鋁合金管耐氯化鈉鹽霧腐蝕性研究

李俊歧，莊宜德，馮振國(guó)，王小攏（.河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453003；.鄭州外國(guó)語新楓楊學(xué)校，河南 鄭州 450000）

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鋁合金管耐氯化鈉鹽霧腐蝕性研究

李俊歧1，莊宜德2，馮振國(guó)1，王小攏1
（1.河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.鄭州外國(guó)語新楓楊學(xué)校，河南 鄭州 450000）

摘要：鋁合金管在空調(diào)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，因此了解其耐腐蝕性是有必要的。文章通過氯化鈉鹽霧腐蝕試驗(yàn)，研究了1060、1100、和3003不同牌號(hào)鋁合金管的耐蝕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1060牌號(hào)抗腐蝕性能最好，3003最差。

關(guān)鍵詞：鹽霧試驗(yàn)；腐蝕原理；腐蝕性；鋁合金；力學(xué)性能

空調(diào)器的連接管絕大部分都是采用銅管，而在冰箱、汽車空調(diào)等制冷領(lǐng)域，則廣泛使用鋁合金管（以下簡(jiǎn)稱鋁管）。鋁管在空氣和水分的作用下，會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，尤其是在沿海地區(qū)，由于空氣中的水分和鹽分含量高，鋁管容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕，形成腐蝕損傷，造成材料疲勞性能下降, 從而造成機(jī)器泄露，甚至報(bào)廢。鹽霧試驗(yàn)是一種主要利用鹽霧試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的人工模擬鹽霧環(huán)境條件來考核金屬材料耐腐蝕性能的環(huán)境試驗(yàn)。

1　試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及條件

標(biāo)準(zhǔn)：SWAAT試驗(yàn)(ASTM G85-98 改良后鹽霧試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程及其附錄A3 合成海水酸化循環(huán)試驗(yàn))。

試驗(yàn)條件：溶液（5％NaCl水溶液，PH為2.8-3.0）；

試驗(yàn)箱溫度35℃，鼓泡塔溫度47℃；

鹽霧收集量：1-2ml/80cm2·h；

壓縮空氣壓力：120KPa；

環(huán)境循環(huán)：90分鐘浸泡在相對(duì)濕度高于98％的環(huán)境下，然后噴灑鹽霧30分鐘。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備用美國(guó)Q-FOG循環(huán)腐蝕試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)：CCT1100

本試驗(yàn)機(jī)在操作時(shí)，通過程序設(shè)置控制，可以進(jìn)行四種暴露環(huán)境的反復(fù)循環(huán)更迭：噴霧、干燥、100％濕度和居住條件。

本試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求100％濕度、噴霧兩個(gè)功能循環(huán)。

1.3試驗(yàn)方案

試驗(yàn)時(shí)間定為500小時(shí)，每2個(gè)小時(shí)為1個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)：90分鐘浸泡在相對(duì)濕度高于98％的環(huán)境下，然后噴灑鹽霧30分鐘。每種鋁管至少放置3根（400mm/根），在試驗(yàn)進(jìn)行到時(shí)間約為260h、400h、500h時(shí)，分別取出觀察外表面，并做抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試、分析。

1.4試樣及化學(xué)成分

試樣采用1060、1100、3003等三種不同合金牌號(hào)、規(guī)格為F7x0.8的擠壓鋁管，其化學(xué)成分如表1：

表1　三種鋁合金牌號(hào)的化學(xué)成分（％）

1.5溶液配置要求

每95克去離子水中溶解5克氯化鈉（氯化鈉應(yīng)不含鎳和銅元素，含有的干燥劑成分不應(yīng)大于氯化鈉總量的0.1％），溶液濃度為5％NaCl。每升溶液添加10ml醋酸合成海鹽溶液，調(diào)節(jié)鹽溶液的PH值，使之在2.8-3.0之間。

1.6鹽霧腐蝕原理

腐蝕是材料或其性能在環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)。鹽霧對(duì)金屬材料的腐蝕，主要是導(dǎo)電的鹽溶液滲入金屬內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成“低電位金屬－電解質(zhì)溶液－高電位雜質(zhì)”微電池系統(tǒng)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，作為陽極的金屬出現(xiàn)溶解，形成新的化合物即腐蝕物。鹽霧腐蝕破壞過程中起主要作用的是氯離子，氯離子的半徑很小，只有1.81× 10-10m。它具有很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，容易穿透金屬氧化層進(jìn)入金屬內(nèi)部，破壞金屬的鈍態(tài)。同時(shí)，氯離子具有一定的水合能，容易被吸附在金屬表面的孔隙、裂隙等部位，取代保護(hù)金屬的氧化層中的氧，使金屬受到進(jìn)一步的破壞。

陽極：金屬(Mc)失去電子而變成金屬陽離子，并以水化離子的形式進(jìn)入溶液，同時(shí)把相當(dāng)?shù)碾娮恿粼诮饘僦校篗c+nH2O→Mcx+ · nH2O+xe

陰極：留在金屬中的剩余電子，被氧去極化，還原并吸收電子，成為氫氧根離子：O2+2H2O+4e →4OH-

電解液：氯化鈉是一種強(qiáng)電解質(zhì)，極易吸潮，在水中完全電離，離解成鈉離子和氯離子。部分氯離子、金屬離子和氫氧根離子反應(yīng)成金屬腐蝕物：2Mcx+ +xCL- +xOH-→McClx·Mc(OH) x

1.7試驗(yàn)過程與現(xiàn)象分析

三種不同鋁合金管分別在266h、409h、506h時(shí)取樣檢測(cè)，其力學(xué)性能中的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率變化如表2。

表2　腐蝕前后力學(xué)性能對(duì)比

266h時(shí)，取出試驗(yàn)1060、1100、3003鋁管，試樣均未泄漏，經(jīng)測(cè)試，鋁管試樣抗拉強(qiáng)度變化較小，伸長(zhǎng)率下降明顯（數(shù)據(jù)如表2所示）；而1100試樣與3003試樣表面的腐蝕面積接近，但1100試樣表面出現(xiàn)裂紋(如圖1)，而3003試樣表面出現(xiàn)凹坑(如圖2)；1060試樣表面腐蝕不明顯。266h時(shí)，其抗腐蝕性能優(yōu)劣：1060>1100>3003。

圖1　266h時(shí)1100腐蝕情況（裂紋）

圖2　266h時(shí)3003腐蝕情況（凹坑）

409h時(shí)，取出試驗(yàn)1060、1100、3003鋁管，經(jīng)測(cè)試，試樣抗拉強(qiáng)度變化較小，伸長(zhǎng)率持續(xù)下降（數(shù)據(jù)如表2所示）；3003試樣出現(xiàn)一處泄漏（如圖3），管整體表面凹坑深而且多（如圖4）；1100試樣未泄漏，但其表面也出現(xiàn)少許凹坑，整體裂紋較多（如圖5）；1060試樣未泄漏，其表面腐蝕比較均勻（如圖6）。409h時(shí)，抗腐蝕性能優(yōu)劣：1060>1100>3003。步下降（數(shù)據(jù)如表2所示）；1060試樣仍未泄漏，其表面腐蝕比較均勻，未發(fā)現(xiàn)凹坑(如圖7)；1100試樣 與3003試樣均出現(xiàn)兩處泄漏點(diǎn)；3003試樣 表面腐蝕比1100試樣 嚴(yán)重，表現(xiàn)為3003試樣表面腐蝕凹坑直徑和深度都比1100試樣的大(如圖8，9)。506h時(shí)，抗腐蝕性能優(yōu)劣：1060>1100>3003。

圖3　409h時(shí)3003泄漏點(diǎn)

圖4　409h時(shí)3003腐蝕情況（凹坑）

圖5　409h時(shí)1100腐蝕情況（裂紋與凹坑）

圖6　409h時(shí)1060腐蝕情況（表面均勻）

圖7　506h時(shí)1060腐蝕情況（表面均勻）

圖8　506h時(shí)1100腐蝕情況（凹坑與裂紋）

圖9　506h時(shí)3003腐蝕情況（凹坑）

2　鹽霧試驗(yàn)影響因素分析

溫度：試驗(yàn)溫度越高鹽霧腐蝕速度越快。國(guó)際電工委員會(huì)IEC60355：1971《AN APPRAISAL OF THE PROBLEMS OF ACCELERATED TESTING FOR ATMOSPHERIC CORROSION》標(biāo)準(zhǔn)指出：“溫度每升高10℃，腐蝕速度提高2～3倍，電解質(zhì)的導(dǎo)電率增加10％～20％”。這是因?yàn)闇囟壬撸肿舆\(yùn)動(dòng)加劇，化學(xué)反應(yīng)速度加快的結(jié)果。

濕度：金屬腐蝕的臨界相對(duì)濕度大約為70％。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到或超過這個(gè)臨界濕度時(shí)，鹽將潮解而形成導(dǎo)電性能良好的電解液。當(dāng)相對(duì)濕度降低，鹽溶液濃度將增加直至析出結(jié)晶鹽，腐蝕速度相應(yīng)降低。

其它因素：氯化鈉純度、水的純度、溶液PH值、噴霧均勻性等均不同程度影響金屬材料的耐腐蝕性能。

3　結(jié)論

本文針對(duì)1060、1100、3003等三種不同鋁合金鋁管，通過在合成海水酸化環(huán)境循環(huán)試驗(yàn)（90分鐘浸泡在相對(duì)濕度高于98％的環(huán)境下，然后噴灑鹽霧30分鐘）時(shí)間分別為266h、409h、506h時(shí)的力學(xué)性能和抗腐蝕性能結(jié)果如下：

（1）力學(xué)性能隨腐蝕時(shí)間增加，抗拉強(qiáng)度變化較小，但伸長(zhǎng)率逐步下降。266h，抗拉強(qiáng)度變化較小，伸長(zhǎng)率下降明顯；499h，抗拉強(qiáng)度變化較小，伸長(zhǎng)率持續(xù)下降；506h，抗拉強(qiáng)度變化較小，伸長(zhǎng)率進(jìn)一步下降；

（2）抗腐蝕性能優(yōu)劣：1060>1100>3003。1060牌號(hào)抗腐蝕性能最好，3003最差。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

參考文獻(xiàn)：

[1]文邦偉,李繼紅.鋁及鋁合金在熱帶海洋地區(qū)大氣腐蝕[J].表面技術(shù),2004(6).

[2]蘇艷.7B04高強(qiáng)鋁合金與防護(hù)涂層在海洋大氣環(huán)境中的腐蝕行為[D].重慶大學(xué),2011

[3]羅蘭,王一臨.鹽霧試驗(yàn)方法探討[J].裝備環(huán)境工程,2011(4).

[4]于美,董宇,王瑞陽,等.23Co14Ni12Cr3Mo超高強(qiáng)鋼在模擬海水環(huán)境中的腐蝕行為[J].材料工程,2012(1).

[5]閆凱,宋慶軍,李秀娟,等.鹽霧腐蝕及其試驗(yàn)中需要注意的幾個(gè)問題分析[J].環(huán)境技術(shù),2013(4).

Aluminum Alloy Tube Sodium Chloride Salt Fog Corrosion Research

LI Jun-qi，et al
(Henan Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang 453003, China)

Abstract:Aluminum alloy tube has been widely used in air conditioning industry，its corrosion resistance is necessary。Through sodium chloride salt spray corrosion test, study and understand the 1060、1100、3003 different corrosion resistance of aluminum alloy tube.

Key words:salt spray test; corrosion principle; corrosion resistance;aluminum alloy; mechanical property

中圖分類號(hào)：TG146

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-2093(2016)01-0008-04

收稿日期：2015-11-23

作者簡(jiǎn)介：李俊歧（1970―），男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，主要從事金屬材料應(yīng)用研究。