鋁合金在乙二醇溶液中的腐蝕研究

楊 琦

（陽泉煤業(yè)集團物資經(jīng)銷有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045200）

引言

鋁合金作為工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的金屬材料，具有密度低導(dǎo)熱性能好、力學(xué)性能優(yōu)等特征，在實際應(yīng)用中，能替代不銹鋼以及銅合金等材料，在我國航空航天、軍事化工、汽車等領(lǐng)域運用廣泛。鋁合金主要應(yīng)用在工業(yè)設(shè)備的冷卻當(dāng)中，主要作用是進行換流閥、散熱器或熱交換器等設(shè)備的生產(chǎn)。

乙二醇具有冰點低、成本支出小和熱容大的優(yōu)勢，主要充當(dāng)工業(yè)設(shè)備的冷卻介質(zhì)。在汽車發(fā)動機中使用的冷卻液，就包含了相應(yīng)比例的乙二醇溶液。軍工行業(yè)中的軍用設(shè)施設(shè)備會在極端的環(huán)境和條件下使用，所以需要運用到體積分數(shù)占比為65%的乙二醇水溶液充當(dāng)冷卻介質(zhì)[1]。另外，當(dāng)環(huán)境溫度比較低，換流站建設(shè)的環(huán)節(jié)當(dāng)中，可在內(nèi)冷水當(dāng)中添加適量的乙二醇溶液，這種方式有利于內(nèi)冷水冰點的降低，達到保暖防凍的目的。乙二醇冷卻液有著較低的腐蝕性能，如果使用的時間過長，那么，在經(jīng)過相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)之后，會產(chǎn)生乙醇酸及乙二酸等物質(zhì)，所以有可能會對設(shè)備造成一定程度的腐蝕。

1 鋁合金在乙二醇溶液中腐蝕機理分析

1.1 關(guān)于鋁-醇相鈍化膜的構(gòu)成

鋁合金的表層部位，經(jīng)過相應(yīng)的反應(yīng)之后，會出現(xiàn)一層十分薄的鈍化膜，而這使得鋁合金具備一定程度的抗腐蝕性。就當(dāng)前的情況來看，我國在鈍化膜方面的研究較多。大多數(shù)研究觀點都傾向于鋁合金在乙二醇溶液當(dāng)中會產(chǎn)生一層醇化鋁膜，主要成分是鋁醇復(fù)合物。在溶液當(dāng)中添加乙二醇，將會使得乙二醇出現(xiàn)還原反應(yīng)，最終產(chǎn)生鋁-醇相，具體還原反應(yīng)式如式（1）。

1.2 鋁合金在乙二醇溶液中發(fā)生的點蝕現(xiàn)象分析

相關(guān)調(diào)查試驗結(jié)果表明，乙二醇溶液對于鋁合金的腐蝕有著明顯的抑制功能。但是如果乙二醇的溶液濃度過低的話，那么點蝕情況的抑制作用并不明顯。當(dāng)前，大多數(shù)理論研究結(jié)果都表明，濃度較低的乙二醇溶液，會使得鋁合金基體和與之相鄰第二相粒子間，發(fā)生較為明顯的電偶效應(yīng)。在這個過程當(dāng)中，第二相粒子主要是以陰極存在，而鋁合金主要是以陽極存在，在此種情況下，鋁合金將會提前溶解，在完全溶解之后，第二相顆粒才逐漸進行溶解和脫落，從而造成的腐蝕坑的形成。

2 鋁合金在乙二醇溶液中發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的因素及影響分析

2.1 乙二醇溶液中含雜質(zhì)離子

通常情況下，雜質(zhì)離子會對金屬造成一定的腐蝕影響，而腐蝕的程度，主要在于金屬的實際類型以及金屬表層部位的相互作用。離子和金屬表層部位發(fā)生了相應(yīng)的作用之后，會通過電化學(xué)反應(yīng)對金屬進行腐蝕。而對于鋁物質(zhì)來說，其所發(fā)生的腐蝕以及點蝕情況都受到了離子類型以及具體濃度的影響。

2.2 流體流動

乙二醇溶液以流體的狀態(tài)存在時，那么，在靜態(tài)溶液的過程當(dāng)中，不會發(fā)生鋁合金鈍化的現(xiàn)象，不僅如此，鋁合金的具體腐蝕程度以及過程都會受到活化機制的影響。所以處于冷卻劑系統(tǒng)當(dāng)中的流體流動，將會進一步加劇鋁合金的腐蝕程度。

通常情況下，從侵蝕到腐蝕過程當(dāng)中，所造成的相關(guān)材料質(zhì)量損失，遠遠大于純粹侵蝕時所造成的材料質(zhì)量損失[2]。根據(jù)當(dāng)前的研究結(jié)果來看，主要提出了兩種不同的機制，對于腐蝕以及侵蝕的協(xié)同作用進行了說明。首先，主要體現(xiàn)在表層部位硬度下降，而發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，會使得材料的表層部位變得更加凹凸不平，擴大了腐蝕的面積和強度。其次，由于金屬表層部位所具備的保護膜形成較為緩慢，并且保護膜比較薄，所以難以抵抗腐蝕。當(dāng)保護膜尚處于形成過程中時，腐蝕行為的影響更大。

2.3 乙二醇濃度

參照點缺陷模型理論來看，鈍化膜對于點蝕的敏感度，主要來自于施主的具體密度。當(dāng)溶液當(dāng)中的乙二醇含量不斷增加時，那么，鈍化膜的施主力度將會呈現(xiàn)出下降的趨勢，在此情況之下，鈍化膜的構(gòu)成部分以及電子結(jié)構(gòu)都會發(fā)生相應(yīng)的改變，最終使得鋁合金的腐蝕敏感度發(fā)生變化。

2.4 溫度

通常情況下，在溫度不斷升高的前提之下，和腐蝕有關(guān)聯(lián)的界面反應(yīng)過程都會出現(xiàn)加速的情況。溫度逐漸上升會使得反應(yīng)活化能出現(xiàn)不斷下降，從而使得鋁合金所具有的陽極溶解不斷增加，而此時，乙二醇的實際黏度也會有所下降，進一步促進了氧氣的擴散，從而使得鋁合金發(fā)生氧化作用[3]。另外，在溫度不斷升高的基礎(chǔ)上，氧在溶液當(dāng)中的溶解度也會出現(xiàn)降低的情況，溶液當(dāng)中含氧量進一步下降，就極有可能會降低鋁合金表面氧化物形成的可能性。

2.5 pH 值

當(dāng)pH 值在不斷升高的狀態(tài)之下，處于乙二醇水溶液中鋁的活性水平也會得到不斷加強，腐蝕的電位將會進一步下降。如果溶液的堿性度不斷上升，那么將會促使鋁的氧化膜發(fā)生溶解的情況。

3 緩蝕劑的抑制功能分析

由于在整個體系當(dāng)中，乙二醇一直處于浸泡的狀態(tài)之下，所以在其浸泡的過程當(dāng)中，所產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物會進一步推動腐蝕行為的發(fā)生，為了能夠有效的降低金屬表層部位的腐蝕發(fā)生率，因此，對緩蝕劑進行了相應(yīng)的研究和分析。通常情況下，為了有效地防止鋁合金出現(xiàn)腐蝕的情況，一般采取兩種方式進行抑制。其一，在鋁元素當(dāng)中添加其他的元素，從而有效地提升合金元素的電勢，進一步減少析氫的行為發(fā)生。其二，通過使用相關(guān)添加劑，有效地降低溶液中各類雜質(zhì)的腐蝕作用。經(jīng)過研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有機化合物比重金屬鹽的毒性更低，使用時的安全性能也更高，所以可以有效地構(gòu)成金屬絡(luò)合物，對腐蝕行為進行有效的抑制。

相關(guān)研究調(diào)查表明，有效地利用鈍化鋁合金能夠使得陽極電流的密度進一步下降，從而對鋁合金的腐蝕行為進行抑制。除此之外，溶液所具有的湍流流動性，會使得鋁合金原本所具有的耐腐蝕性以及抗腐蝕性能效果降低。

在通過相關(guān)實驗和論證之后，充分表明了稀土金屬鹽對于鋁合金腐蝕抑制來說，有著極佳的功能和效果，不僅如此，稀土金屬鹽不會對環(huán)境造成損害，也不會產(chǎn)生任何毒性物質(zhì)，能夠有效地替代過去使用的有毒有機緩蝕劑，實用價值較高[4]。

4 結(jié)語

因為乙二醇有著較大溫度范圍的冷熱保護，所以在傳熱設(shè)施設(shè)備當(dāng)中，通常被應(yīng)用為防凍劑。在金屬行業(yè)，鋁合金是應(yīng)用十分廣泛的金屬材料之一，不僅如此，在換熱設(shè)施設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用范圍也越來越廣。就目前發(fā)展的概況來看，鋁合金在乙二醇溶液當(dāng)中所發(fā)生的腐蝕情況和行為，受到了眾多研究者的廣泛關(guān)注。本文針對鋁合金在乙二醇溶液當(dāng)中所出現(xiàn)的腐蝕行為及現(xiàn)象進行了研究，并對腐蝕行為所發(fā)生的具體機理作了有效的探討，結(jié)合金屬腐蝕行為發(fā)生的具體因素，分析了不同緩蝕劑會對鋁合金腐蝕現(xiàn)象的具體抑制功能，從而為鋁合金在乙二醇溶液當(dāng)中的抗腐性能研究提貨有效的參考。