下从图上看,铝是落在腐蚀区,但在碱性氧化溶液中加人的铬酸盐腐蚀抑制剂能阻碍铝腐蚀行为的发生。而要生成较厚化学氧化膜层,也必需使溶液对初期生成的氧化膜层有一定溶解作用,使溶液能与底层铝继续反应,增加氧化膜层厚度。在强碱环境中,溶液温度也较高时,加人的腐蚀抑制剂会加速腐蚀过程的进行。相对来说,铝在酸性环境中稳定性要高一些,其化学氧化pH值一般在1.5一30
关于铝合金化学氧化机理可以参考其他相关资料,这里提出这个概念是由于我们认为铝合金纹理蚀刻在很大程度上就是:铝表面钝化膜形成一钝化膜溶解一钝化膜再形成一钝化膜再溶解这一过程来完成。单独使用酸性或碱性纹理蚀刻方法时,这一过程表现更为突出。关于这个问题更深人的探讨,留待后面章节再行讨论。
铝的腐蚀速度与pH值的特征依从关系如图2-2所示。
1

从图2-2中可以看到,随着酸性溶液中pH值升高,腐蚀速度下降。在碱性溶液中,随着pH值升高而腐蚀速度增大,在这个pH值范围内,溶液中存在的不是A13+,而是A1(OH叮。显然可认为,这是金属溶解阳极反应受到加速的原因。铝在pH=4-9之间,腐蚀实际上可以看成是完全消失,这与如图2-1所示铝一水系电位一pH平衡简化图基本一致。这种情况是由于在铝合金表面产生了厚的氧化膜保护层所致。但这层保护膜在强碱性或强酸性溶液中都不稳定(浓氧化性酸例外)。
在中性和碱性溶液中,金属铝溶解反应遵循如下反应过程。2

这个反应总是经由(在碱性溶液中尤其如此)铝合金表面固态氧化物或氢氧化物的生成和固态氧化物或氢氧化物的溶解来完成。其分步骤反应式如下。

1

对于阳极反应来说,式(2-12)和式(2-13)控制腐蚀速度。溶解速度受A1(OH)矛与OH一相互扩散速度的控制,也受OH一向电极表面供应的控制。其结果是在流动溶液中,由于显著的阴极极化,发生析氢,由此,使界面层电解质进一步碱化,pH值上升,从而使铝在这种溶液中的溶解速度增大。
阴极析氢反应见反应式(2-14).

1

从式(2-14)可以看出,析氢反应的结果导致溶液进一步碱化,加速铝的腐蚀。铝虽然是活泼金属,但在氧化性酸中腐蚀速度很慢,这主要是由于氧化性酸能使铝表面形成钝态而被保护的缘故。但在含卤素离子的酸性溶液中,腐蚀速度则比较快。如铝在HCI溶液中,由于Cl一强烈的活化作用,使铝耐蚀性变差。铝纯度降低,其腐蚀速度加快。纯铝在热加工状态下腐蚀速度最大,淬火状态腐蚀速度减小,退火状态腐蚀速度最小。纯铝在HC1中,随温度升高和浓度提高腐蚀速度加快。
铝的纯度和热处理状态对铝在HCI和NaOH溶液中腐蚀速度的影响见表2-1,

1

由于OH一强烈的去极化作用,使得铝在碱性溶液中的腐蚀行为几乎呈现为均匀腐蚀。而铝在含卤素离子的电解质溶液中,腐蚀却不是这样。由于卤素离子具有强点蚀效应,所以铝在含卤素离子的电解质溶液中,腐蚀不是均匀腐蚀,而是呈现出一种特殊腐蚀行为—点蚀。而铝的点蚀在工业上不被允许,因为很多材料报损在很大程度上都是由点蚀所导致。但本书所讨论的铝合金纹理蚀刻,在很大程度上正是利用了铝在含卤素离子或其他致点蚀离子的电解质溶液中的特殊腐蚀行为—点蚀作用来完成。
纯铝在HNO3溶液中,当温度在15℃以下时都表现为钝态,随着温度升高和酸含量提高,腐蚀速度逐渐加快。当HNO3浓度在30%时,各温度点都基本接近最大腐蚀速度。再提高酸浓度腐蚀速度反而降低。但在浓HNO3溶液中加人HCl或HF,对铝有强腐蚀作用,这是由于卤素离子浸蚀破坏铝表面氧化膜,导致腐蚀加剧所致。

在铝合金表面纹理蚀刻研究中发现,如果向含Cl一的酸性纹理预蚀刻溶液中加人适量HNO3,即能明显抑制铝的腐蚀,这一作用对于调节蚀刻液温度恒定有重要意义。这种作用的发生同样是和HNO。对铝合金表面致钝作用有关。
铝在不同浓度H N03溶液及不同温度时的腐蚀速度如图2-3所示。

1

 

铝在稀H2SO;溶液中腐蚀速度很慢,只有当H2SO;浓度大于40%时腐蚀速度才迅速增加。大约在80%的H2 SO;溶液中腐蚀速度达到最大值,而后随H2 SO;浓度升高腐蚀速度反而减少。
如果将铝片浸在15%一20%H2SO;溶液中48h或更长时间,可得到表面质地非常均匀的哑光纹理效果。但这种效果并不能因为增加浓度和提高温度而加速纹理形成速度。某些对卤素离子敏感的铝材,可以用H2 SO4来调节溶液酸度,从而在一定范围内调节铝表面腐蚀行为,也可以用H3 P04来代替。铝在不同浓度H2SO;溶液中的腐蚀速度如图2-4所示。2

铝在HA。溶液中,随温度的增加腐蚀速度加快。当HAc浓度为1%时其腐蚀速度有最大值,然后随着HAc浓度的增加,腐蚀速度逐渐减小(温度一定)。但当HA。浓度增加到90%以上时其腐蚀速度增加很快。
水中添加不同的阴离子、不同的pH值不仅对铝的腐蚀速度有不同影响,而且还影响铝的腐蚀行为。例如铝在稀HCI溶液和浓HA。溶液中易形成点蚀,而在其他浓的强酸中则易产生均匀腐蚀。
铝的腐蚀过程很复杂,远不仅于以上所述,有兴趣的读者可以参考有关铝腐蚀专著。

 

 

 

上一篇:
下一篇:

联系我们
Baidu
sogou