鋁合金在乙二醇冷卻劑介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力學(xué)研究

張藝靈，張振林，楊鵬飛

（新冶高科技集團(tuán)有限公司，北京 100081）

液體冷卻系統(tǒng)中最為常見的冷卻劑是乙二醇（CH2OHCH2OH）冷卻劑[1]，通常乙二醇冷卻液腐蝕性較低，但由于長(zhǎng)期使用致使其在使用中發(fā)生酸化反應(yīng)，從而發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，迫使系統(tǒng)中的部分產(chǎn)品發(fā)生設(shè)備維修或更換。如俄羅斯“和平號(hào)”空間站在軌運(yùn)行的前幾年，發(fā)生過(guò)多次乙二醇水溶液泄露，迫使部分產(chǎn)品被更換[2]；國(guó)際空間站熱控系統(tǒng)中冷卻劑發(fā)生酸化反應(yīng)，致使熱控系統(tǒng)內(nèi)金屬腐蝕，直接影響了系統(tǒng)、裝備的穩(wěn)定性和安全性[3，4]。

雖然乙二醇對(duì)鋁合金的腐蝕具有一定的抑制作用，但鋁合金表面生成的醇化鋁膜較疏松，其穩(wěn)定性和耐蝕性較氧化膜差[5]。范金龍等發(fā)現(xiàn)，鋁合金的腐蝕速率隨著乙二醇冷卻液濃度的增加而減小，溶液溫度越高，腐蝕速率越大，同時(shí)浸泡時(shí)間增加后氧化膜的薄弱區(qū)會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕，在伴隨點(diǎn)蝕自愈合的同時(shí)點(diǎn)蝕總體加劇[6]。金星等證實(shí)：鋁合金A6061在乙二醇-腐蝕水模擬冷卻液中短期浸泡能抑制腐蝕性，但浸入時(shí)間延長(zhǎng)至4小時(shí)以上，會(huì)加劇乙二醇溶液腐蝕A6061合金，且乙二醇的氧化產(chǎn)物將增強(qiáng)A6061合金的腐蝕敏感性[7]。趙天亮發(fā)現(xiàn)在乙二醇溶液中，含有較高M(jìn)g元素和一定Mn元素的5A05鋁合金比3A21、6063鋁合金的耐腐蝕性好[8]。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣制備

本試驗(yàn)材料5A06鋁合金、5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）。樣品尺寸為50mm×25mm×2mm，在距樣品頂部5mm處鉆一個(gè)直徑為2mm的孔，用于在試驗(yàn)期間固定樣品。

1.2 試驗(yàn)方法

為研究鋁合金在乙二醇冷卻劑介質(zhì)中的腐蝕動(dòng)力學(xué)，通過(guò)對(duì)兩種裸材在乙二醇冷卻液中浸泡試驗(yàn)，得到金屬腐蝕前后重量，從而繪制腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖；測(cè)出不同材質(zhì)的極化曲線，擬合出腐蝕電流密度，判斷腐蝕速率，綜合判斷鋁合金在乙二醇冷卻劑介質(zhì)中的耐腐蝕能力。

具體方案如下：

首先，用酒精擦拭去掉金屬表面油污，然后用去離子水沖洗雜質(zhì)。

每個(gè)金屬樣本測(cè)量三次，記為a、b、c；并稱重，記為W0。

為保證試驗(yàn)溫度為30℃，試驗(yàn)在恒溫水浴鍋中進(jìn)行。

每隔1m、2m、3m、6m、9m、12m分別取試樣，隨后用軟毛刷擦拭金屬試樣表面，再使用專門清除腐蝕物的除銹液（硝酸（HNO3，ρ=1.42g/ml））清除致密的大面積腐蝕物層，用去離子水洗干凈并干燥樣品，稱量處理后的金屬材料重量，記W1，并計(jì)算試樣的腐蝕速率。

2 結(jié)果及分析

2.1 腐蝕失重

通過(guò)對(duì)兩種材料在乙二醇循環(huán)冷卻液中浸泡試驗(yàn)，根據(jù)失重?cái)?shù)據(jù)繪制腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線圖。由圖1可知，5A06鋁合金在乙二醇中浸泡1個(gè)月和2個(gè)月的腐蝕失重很小，到3個(gè)月時(shí)質(zhì)量反而有輕微的增加，這可能與鋁合金表面鈍化形成氧化層有關(guān)系。

圖1 5A06鋁合金的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線

而從圖2可知，5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）在乙二醇中歷經(jīng)1個(gè)月的浸泡后，腐蝕速率逐漸變小，基本小于4g/(m2·a)，并且隨著試驗(yàn)時(shí)間增長(zhǎng)，腐蝕速率逐漸降低，腐蝕逐漸減緩，6個(gè)月后腐蝕速率已趨于0，但到12個(gè)月后腐蝕速率又升高。

圖2 5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線

2.2 腐蝕電流密度

通過(guò)繪制，得到5A06鋁合金和5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）的極化曲線圖，從圖3、圖4可以看出兩種鋁合金在乙二醇中具有顯著的鈍化行為，且鈍化區(qū)間較大，在陽(yáng)極極化范圍內(nèi)（1V vs.OCP）仍沒(méi)有出現(xiàn)明顯的擊穿電位，表明兩種鋁合金在乙二醇中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。由極化曲線擬合得到5A06鋁合金在乙二醇中的腐蝕電流為3.8997×10-8A/cm2，5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）在乙二醇中的腐蝕電流為1.6291×10-8A/cm2，兩種鋁合金的腐蝕速率小。本色陽(yáng)極化處理的5A06鋁合金的腐蝕電流密度要小于未經(jīng)表面處理的，說(shuō)明本色陽(yáng)極化處理能增強(qiáng)5A06鋁合金在乙二醇中的耐腐蝕性能。

圖3 5A06鋁合金在乙二醇中的極化曲線

圖4 5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）在乙二醇中的極化曲線

3 結(jié)論

（1）5A06鋁合金在乙二醇中不同周期的腐蝕速率均不大于1g/(m2·a)，整體腐蝕速率均比較低；5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）初期腐蝕速率小于4g/(m2a)，但隨著試驗(yàn)周期延長(zhǎng)，腐蝕速率有所降低，腐蝕減緩，6個(gè)月后已趨于0。

（2）5A06鋁合金和5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）的腐蝕電流密度分別為3.8997×10-8A/cm2、1.6291×10-8A/cm2，腐蝕電流密度較小，且本色陽(yáng)極化處理能降低5A06鋁合金的腐蝕電流密度，增強(qiáng)5A06鋁合金在乙二醇中的耐蝕性；整體來(lái)看5A06鋁合金和5A06鋁合金（本色陽(yáng)極化）在乙二醇中的腐蝕速率較低，均未發(fā)生明顯的腐蝕，耐蝕性良好。本色陽(yáng)極化處理能增強(qiáng)5A06鋁合金的耐腐蝕性能。