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鋁合金的腐（fǔ）蝕行為

作者：編輯：來源（yuán）：發布日期（qī）： 2018.11.24

信（xìn）息摘要：

在鋁合金係中，除了純鋁（lǚ）、Al-Mg和Al-Mn外，還有A1-Cu-Mg, AI-Cu-Mn,A1-Mg-Si-Cu, AI-Zn-Mg Cu…

分（fèn）類鋁合金的腐蝕行為
在鋁合金係中，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等係（xì）列。純鋁和鋁合金的腐蝕行為由於其（qí）組（zǔ）織內有不同合金（jīn）元素和金屬相（xiàng），而使不同牌號的鋁（lǚ）合金具有不同的耐腐蝕性和腐蝕（shí）行為。
一、純鋁的腐蝕行為
純（chún）鋁根據純度又分（fèn）為高純鋁和工業純鋁。但從整體來講（jiǎng），純鋁的機械強度都不高，但塑性好、耐腐蝕（shí）性（xìng）能好。特別是純鋁的高可塑性和優良的耐蝕性能在鋁製產品中得到了廣泛應用。本書所介紹（shào）的鋁合金表麵紋理蝕刻技術中，純鋁的應用占了較大比例，所以對純鋁腐蝕行為（wéi）的探討更為重（chóng）要。
鋁是一種活（huó）潑的（de）兩性金屬，既（jì）能和酸發生反應又能和堿發（fā）生（shēng）反應，特別是堿性溶（róng）液中，由（yóu）於OH一的絡合（hé）催（cuī）化作用（yòng），使鋁在純堿性溶液（yè）中（zhōng）呈均勻腐蝕，並（bìng）隨pH值的升高或溫高的升（shēng）高腐蝕速度也相（xiàng）應增（zēng）大。若提高鋁的純度，在相同條件下其腐蝕速度相應減少。
純鋁的純度對鋁的腐蝕（shí）行為有影響，純度越高均勻腐蝕的傾向越（yuè）大，也就越難達到所需要的紋理蝕刻效果。純鋁的主要雜質是Fe和Si o Fe, Si雜質含量高（gāo）時，雖能提高（gāo）強度但降低了塑性、電導率、抗蝕性並使氧（yǎng）化膜容（róng）易破壞。Fe在鋁中的溶解度很小，在共晶溫（wēn）度(6550C)時隻有。.052寫，室溫時為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（wù），除溶解少量外，過剩的（de）雜（zá）質Si均呈（chéng）遊離狀態存在。由於Si和Fe同時（shí）存在於鋁中，因（yīn）此（cǐ）實際上可把工業純鋁看成是Al-Fe-Si三元合金。在工業純鋁中，除了SiFeA13雜（zá）質外，還能形（xíng）成兩種三元化合物a.尹。當Fe的含量（liàng）大於Si時（shí）形成（chéng）富鐵的a化（huà）合物(SiFe3 A12) ,呈骨架（jià）狀或團（tuán）塊（kuài）狀。當Si含量大於Fe時，則形成（chéng）富Si的（de）粗大針狀的盧相(Si2 Fee A19 )，它們對鋁的塑性均不利，尤其是後者。Fe和Si在工業純鋁中大都形成三元化合物，出（chū）現FeA13化合物或遊（yóu）離Si的機會很（hěn）少。為（wéi）了獲得晶粒細小、均勻、衝壓性能好的工（gōng）業純鋁板材，應使雜質Fe的含量（liàng）大於Si，以Fe/Si之比大於2-3為好。同時，宜添加Al-Ti或AI-Ti-B合金作為晶粒細化劑。總的來說，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（néng）得到（dào）較好的紋理效果（guǒ）。對於需要粗糙度大的表麵效果，用酸一堿二步法亦能得到很不錯的效果。特別是1050和1010，經酸一堿二步法蝕刻後紋理均勻性極好。在常用材料中，韓國材料紋理細;台灣材料紋理細且具有（yǒu）勻細的絲紋;日（rì）本住友公司的高光純鋁（lǚ），經蝕刻後表麵容易有明顯的絲紋效果;國產材（cái）料質量不很穩定，如是質（zhì）量好的國產鋁材，紋理蝕刻效果很不錯。國產鋁以L6用得較多，紋理效果和進口鋁材（cái）相比也毫不遜色。再加上（shàng）國產材料占有價（jià）格優勢，在生產上可做優先考慮。
二、鋁合金的腐（fǔ）蝕行為
I.防鏽鋁的腐蝕行為
(1) Al-Mn防鏽鋁合金的腐蝕Al-Mn合金是變形（xíng）鋁合金中應用很廣的一種合金材料。它的機械強度較純鋁高，塑性好，焊接性能好，Mn對鋁的電極電（diàn）位幾乎沒有影響，其抗蝕性能僅比（bǐ）高純鋁略（luè）低。
AI-Mn合金的主要相為MnA16，它的電位幾乎和純鋁相當。Mn一方麵是提（tí）高強度的元素，另（lìng）一方麵是中和Fe有害（hài）作用的元（yuán）素，可使一部（bù）分（fèn）FeAI:轉變為(FeMn) A16，當針狀的FeA13轉變為片狀的(FeMn) Alb以後就構成了一個較弱的陰極相，便不易破壞表麵的氧化膜，這些作用合金的腐蝕行為。 AI-Mn合金的腐蝕特點是容易產生點蝕，特別是合金中Mn/Fe比減小時更易（yì）產生（shēng）較深的點蝕(見圖2-13),這一點對合（hé）金的紋理蝕刻有利。合金中（zhōng）隨Mn元素（sù）含量增加，晶（jīng）間腐（fǔ）蝕傾向增（zēng）大，合金在淬火和退火（huǒ）狀態下，幾乎無晶間腐蝕，但在加熱（rè）緩冷條件下，則有晶間腐蝕傾（qīng）向（xiàng），這種合（hé）金腐蝕後（hòu）易有晶紋（wén）再現，但這種合金沒有（yǒu）應力腐蝕傾向。

Al-Mn係合（hé）金，國產隻有LF21一種牌號，對（duì）應美國（guó）鋁協（xié）屬於3003。這種合金經單一堿性紋理蝕刻後表麵是“砂”和“絲”的雙重（chóng）效果，用（yòng）於銘牌、麵板絲網印刷前的底層裝飾處理時，有很好的裝（zhuāng）飾性能。對於表麵（miàn）粗糙（cāo）度要求較高的紋理，用酸一堿二步法蝕刻後，一般都是（shì）“砂”、“絲”雙重效果（guǒ），由於（yú）不（bú）同加工工藝（yì）的差別，部分同類合金經酸一堿二步（bù）法蝕刻處理後表麵隻（zhī）是“砂”的效果，而“絲”的
效（xiào）果幾乎沒（méi）有。在生產中要注意選擇同一合金加工商所提供的鋁材，這對於保證產品表麵效果的一致性很重要。
(2) Al-Mg防（fáng）鏽鋁合金的腐蝕Mg在鋁中（zhōng）的固溶度較大，隨著合金中Mg含量增加（jiā），合金強度增加，塑性則有所降低，但其焊接性能和抗蝕性能卻很優良。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（de）金屬大，因此所（suǒ）形成的膜很（hěn）致密。當吸收水生成氫氧化物時，合金在（zài）鹽水和弱堿性溶液中（zhōng）的抗蝕（shí）性能比純鋁的抗蝕性能還高。當Mg含量超過3%一5腸時（shí），合金會出現（xiàn）晶間（jiān）腐蝕和應（yīng）力腐蝕傾向。當Mg含（hán）量超過7%時（shí），對應力（lì）腐蝕的敏感性明顯。
熱處理工藝對Al-Mg合（hé）金的腐蝕性能有明顯的影響，如圖2-14所示。

2-14

冷加（jiā）工量對抗應力（lì）腐蝕性（xìng）能影響較大，隨冷加工量增大，破（pò）裂腐（fǔ）蝕（shí）壽命縮短，如圖2-15所示（shì）。 Al-Mg合金的金屬相化合物為Mgt A13，是一個陽極相，當合金呈單相的過飽和固溶體時，其主要腐蝕形式是點蝕（shí），無晶間腐蝕（shí）和應力（lì）腐蝕（shí）傾向。當（dāng）時效處於聚集狀態時，合金也沒有晶間腐蝕和應（yīng）力腐蝕傾向，當時效相呈彌散連續狀（zhuàng）態（tài）時，合金（jīn）對晶間腐蝕和應力腐蝕具有一定的敏（mǐn）感性。
該係合金有多個牌（pái）號，國（guó）產牌號以LF2用得（dé）較（jiào）多，對（duì）應美鋁協50520這類合金經紋理蝕刻後其表麵效果和Al-Mn合金相當。但（dàn）通過單一堿性紋（wén）理蝕刻後，其表麵粗糙度較AI-Mn合金為低。
2.硬鋁合金的腐蝕行為
向鋁中添加（jiā）Cu後，合金強度得到提高（gāo），化（huà）合物（wù）中Cu元素（sù）降低了鋁的（de）電極電位，同時也降（jiàng）低了抗蝕性能。如在Al-Cu合金中添加Mg，便（biàn）構成了Al-Cu-Mg合金(如LY11, LY12等)，也稱杜拉（lā）鋁（lǚ）合金。在AI-Cu合金中加人Mn，便構成了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（děng）係列Al-Cu合金。
在各係Al-Cu合（hé）金中，都有不同的金屬間化合（hé）物。Al-Cu-Mg係合金（jīn）中主要有CuAI2, CuMgAl:等。Al-Cu-Mn係合金中主要有CuAl2, CuMn2 Al:等。Al-Cu-Li係合金中主要（yào）有（yǒu）CuAI2, LiCuAI12, Lie Cub All:等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni係合金主要有CuMgA12, FeNiAls等。A1-Mg-Si-Cu係合金中主要有CuA12, Mgt Si,Cu4 Mg5 S14 AI二等。在AI-Zn-Mg-Cu係合金中主（zhǔ）要有MgZn2, Mg3 Zn3 Al:等（děng）。在這些相中（zhōng），除M$2 Si, MgZn2 , Mg3 Zn3 Al:等屬於陽極相外，其餘都（dōu）是陰極相。

Al-Cu係合金都有共同的腐蝕行為，這一係列的多元鋁合金都有點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕和剝蝕傾向，特別是（shì）晶間腐蝕敏（mǐn）感性大。該係合金的晶間（jiān）腐蝕幾乎無法避免，當晶間析出相呈細（xì）小、連續的鏈狀分布，構成一條腐蝕通道時，合金晶間腐蝕傾向更為嚴重。該係合金的紋理蝕刻往往是以晶間腐（fǔ）蝕為主，點蝕的均勻性較難控製，特別是在使用酸一堿二步法進行較（jiào）高粗糙度蝕刻時更明顯。
該係合金中使用得（dé）較多的是LY12(美國鋁協2024)。該合金硬狀態牌（pái）號(LY12-Y)經（jīng）單一堿性紋理蝕（shí）刻（kè）後（hòu）其表麵粗糙度可（kě）達R。二1.5以上，且光亮度和均勻性都好。而另一自然時效牌號(LY12-CZ)經單一（yī）堿性紋理蝕刻處理後其表麵效果和Al-Mn係（xì）合金相當。
3.鍛造鋁合金的腐蝕行為
(1) Al-Mg-Si係鍛鋁合金的腐蝕這種合金的國產牌號LD31，對應美國（guó）鋁協牌號（hào）6063。該係合金具有中等強度、良好的（de）塑（sù）性、優良的可焊性和抗腐蝕性能。

2-15

特別是（shì）6063具有極好的熱塑性，可加工成結構複雜、薄壁、中空的各種（zhǒng）零件，並具（jù）有優良的焊接性能，且無應力開裂腐蝕現（xiàn）象。這種合金經加工後表（biǎo）麵十分光潔，易於進行陽極氧化和著色。該（gāi）係合金具有很（hěn）好的紋理蝕刻（kè）性，經蝕刻後的合金表麵紋理均勻，粗糙度易於調整，特別是（shì）在高粗（cū）糙度時紋理效果很好（hǎo）。
(2) AI-Mg-Si-Cu係鍛鋁合金的腐（fǔ）蝕這種（zhǒng）合金的國產（chǎn）牌號LD30，對應美國鋁協牌號6061。該係合金是在6063的基（jī）礎上添加Cu強化而（ér）得，因此比6063有更好（hǎo）的強度.紋理蝕刻性能和6063相當，但（dàn）氧化性能（néng）略（luè）低（dī）於6063,超硬鋁合（hé）金目俞較少使用紋理蝕刻技術，這是由於（yú）其紋理蝕刻效果不是太理想，特別是粗（cū）糙度要求較高（gāo）的情（qíng）況下效（xiào）果更差，有待進一（yī）步研究。
對於鑄造鋁合金，由於合金中含Si量（liàng）較大，經紋理蝕刻後的表麵為灰色，且不能用常用的化學/電化學拋（pāo）光方法進行（háng）光澤處理，所以不適用於裝飾（shì）性紋理蝕刻。但用於電鍍的底層及塗裝底（dǐ）層對於提高結合力是很（hěn）不錯的前處理方法。如果鑄造鋁合金中工件（jiàn）的（de）Si含量不高，經紋理蝕刻後（hòu）有（yǒu）較好（hǎo）的表（biǎo）麵效果。如要求高粗糙度，用酸一堿（jiǎn）二步法（fǎ）蝕（shí）刻並增光，其紋理效果也不錯。

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