盐雾环境中的6061-T4铝合金腐蚀情况探讨

石杰文

湖南省产商品质量检验研究院 湖南省 长沙市 410007

摘要：6061-T4铝合金是一种高强度、耐腐蚀的工程铝合金，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。 目前，国内外学者对铝合金材料在盐雾环境中不同介质中的腐蚀行为进行了大量研究，取得了很多重要进展。 本文以6061-T4铝合金为研究对象，针对其在不同盐雾环境下的腐蚀情况进行分析。

关键词：6061-T4铝合金；盐雾腐蚀；腐蚀产物；腐蚀机理

6061 铝合金是 6000 系列铝合金的典型代表，属于Al -Mg -Si 系铝合金，是一种冷处理铝锻造产品，随着我国海洋工业的迅速发展，6061铝合金将越来越多地用于海洋工程。海洋环境的高湿热、高盐雾、高温、强辐射等特性使得其在海洋工程中的使用受到了极大的限制。因此，对铝合金材料耐海水腐蚀的研究也越来越受到人们的关注。本文通过对6061铝合金长期暴露于工业海洋大气中的腐蚀行为进行了分析，结果表明：海水中的Cl-会腐蚀和破坏6061铝合金的氧化膜，使其渗入氧化膜而导致点蚀。

1.实验材料

6061-T4铝合金试验过程中，采用电子万能试验机对铝合金试样进行拉伸试验。试样材料为6061-T4铝合金，其表面处理包括喷砂、去氧化皮、电沉积。 测试仪器为HR-10A型X射线衍射仪（XRD），采用扫描电子显微镜（SEM）观察其表面形貌，采用能谱仪测定其物相组成。 溶液配制：实验所用溶液为含有 NaCl、 KCl的盐雾溶液。 为了避免盐雾对铝合金表面造成腐蚀，实验时将两种溶液按不同比例混合，并使用真空泵将混有不同浓度盐雾的两种溶液分别从各自样品中抽出，用蒸馏水冲洗，再通过真空泵抽干后进行测试。 为保证两种盐水不发生化学反应，测试前在每一试样中加入1g硫酸铜做腐蚀试验。 试样分别在5%、10%、20%的三种浓度盐雾溶液中浸泡1h后取出，用去离子水冲洗3次后用乙醇擦干表面。 为保证两种盐水中硫酸铜浓度都在标准范围内，用 EDS进行分析测定。 由于盐雾溶液中含有较高的 NaCl成分，为了保证所测结果准确可靠，使用氯化钠（NaCl）做腐蚀试验； 因为 NaCl具有较强的腐蚀性或较高的氧化性且含氯离子较多。 故采用氯化钠（NaCl）作为盐雾溶液中腐蚀产物的主要成分； 氯化钠中 NaCl含量不超过0.3%[1]。

2.试验方法

盐雾试验首先将试样在100℃水浴中充分清洗，然后将试样置于干燥器中，并于100℃下烘干24h后用无水乙醇擦拭干净，备用。 用5%浓度的盐雾将试样均匀地喷涂在表面上。 根据《铝合金腐蚀与防护》（GB/T 24554-2009）规定，在试验前先对试样进行表面处理。 其中：去氧化皮的方法有2种：一种是采用高锰酸钾溶液对表面进行去氧化皮处理，另一种是采用双氧水溶液对铝板和铝管进行氧化处理。 然后将上述2种方法处理后的试样分别置于4℃~35℃的条件下，以保证每一个样品都能在试验过程中保持一定的表面润湿性。 然后将上述2组样品置于200℃空气炉中进行加热，并不断通入氮气；同时为了保证试验的准确性，每组样品均由两人操作轮流进行。 然后将两个干燥箱置于150℃下恒温干燥24h后分别取出各试样块置于两台台式万能材料试验机（JPW-3）中。同时根据试样的实际情况配置相应浓度的盐水溶液。 腐蚀速率测定 依据 GB/T 26456—2010 《金属表面镀层腐蚀速率测定方法》对各试样采用盐雾腐蚀方式进行测试，时间为30 min。 腐蚀产物由X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析试验结果，采用X射线衍射仪测定样品表面元素种类和含量；显微硬度由万能材料试验机测试所得；扫描电子显微镜测试所得结构信息和微观形貌分析结果，采用 EDS.F （XPS）和 TG/DTA分析试样中的金属元素种类和含量。 腐蚀产物形貌观察及金属物相分析[2] 采用X-射线衍射仪（XRD）测试各试样的成分；采用扫描电子显微镜（SEM）测试试样的微观形貌。腐蚀产物成分分析 试验中用电子探针法对试样进行化学成分分析。通过元素分析仪对试样进行元素含量测定。从腐蚀形态和腐蚀动力学的分析可以看出，6061-T4铝合金在盐雾中的腐蚀速度是由加速到减小的主要原因。在腐蚀的早期，由于周围环境中的Cl-存在着相互竞争的吸附作用，导致铝合金表面上的 Al (OH)3钝化膜被取代，形成了 Al (OH)3的腐蚀产物，从而使铝合金的基底暴露出来[2]。由于点蚀的存在，使钝化膜的完整性受到损害，从而使钝化膜的阻滞能力减弱。同时，随着Cl-取代反应的进行，铝合金表面的钝化膜破损消失面积越来越大，对侵蚀的抑制能力也在逐渐降低。结果表明：6061-T4铝合金在腐蚀早期有明显的加速作用，电化学实验显示其腐蚀电位为负值，且电流密度增大。在铝合金的表面，由于 Al (OH)3

的存在，导致 Al (OH)3的腐蚀产物快速增加，并与 Al (OH)3相结合，在铝合金的表面上形成了一层腐蚀产物。由于腐蚀产物层的存在，使得铝合金表面的腐蚀速率降低，从而使其与基底的腐蚀反应区域发生离子交换。结果表明，在不同的腐蚀条件下，这种腐蚀产物层的体积和厚度都会随腐蚀时间的延长而增大。结果表明：铝合金的腐蚀速度有明显的下降趋势，电化学试验表明，腐蚀电位向正向移动，而电流密度则下降。然而，由于其结构松散，出现了大量的裂纹、裂缝，这些裂缝成为了侵蚀介质渗透到铝材中的通道，并不断地侵蚀着铝合金的表面。同时，新的腐蚀产物产生的“锲入性”作用，会增加疏松的腐蚀产品层的内应力，导致一些粘附性差的产品发生松动或者脱落，从而使铝合金的表面裸露出来。结果表明，腐蚀产物层仅能在一定程度上起到保护作用，而不能彻底阻止腐蚀的发生。

3.结果与讨论

在不同盐雾浓度下，6061-T4铝合金表面的腐蚀程度随着盐雾浓度的增加，腐蚀速度随盐雾浓度的增加而加快。随着盐雾雾量的增加，铝合金表面腐蚀速率也随之变大，这是因为高浓度盐雾下会造成铝合金表面形成一层致密的钝化膜。而当低浓度盐雾下时，铝合金表面腐蚀速率与盐雾量成正比，也就是说低浓度盐雾下产生的钝化膜会阻止铝合金发生腐蚀反应。随着盐雾量增大，6061-T4铝合金腐蚀速率逐渐变大。 对于在盐雾下6061-T4铝合金表面的腐蚀情况来说，盐水溶液中其腐蚀程度最严重。 随着盐水溶液中盐分含量的提高，铝合金表面发生了明显侵蚀和剥落现象。 通过分析发现：盐雾量越大对铝合金产生一定的保护作用从而加速其腐蚀速率；随着盐分含量的增加，6061-T4铝合金表面形成一层致密的钝化膜而阻止进一步遭到侵蚀。

结束语：

综上所述，1)盐雾对6061-T4铝合金表面腐蚀的影响不同，当盐雾浓度为2%时，铝合金的腐蚀速率最大，其原因是合金表面易发生氧化物的形成及生成速度快，在盐溶液中形成了致密氧化膜。2)在5%盐雾浓度下，6061-T4铝合金的腐蚀速率较小。3)在盐溶液浓度为5%时的腐蚀产物最少，而且也最不稳定。4)含锌对6061-T4铝合金有很好的保护作用，随着含锌量的增加腐蚀速率降低。5)对于不同类型的环境要求，锌含量越高越好。6)对于不同种类、不同形状和复杂程度的6061-T4铝合金构件来说，在盐雾环境中进行喷涂处理后得到的防护效果最好。7)当喷涂量较少时不需要喷涂处理就能达到防护效果；但当喷涂量较大时需要对表面进行必要得处理，否则会影响到6061-T4铝合金表面性能。

参考文献：

[1] 李一, 林德源, 陈云翔,等. 2A12-T4铝合金在盐雾环境下的腐蚀行为与腐蚀机理研究[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2016, 28(5):6.

[2] 徐火平, 刘慧丛, 朱立群,等. 盐雾环境中高强铝合金点腐蚀行为与暴露面积的关系[J]. 航空材料学报, 2010, 30(4):6.