深入分析铝及铝合金的腐蚀与环境的关系

一、大气
大气可分为田园(农村)大气、工业大气、海洋和工业-海洋大气。由于世界各地大气的组成差别很大,所以铝在不同地区与地点的腐蚀速度也相差悬殊,最大的可达4.1μm/a,而最小的甚至只有0.03μm/a,还有相差更大的。铝及铝合金在大气中的腐蚀行为相似,开始腐蚀速度快,大致经过6mo到2年后,腐蚀速度趋于平稳。在田园大气中,1XXX、3XXX及5XXX系合金的腐蚀速度≤0.03μm/a;在大多数工业地区,腐蚀速度为0.8~2.8μm/a,而在污染严重的工业地区,腐蚀速度竞高达15μm/a。
在田园大气中铝的腐蚀速度不明显,仅表面发暗。铝及铝合金在海洋大气中会很快失去光泽变得暗淡无光。Al-Mn合金、Al-Mg合金可用于造船,Al-Cu及Al-Zn-Mg合金对海洋大气的抗蚀性低,必须采取防腐措施,如涂油漆或包铝。铝在工业大气中也会很快变暗。
大气中的氧明显地加速局部区域的总阴极反应,使腐蚀不断发展。我国东临太平洋,西接欧亚大陆,土地辽阔,形成了从热带到寒带;从海洋到内陆高原的各种气候条件。因此,铝在各地的大气腐蚀速度可相差120~150倍。
大气中的酸性污染物诸如CO2、SO2、NO2等溶解于水中,会发生水解,使铝的表面呈酸性,加速腐蚀。大气中还可能有NH3、H2S等,可使金属发生氢脆。海南省上空的霾层加速歼击机发动机铝合金叶片的剥落腐蚀,很可能是NH4NO3的加速作用。
空气的相对湿度对铝的大气腐蚀速度有较大影响。一般,当相对湿度(RH) ≤65%时,铝不会发生大气腐蚀。若RH>65%,铝上会附着一层厚0.001~0.01μm的水膜,则会出现明显的大气腐蚀。空气中的RH愈大,铝上吸附的水膜就越厚,通常在水膜厚度为0.5~15μm时,腐蚀速度最大。铝结构的大气腐蚀实质上是水膜下的大气腐蚀。
在受工业废气污染程度不同的地区,pH亦不同,铝的腐蚀速度也不同。通常,农村雨水的pH为6.5,沿海地区的为6.9,而大工业区的可达4.0~4.2。工业地区的云、雾、霜、雪、露及尘埃内都含有较大浓度的加速腐蚀的介质如SO2、Cl2、H2S、NH3、CO2等。
海洋大气的主要特点是含有大量的盐分。由于海浪及大风将海水带入大气中,水分经过蒸发,并由季风及台风吹到远方,使低空大气中的含盐量增加,并且含盐量与海岸距离有很大关系。同一地点室内与室外盐雾量差别也很大,后者为前者的4~8倍。同一地区,离海较近的郊区室外与市区室内的可相差10倍左右。在洁净大气中,这两个合金有相当高的抗腐蚀性能,大气中含1.0%Cl2时,腐蚀速度明显加快,特别是当RH>65%时。
靠海越近,海雾中的氯化物含量越高,在该环境中的铝结构的腐蚀也越严重。氯化物加速铝及铝合金的点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀和缝隙腐蚀。人汗既含盐分又含尿素、乳酸(表1-6-3),都是腐蚀介质。因此,在搬运、加工、装配铝材与铝结构件时,应戴手套。人汗的水占97.5%~99.5%,总盐量占2.5%~0.5%。
表1-6-3   人汗的固态物质成分

主要组分

含量/g·L-1

其他组分

含量

NaCl

尿素

乳酸

pH

2~3

0.2

2~17

一般为4.8~5.8,但也有碱性的

KCaCuNH4盐等

CO32-SO42-PO43-、等

氨基酸、有机碱、糖分等

微量

微量

微量

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