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铝合金化学腐蚀的基本原理

第二章铝合金化学腐蚀的基本原理

第一节铝合金腐蚀特点

铝是一种活泼金属,标准电极电位较负,见式(2-1)。

 

AIP++3e–Al E9-—-1.66V   (2-1)

从式(2-1)可以看出铝的标准电极电位很负(一1.65V),使铝的金属落泼蚀比较强,容易被腐蚀。但在实际情况中,铝却表现出较高的抗蚀性能。这是由于销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]称之为钝化膜),其厚度约为50~200A(1A=10-1”m,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AlO3,在高温水中(85%2)生成的氧化膜为Al2O3·H2O,而且此时生成的氧化膜较厚。铝表面氧化反应过程如下。。

2.A1+6OH-+6H’——2AB*+6OH-+6H(2-2)

这一反应的进行将导致铝表面周围溶液pH值升高而呈就性,引起如下反应并有H2从溶液中逸出:

2AB3*+6OH-+6H-—Al(OH)3+3H2412-3

2Al(OH);==Al2O;·H2O+2H2

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续介质(如O2、H2O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。

认式(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AI(OH);或A12O;·H2O的溶解,从而导致表面保护氧化膜层被破环,其结果使铝被腐蚀。

当H+浓度降低时则有如下反应。

Al(OH)3+OH-—-AlOg+2H2O

ALO;·H2O+2OH-—-2AlOg+2H20 (2-6)

当H+浓度升高时则有如下反应。

Al(OH)3+3H+==Al3++3H2O

Al2O3·H2O+6H+——2Al++4H2O(2-8)

但当溶液中H+浓度很高或很低时反应式(2-6)和反应式(2-5)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,铝将直接被腐健成+3价离子状态。这也可以从铝的电位-pH图看出这一关系。

图2-1铝水系电位-pH平衡简化图(25℃℃)

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4.5~8.5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,使铝有良好的谢蚀性,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铝合金常用化学氧化也能在铝的电位-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,加入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

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