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鋁合金化學腐蝕的基本原理

第二章鋁合金化學腐蝕的基本原理

第一節鋁合金腐蝕特點

鋁是一種活潑金屬,標准電極電位較負,見式(2-1)。

 

AIP++3e–Al E9-—-1.66V (2-1)

從式(2-1)可以看出鋁的標准電極電位很負(一1.65V),使鋁的金屬落潑蝕比較強,容易被腐蝕。但在實際情況中,鋁卻表現出較高的抗蝕性能。這是由于銷在空氣中能迅速生成一層致密的氧化鋁保護膜(這種自然形成的氧化物保護膜也]稱之爲鈍化膜),其厚度約爲50~200A(1A=10-1”m,全書同,),這便賦予了鋁合金表面很好的耐蝕性能。這層氧化膜的主要成分爲AlO3,在高溫水中(85%2)生成的氧化膜爲Al2O3·H2O,而且此時生成的氧化膜較厚。鋁表面氧化反應過程如下。。

2.A1+6OH-+6H’——2AB*+6OH-+6H(2-2)

這一反應的進行將導致鋁表面周圍溶液pH值升高而呈就性,引起如下反應並有H2從溶液中逸出:

2AB3*+6OH-+6H-—Al(OH)3+3H2412-3

2Al(OH);==Al2O;·H2O+2H2

反應式(2-3)和式(2-4)的進行,使鋁合金表面能迅速生成一層致密氧化膜,得到保護,阻礙腐蝕介質的浸蝕作用,使基體金屬不至于進一步同腐續介質(如O2、H2O等)發生反應,從而使鋁合金在空氣中有較高穩定性。由此可見,鋁合金的抗蝕性能由表面氧化膜性質所決定。

認式(2-2)中可以看出,鋁的腐蝕受H+濃度影響很大。H+濃度升高或降低都將導致AI(OH);或A12O;·H2O的溶解,從而導致表面保護氧化膜層被破環,其結果使鋁被腐蝕。

當H+濃度降低時則有如下反應。

Al(OH)3+OH-—-AlOg+2H2O

ALO;·H2O+2OH-—-2AlOg+2H20 (2-6)

當H+濃度升高時則有如下反應。

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

Al2O3·H2O+6H+——2Al++4H2O(2-8)

但當溶液中H+濃度很高或很低時反應式(2-6)和反應式(2-5)可能並不存在甚至在H+濃度高達一定值後,反應式(2-7)也可能不存在,鋁將直接被腐健成+3價離子狀態。這也可以從鋁的電位-pH圖看出這一關系。

圖2-1鋁水系電位-pH平衡簡化圖(25℃℃)

從圖2-1中可以看出,鋁在酸性環境中,穩定性要比在堿性環境中穩定性高得多。在酸性環境中,當鋁的腐蝕電位低于一1.66V時,不管pH值怎樣降低,鋁都是穩定的。而在堿性環境中則不同,當堿達到一定強度後,不管鋁的腐蝕電位是多低,鋁都是極不穩定的,都將被劇烈腐蝕。當溶液pH值在4.5~8.5之間,鋁處于鈍化區,不管鋁腐蝕電位有多高,鋁都是以水合氧化鋁的形式占主導地位,在鋁表面生成了一層鈍化膜。這一鈍化膜層對鋁起到了保護作用,使鋁有良好的謝蝕性,而不被腐蝕。當pH<4.5時爲酸性腐蝕區,當pH>8.5時爲堿性腐蝕區。鋁在酸性腐蝕區特別是腐蝕介質中含有鹵素離子時一般以局部腐蝕爲主,比如點蝕、坑蝕等。至于酸性抛光,是一種特殊化學整平腐蝕行爲。鋁在堿性腐蝕區則以全面腐蝕爲主。從鋁在酸性腐蝕區和堿性腐蝕區的腐蝕行爲看,鋁在酸性介質中比在堿鋁合金常用化學氧化也能在鋁的電位-pH圖中找到與之相適應的pH對應關系。在堿性環境中對鋁合金表面進行化學氧化時,都是在pH值約爲12的條件下進行。雖然這一pH值條件下從圖上看,鋁是落在腐蝕區,但在堿性氧化溶液中加人的鉻酸鹽腐蝕抑制劑能阻礙鋁腐蝕行爲的發生。而要生成較厚化學氧化膜層、也必需使溶液對初期生成的氧化膜層有一定溶解作用,使溶液能與底層鋁繼續反應增加氧化膜層厚度。在強堿環境中,溶液溫度也較高時,加入的腐蝕抑制劑會加速腐蝕過程的進行。相對來說,鋁在酸性環境中穩定性要高一些,其化學氧化pH值

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