如何有效防止铝材料大气腐蚀？

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：当相对湿度≥70%时，铝的腐蚀产物会吸收足够水分，从而进一步腐蚀。非晶态的水合硫酸铝是铝暴露于工业大气和海洋大气中的主要腐蚀产物。图17的上部为空气层，中部为表面—水层，下部为被腐蚀的金属。在室外大气条件下至今还未发现有含氯并含铝的腐蚀产物。铝在大气腐蚀过程中氯化物的形成过程如图18所示。

暴露于室内、室外的铝腐蚀通常比较缓慢，主要的问题是来自于铝和Cl-的相互作用，这可能引起在制造过程中或在使用中产生一层薄膜。此外，铝对SO₂的敏感也引起大气环境条件下的腐蚀破坏。

在实验室中，铝在硫酸溶液中腐蚀，生成硫酸盐需用几个星期时间，但在大气现场中，一般不到三个月就可以形成肉眼可见到的腐蚀坑，硫酸铝是表面腐蚀的基本产物。室内放置的铝会慢慢失去光泽，且其表面经常会积累一些含有高浓度Cl^-和SO²₄^-的黏着颗粒。室内铝的腐蚀受到相对湿度的影响，只有在相对湿度达到70%时，腐蚀才会发生。当相对湿度≥70%时，铝的腐蚀产物会吸收足够水分，从而进一步腐蚀。在有水或水蒸气存在时，铝氧化膜的外表面转变成结晶水的形式，最终形成的膜有许多孔隙。膜一部分与水结合后转变成了氢氧化物，而其余的部分只是单纯地渗入水。水的渗入又形成一层薄的氧化物障碍物。这种障碍物可能有缺陷，而且容易在含水的表面上发生化学变化，在水溶液中，阴离子迅速地在缺陷或氧化膜形成的位置与铝结合。

铝的腐蚀基本上发生在缺陷或晶界处，而且腐蚀的结果是形成深的腐蚀坑，而不是表面的均一破坏。化学腐蚀的位置可能是材料机械缺陷而不是在冶炼过程中出现的缺陷。腐蚀坑通常是在热处理的过程中残留杂质析出的位置形成的。腐蚀坑的形成是由于Cl-的作用，但在羧酸作用下也会有腐蚀坑出现。

γ⁃氧化铝是暴露在大气中首先形成的物质，其起始厚度为2～3nm，当在水中或大气中放置几个月后，氧化物即被水软铝石薄层所覆盖，并进一步被Al（OH）₃即Al₂O₃·3H₂O所覆盖，有时也会出现Al₂O₃·1/4H₂O和Al₂O₃·1/2H₂O氢氧化物。

非晶态的水合硫酸铝是铝暴露于工业大气和海洋大气中的主要腐蚀产物。铝在大气腐蚀过程中形成含硫化合物的过程如图1⁃7所示。

图1⁃7的上部为空气层，中部为表面—水层，下部为被腐蚀的金属。吸湿颗粒、浓雾或雨水可以在表面的任何位置产生腐蚀坑，带箭头的波浪线表示铝离子从基体金属经过氧化物扩散进入水溶液中，图1⁃7中被方框圈出的物质，都是已被测出的物质，没有被圈出的仅是可能的物质。圈中实线箭头为已证实的反应，而虚线表示还不能确定的过程。图1⁃7右上角分别为大气中水滴、尘埃，即悬浮颗粒。

铝表面腐蚀的一个重要原因是Cl-的存在，由于含有氯化物的腐蚀产物是可溶的，因此不容易形成厚的氯化物腐蚀层。在室外大气条件下至今还未发现有含氯并含铝的腐蚀产物。铝在大气腐蚀过程中氯化物的形成过程如图1⁃8所示。

图1⁃7 铝在大气腐蚀过程中形成含硫化物的过程

图1⁃8 铝在大气腐蚀过程中氯化物的形成过程

如何有效防止铝材料大气腐蚀？

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