鋁合金輪轂在典型大氣環(huán)境中的腐蝕及其防護措施

李家威，路東柱，王玉平，李婷婷，黃彥良，侯保榮

(1.中國科學院海洋研究所中國科學院海洋腐蝕與生物污損重點實驗室，山東 青島 266071；2.青島海洋科學與技術(shù)(試點) 國家實驗室海洋腐蝕與防護開放工作室，山東 青島 266237；3.齊魯工業(yè)大學(山東省科學院) 材料科學與工程學院，山東 濟南 250353；4.中國科學院海洋大科學研究中心，山東 青島 266071；5.廣西科學院廣西近海海洋環(huán)境科學重點實驗室，廣西 南寧 530007；6.南通中科海洋科學與技術(shù)研究發(fā)展中心，江蘇 南通 226006；7.保定市立中車輪制造有限公司，河北 保定 071000)

0 前 言

鋁合金因其質(zhì)量輕、力學性能優(yōu)良以及耐蝕性相對較好等特點，在汽車、船舶、高速列車等交通運輸行業(yè)呈現(xiàn)良好的應(yīng)用趨勢[1-3]。據(jù)統(tǒng)計，每年鋁合金車輪全球的需求量達數(shù)億只，鋁合金車輪輪轂已應(yīng)用在各種各樣的車型中[4]。其中，鑄造鋁合金輪轂以其鑄造流動性好、氣密性好、價格相對低廉、外形美觀等特點，已經(jīng)在轎車行業(yè)得到普及[5，6]。A356 鋁合金因其具有線收縮性小、無熱裂傾向等優(yōu)異的鑄造性能，熱處理后可獲得較好的強度、韌性、塑性等綜合力學性能以及后續(xù)防腐蝕工序易操作等特點，成為鑄造輪轂的首選材料。尤其是近年來對節(jié)能減排和汽車輕量化的要求越來越高，具有減重節(jié)能特性的鋁合金的開發(fā)與應(yīng)用得到普遍關(guān)注[7]。

20 世紀20 年代初，普加其公司首次將磨砂鑄造鋁合金輪轂替代鋼鐵輪轂安裝在賽車上，20 世紀50 年代，鋁質(zhì)車輪輪轂在家用汽車上得到普及。1958 年，首批鑄造鋁合金在美鋁公司進行大規(guī)模量化生產(chǎn)，以后的幾十年中，鋁合金車輪的耐磨損、耐腐蝕工藝性能得到了不斷優(yōu)化提升[8]。1979 年，美國開始把鋁合金輪轂作為標準輪轂，并制定了一系列標準。

1980 年初，鋁合金輪轂才剛剛在中國內(nèi)地起步，但隨著時間演變，這個新興產(chǎn)業(yè)卻迎來了爆炸式的投資發(fā)展。到21 世紀初，國內(nèi)共有50 多家鋁合金車輪廠，因成本限制，大部分采用性能較差、成本低的低壓鑄造工藝[9]。據(jù)媒體報道，截止2020 年，我國鋁合金輪轂的生產(chǎn)已超過全球生產(chǎn)總量的一半。鋁合金汽車輪轂正在向輕量化、耐腐蝕的方向發(fā)展[8]。

1 大氣環(huán)境因素對腐蝕的影響

雖然鋁合金具有很好的鑄造性能和力學性能，但也會在長時間的使用中發(fā)生腐蝕。腐蝕不僅會帶來經(jīng)濟損失，還會引發(fā)一些不可挽回的事故。據(jù)調(diào)查，我國2014 年的腐蝕成本約為2.1 萬億人民幣，占當年GDP的3.34%[10]，全世界年均腐蝕報廢和損耗的金屬約為1 億噸，占年產(chǎn)量的20%～40%[11]。

鋁合金在一般大氣環(huán)境下使用會在材料表面自發(fā)地生成具有一定保護能力的氧化膜，但是在一些惡劣環(huán)境中，表面氧化膜容易被破壞，基體發(fā)生電化學腐蝕，腐蝕現(xiàn)象會出現(xiàn)在氧化膜破損或不均勻處，導(dǎo)致材料性能下降甚至報廢，主要反應(yīng)如下:

陰極:

周和榮等[12]研究表明，氣候環(huán)境和大氣中的污染物是Al 及其合金大氣腐蝕的主要影響因素，其中氣候因素主要包括大氣的相對濕度、溫度、降雨、日照時間、風速和降塵等，大氣腐蝕性污染物成分主要有SO2、Cl-、SO3、NOx、CO2、有機物及煙塵固體顆粒等。

大氣相對濕度是輪轂腐蝕最直接的原因之一，較高的相對濕度會促進水分在輪轂表面形成水膜[13]，Na+和Cl-會溶解到水膜中，增加水膜的導(dǎo)電性，水膜中氧的擴散速率也較高；由于陰極反應(yīng)吸收氧氣，因此電化學腐蝕的反應(yīng)速率得到顯著提高。溫度的變化會影響金屬表面的含水量、金屬表面水化殼的凝聚以及電化學反應(yīng)速度，繼而影響大氣腐蝕速度；同時，鋁合金腐蝕程度也與大氣中的O2濃度、CO2濃度、SO2濃度、Cl-濃度直接相關(guān)，大氣中的腐蝕性成分相對濃度的增加加劇了腐蝕反應(yīng)。

Jiang 等[13]通過在南海放置合金進行對照試驗探究大氣腐蝕機理。對于南海腐蝕場地，大氣環(huán)境中存在大量的海鹽(Na+和Cl-)，并且由于當?shù)氐母咻椪?、強降雨和高濕度，合金表面發(fā)生了較為嚴重的電化學腐蝕。在空氣中濕度超過75%的環(huán)境下，Na+和Cl-就會進入水膜，增加了電導(dǎo)率，加劇腐蝕發(fā)生。

高蒙等[14]研究了NaCl 沉積對7B04 鋁合金大氣腐蝕行為的影響，并對SO2和NaCl 協(xié)同作用進行了探討，結(jié)果表明，NaCl 與SO2共存對7B04 鋁合金的大氣腐蝕具有一定協(xié)同效應(yīng)，同時存在時，引起的腐蝕大于二者單獨存在時引起的腐蝕之和。

Esmaily 等[15]在室內(nèi)環(huán)境下，通過控制變量的方法測試了鋁鎂合金在3 個不同的溫度下表面腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生速度，發(fā)現(xiàn)在其他影響變量不變的情況下，腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生速率與試驗溫度成正相關(guān)。

在惡劣環(huán)境中鋁合金常見的腐蝕類型主要有:絲狀腐蝕、點腐蝕、晶界腐蝕、應(yīng)力腐蝕、剝落腐蝕，見圖1。

圖1 5 種腐蝕示意Fig.1 Schematic diagram of five types of corrosion

絲狀腐蝕一般出現(xiàn)在大氣濕度比較大的環(huán)境中，例如青島、海南等，這種腐蝕現(xiàn)象在有涂層防護的鎂、鋁及其合金的表面最易出現(xiàn)。腐蝕紋路一般是以絲帶狀出現(xiàn)，因而被稱為絲狀腐蝕，如圖1a 所示，絲狀腐蝕一般發(fā)生在金屬材料的涂膜層下，又稱膜下腐蝕。韓福余等[16]研究發(fā)現(xiàn)絲狀腐蝕一般不會對金屬材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生太大的影響，但會損害金屬制品的表面形貌及其美觀性。

點腐蝕是在材料表面產(chǎn)生的點狀腐蝕，鋁合金表面氧化膜缺陷處是發(fā)生點腐蝕的主要位置[20]。同時點腐蝕也是鋁合金材料中最為常見的一種腐蝕現(xiàn)象。周松等[17]證明了航空鋁合金在3 種不同環(huán)境下(潮濕空氣、鹽水和模擬油箱積水環(huán)境中)主要發(fā)生了點腐蝕，如圖1b 所示。

穿晶腐蝕和沿晶腐蝕也是2 種常見的腐蝕類型[21-23]。穿晶腐蝕是沿任意方向出現(xiàn)的腐蝕，沿晶腐蝕主要是通過晶粒之間的晶界出現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象，如圖1c 所示。1940 年開始，科學家就對鋁合金的晶界腐蝕進行了研究，大部分晶界腐蝕都是通過陽極性質(zhì)的晶界構(gòu)成物(溶質(zhì)貧化區(qū)或沉淀相)與晶格本體的腐蝕電位差異形成電偶腐蝕，進而導(dǎo)致晶間腐蝕[24]。

應(yīng)力腐蝕又被稱為應(yīng)力腐蝕開裂，是腐蝕介質(zhì)與鋁合金內(nèi)部的應(yīng)力共同作用下發(fā)生的一種腐蝕現(xiàn)象[18，24，25]，如圖1d，1f 所示。應(yīng)力腐蝕一般在鋁合金內(nèi)部產(chǎn)生，在材料表面并不會發(fā)現(xiàn)腐蝕跡象，一旦發(fā)生，極易出現(xiàn)事故。

剝落腐蝕是一種材料出現(xiàn)形變時，順著形變軌跡形成的腐蝕現(xiàn)象，剝落腐蝕屬于選擇性腐蝕，隨著腐蝕的加重，腐蝕產(chǎn)物會使金屬薄層像鱗片一樣脫落，因而被稱為剝落腐蝕[19，27，28]，如圖1e 所示。鋁合金受剝落腐蝕的影響很大，一般會以剝皮或鼓泡的形式存在。

De La Fuente 等[29]研究了鋁合金長期暴露于鄉(xiāng)村、城市、工業(yè)和海洋環(huán)境中時的腐蝕產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)鋁的腐蝕在鄉(xiāng)村和城市環(huán)境中微乎其微，合金表面觀測到的Al(OH)3氧化層相比于其他環(huán)境也很??；鋁在海洋和工業(yè)環(huán)境中腐蝕十分嚴重，存在大量嚴重的腐蝕坑，據(jù)觀察合金表面也覆蓋有大量含硫和氯的腐蝕產(chǎn)物。

鐘勇等[30]研究了鋁合金在濕熱海洋、干熱沙漠、寒冷鄉(xiāng)村、暖溫高原4 種大氣環(huán)境中的腐蝕行為，在戶外自然環(huán)境中進行試驗，通過宏觀腐蝕形貌分析、金相顯微形貌分析、腐蝕深度分析，對比研究2 種鋁合金在不同大氣環(huán)境中的腐蝕行為和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)鋁合金在不同大氣環(huán)境中表現(xiàn)出不同的耐腐蝕性，觀察到的腐蝕行為均表現(xiàn)為點蝕、晶間腐蝕和剝蝕的混合腐蝕。

Elola 等[31，32]研究了暴露在正常環(huán)境中純鋁的點蝕分布，發(fā)現(xiàn)暴露在侵蝕性大氣中的純鋁的點蝕密度在早期與時間呈線性規(guī)律，長期暴露后則趨于穩(wěn)定。

李波等[33]通過研究3 種鋁合金在不同高腐蝕環(huán)境下的腐蝕發(fā)現(xiàn)，6061 鋁合金和2195 鋁鋰合金在高濃度Cl-、腐蝕液中的腐蝕方式是由點腐蝕向面腐蝕轉(zhuǎn)變，而7075 鋁合金則是逐步出現(xiàn)大面積龜甲狀裂紋。

Wang 等[34]通過在我國西部鹽湖大氣環(huán)境中4 a的暴露試驗，研究了2024 鋁合金的局部腐蝕行為。研究發(fā)現(xiàn)此環(huán)境下鋁合金腐蝕速率遠高于同類材料在我國中東部地區(qū)多數(shù)典型環(huán)境氣候的腐蝕速率，并發(fā)現(xiàn)隨Cl-濃度的升高，2024 鋁合金的開路電位不斷降低，耐蝕性變差，間接表明富鹽干旱大氣環(huán)境對于Al 及鋁合金腐蝕作用較大。

Hu 等[35]通過大氣暴露現(xiàn)場試驗，研究了擠壓鋁合金7075-T6 的長期大氣腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)擠壓7075-T6 在沿海大氣中暴露20 a 后，發(fā)生了明顯的剝落和晶間腐蝕，其力學性能急劇下降。在工業(yè)和沿海工業(yè)環(huán)境中，擠壓7075-T6 的質(zhì)量損失很高，腐蝕產(chǎn)物主要是硫酸鋁氫氧化物水合物(Al2SO4[OH]·H2O 和AlSO4[OH]·5H2O)。

以下主要介紹沙漠環(huán)境、濕熱海洋環(huán)境、亞熱帶濕熱環(huán)境、溫帶海洋工業(yè)環(huán)境、濕潤城市環(huán)境、高鹽環(huán)境、熱帶季風環(huán)境這7 種典型的腐蝕環(huán)境中鋁合金的腐蝕狀況。

1.1 沙漠環(huán)境

我國西北地區(qū)常年風沙少雨，沙漠環(huán)境條件下的土壤鹽堿化是該環(huán)境與我國其他環(huán)境最為不同的特點，郭初蕾[11]通過現(xiàn)場暴露試驗，研究2B06 新型鋁合金在庫爾勒南疆沙漠環(huán)境1～5 a 腐蝕行為和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)樣品正面沉積了一層黃色沙土，試樣正反面存在著不規(guī)則的黑色點蝕，掃描觀察可知覆蓋物為浮土，如圖2 所示，有著加速樣品腐蝕的作用，其導(dǎo)致鋁合金在干旱沙漠腐蝕效率也較高，雖不及海洋環(huán)境腐蝕速率，但也與濕潤城市環(huán)境相接近。而趙全成等[36]卻發(fā)現(xiàn)鋁合金暴露于相對濕度較低的干熱沙漠環(huán)境，表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜層會阻止腐蝕的進一步發(fā)生，相比于濕熱海洋環(huán)境鋁合金腐蝕相對緩慢。

圖2 2B06 合金暴露在沙漠環(huán)境5 a 后腐蝕形貌Fig.2 Corrosion morphology of 2B06 alloy exposed to desert environment for 5 a

1.2 濕熱海洋環(huán)境

海南省萬寧市以及廣東省湛江市寶鋼鋼鐵基地處于極具代表性的濕熱海洋環(huán)境中，全年潮濕多雨。朱紅嫚等[37]研究了1050A 和6A02 在萬寧幾種海岸點暴露0.5，1.0，2.0 a 的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)越靠近海岸線，大氣中Cl-含量越高，大氣濕度越大，腐蝕產(chǎn)生的越快，說明空氣濕度和Cl-濃度對鋁及其合金有很大的影響。趙全成等[36]在萬寧、敦煌2 種環(huán)境下開展鋁合金大氣腐蝕試驗，研究了2 種典型大氣環(huán)境對7A85 鋁合金腐蝕的影響，在濕熱海洋大氣環(huán)境中，隨暴露時間的延長，7A85 鋁合金的腐蝕逐漸加深，如圖3 所示，腐蝕情況相比于沙漠環(huán)境下更為嚴重。

圖3 7A85 鋁合金在萬寧典型大氣環(huán)境中暴露3 a 的金相顯微形貌Fig.3 Metallographic Morphology of 7A85 Aluminum Alloy Exposed to Atmospheric Environment in Wanning for 3 a

1.3 亞熱帶濕熱環(huán)境

我國的江津地區(qū)為亞熱帶濕熱環(huán)境的代表地，同時也是酸雨環(huán)境以及工業(yè)污染環(huán)境的交匯地。周和榮等[38]通過在我國江津典型的環(huán)境下進行大氣暴曬腐蝕試驗，測定了1060 純鋁、2A12 鋁合金和7A04 鋁合金在該地區(qū)的腐蝕速率，利用了掃描電子顯微鏡、能譜儀、紅外光譜儀和X 射線衍射儀等分析了3 種鋁合金的腐蝕形貌、元素分布和腐蝕產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)隨腐蝕時間的延長，鋁及其合金腐蝕產(chǎn)物不斷增多，腐蝕產(chǎn)物形貌呈塊狀或粒狀，呈現(xiàn)不均勻的凹凸形貌，如圖4 所示，腐蝕產(chǎn)物主要為Al(OH)3和Al2(SO4)3·14H2O。

圖4 鋁合金在江津腐蝕6 個月后的宏觀形貌及除去腐蝕產(chǎn)物的表面形貌[38]Fig.4 Macroscopic morphology of aluminum alloy after 6 months of corrosion in Jiangjin and surface morphology after removing corrosion products[38]

1.4 濕潤城市環(huán)境

濕潤城市鄉(xiāng)村環(huán)境以廣州為代表，郭初蕾[11]采用現(xiàn)場暴露試驗的方法，研究2B06 和1420 這2 種新型鋁合金在我國廣州(濕潤城市環(huán)境)1～5 a 腐蝕行為和規(guī)律，發(fā)現(xiàn)試樣正反面差異比較大，正表面覆蓋著灰白色的腐蝕斑點以及白色顆粒狀產(chǎn)物，試樣反面則是以一些黑色的斑點為主，使用SEM 觀察樣品微觀形貌發(fā)現(xiàn)呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，腐蝕產(chǎn)物以γ-Al(OH)3、Al2O3·3H2O、水合羥基硫酸鋁和水合硫酸鋁為主。

1.5 高鹽環(huán)境

高鹽環(huán)境常指Cl-濃度過高水分缺失的鹽堿地帶，在北美地區(qū)分布最為廣泛。本田出口到北美地區(qū)的汽車因受該地高鹽環(huán)境影響，車輪輪轂鋁合金出現(xiàn)黑斑狀腐蝕。張厚敏[39]分析了在該環(huán)境中A356 鋁合金汽車輪轂出現(xiàn)腐蝕的原因:其一，因該地常年高溫少雨，土地水分蒸發(fā)大，大氣中Cl-濃度高、灰塵多，易造成腐蝕；其二，輪轂中含有的銅鋅等雜質(zhì)與鋁的電位不同，易形成原電池對鋁進行腐蝕。據(jù)此制定了一套更加適合北美鹽害地區(qū)環(huán)境的A356 鋁合金化學成分標準，有效提高了汽車輪轂的力學性能和耐腐蝕性能。

1.6 溫帶海洋工業(yè)環(huán)境

山東省青島市是我國海洋工業(yè)環(huán)境的代表，全年空氣濕潤，Cl-濃度高，工業(yè)污染大，SO2濃度、CO2濃度高。楊浪等[40]研究了6061 鋁合金在模擬工業(yè)-海洋大氣環(huán)境下的腐蝕行為、機理及腐蝕形貌，觀察發(fā)現(xiàn)在該環(huán)境下的腐蝕由點蝕引起并擴展；同時，試樣發(fā)生沿晶腐蝕，8 個周期后沿晶腐蝕裂紋擴展深度達80 μm 下，如圖5 所示。模擬工業(yè)-海洋大氣環(huán)境中的硫化物不僅對試樣表面的點蝕產(chǎn)生很大影響，而且硫酸根離子會隨著腐蝕介質(zhì)深入晶界，加速沿晶腐蝕。力學性能分析表明，腐蝕8 個周期后試樣的延伸率大幅下降，斷裂機理發(fā)生改變，點蝕和沿晶腐蝕導(dǎo)致6061 鋁合金從韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榻饫泶嘈詳嗔选hao 等[41]將7A85 鋁合金在青島大氣環(huán)境中暴露5 a，發(fā)現(xiàn)鋁合金整體出現(xiàn)了大量的點蝕和晶間腐蝕，主要析出物為Al2CuMg 和Al7Cu2Fe 金屬間化合物顆粒，這些顆粒不僅誘發(fā)了缺陷膜，而且在析出-基體電偶腐蝕偶中作為陰極相，導(dǎo)致了點蝕的發(fā)生。此外，大氣中的硫化物轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽離子，深入晶界區(qū)，加速點蝕和晶間腐蝕。

圖5 6061 鋁合金在不同試驗周期后腐蝕截面的SEM 形貌[39]Fig.5 SEM images of corrosion sections of 6061 aluminum alloy after testing for different cycles[39]

1.7 熱帶季風環(huán)境

熱帶季風環(huán)境以泰國曼谷為代表，常年多雨潮濕，王力等[42]研究了5083、6063 和7020 鋁合金在泰國熱帶季風地區(qū)的腐蝕情況，對合金進行戶外暴露試驗，采用微觀顯微觀察、電化學試驗、化學成分分析等對3 種鋁合金腐蝕形貌及腐蝕機理進行研究，如下圖6 所示，研究發(fā)現(xiàn)5083 鋁合金表面分布直徑約50 μm 的點蝕坑，腐蝕產(chǎn)物層厚為2～3 μm，腐蝕產(chǎn)物較為致密；6063鋁合金中Zn、Si、Fe 等合金元素含量較少，表面氧化膜較厚且致密性較高，表面點腐蝕坑較少；而7020 鋁合金含有較多Zn 元素，表面氧化膜薄且致密性較低，但表面腐蝕最為嚴重。

圖6 3 種鋁合金曼谷暴曬1 a 后的微觀表面和截面SEM 圖像[42]Fig.6 The micro surface and cross-sectional SEM images of three kinds of Al alloys exposured in atmospheric enviroment in Bangkok area for 1 a[42]

不同環(huán)境對于鋁合金腐蝕的影響各不相同，因此研究不同環(huán)境下的鋁合金腐蝕現(xiàn)象尤為重要。為保護鋁合金、增加金屬的耐腐蝕性能，一些發(fā)達國家在19世紀末就開始規(guī)劃建立環(huán)境腐蝕站點。20 世紀初，美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)最先建立典型環(huán)境下的腐蝕試驗場地，開展了一系列金屬、防護涂層的試驗[11]。隨后日本、蘇聯(lián)等國家也投入了大量人力物力建立多個外部環(huán)境腐蝕試驗站點[43]。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)如今全球共設(shè)有400 多個環(huán)境腐蝕試驗站，基本包含所有環(huán)境特征，如沙漠、干旱、熱帶、寒帶、海洋、工業(yè)、鄉(xiāng)村等環(huán)境條件[44]。

而在國內(nèi)，室外環(huán)境腐蝕檢測站點起步于1980年，經(jīng)過數(shù)年的積累，一些單位如北京科技大學、鋼鐵研究總院、中國科學院海洋研究所、中國科學院金屬研究所等在我國不同地區(qū)都設(shè)立了一些腐蝕試驗站。中國科學院海洋研究所在青島、三亞等國內(nèi)典型城市，斯里蘭卡、印度尼西亞等一帶一路沿線國家，以及“科學號”科考船上都設(shè)有腐蝕試驗站，目前已在腐蝕防護理論體系完善、國家重點項目選材以及材料的研發(fā)上發(fā)揮了重要作用。

2 鋁合金輪轂的防腐措施

為了解決鋁合金的腐蝕問題，研究人員進行了大量的試驗，也找到一些有效抑制合金腐蝕的措施，可以對鋁合金進行自身改性、表面處理等方法進行保護。

2.1 基體改性

基體改性是一種通過在材料內(nèi)部改變其元素配比比例來調(diào)控材料性質(zhì)的方法，一般可以調(diào)整材料主要元素比例、微量元素比例、加入稀土元素等方法來進行改性，達到增加材料的防腐蝕性能的作用。

2.1.1 調(diào)控合適的主相元素比例

比如控制鎂/鋅比例在2.7 左右時，有助于獲得較好的抗腐蝕性能[45]；而銅元素的添加會使鋁合金耐腐蝕性能降低，易產(chǎn)生熱裂紋，鋁合金中銅含量通常在2.5%～5.0%范圍內(nèi)，可以增強鋁合金的強度并減緩合金的腐蝕性。

2.1.2 適量的微量元素

鉻、鎳、鋯、鍶等微量元素加入，可以增大晶界析出相的尺寸，減小析出相的密度[46]，如圖7 所示，使晶界析出相的間距增大，晶界析出相的不連續(xù)性增加，這些相的變化，使其耐腐蝕性得到有效提高[47]。

圖7 Al-Zn-Mg-Cu(-Sc-Zr)合金120 ℃時效48 h 晶內(nèi)析出相的HAADF-STEM 形貌[46]Fig.7 Intragranular Precipitates of Al-Zn-Mg-Cu-(Si-Zr) Alloy Aged at 120 ° C HAADF-STEM image[46]

2.1.3 加入稀土元素

稀土具有深脫氧、深脫硫的作用，還可以變質(zhì)和細化夾雜物，抑制晶粒長大，從而提高金屬材料的塑韌性、疲勞性能、耐磨性、耐蝕性等。在鋁合金中通過熔煉等方式適當?shù)靥砑酉⊥猎乜梢蕴岣卟牧夏透g性能。

Rometsch 等[48]發(fā)現(xiàn)加入鈧等稀土元素可以有效提高鋁合金的耐腐蝕性，但當稀土元素含量超過一定量時，耐蝕性能反而會變差。

2.2 表面處理

表面處理技術(shù)是在基體表面通過各種方法形成一層具有保護性質(zhì)表層的方法。鋁合金基體防腐表面處理一般有微弧氧化、金屬涂層、有機涂層、化學轉(zhuǎn)化膜等方法，其中金屬涂層和化學轉(zhuǎn)化膜這2 種方法最為常見。

2.2.1 微弧氧化

微弧氧化是將材料放到電解液中，利用電化學原理，將材料表面在高溫高壓下通過電弧放電，使其表面附著上一層陶瓷膜層的方法。微弧氧化大致分為陽極氧化、火花放電、深層氧化和弧光放電4 個階段，而具體步驟與使用的具體材料相關(guān)，每個過程不盡相同[49]。微弧氧化完成后，由于過程中高壓放電打擊，膜層表面會存在大量孔洞，為進一步提高陶瓷膜層的耐腐蝕性，還需對陶瓷膜進行封孔處理。韓東銳等[50]研究了6061 鋁合金微弧氧化層厚度和封孔處理對其耐海水雨水腐蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)材料在微弧氧化后使用時發(fā)生的腐蝕類型主要為點蝕，封孔處理后點蝕明顯減少，膜層厚度則對耐腐蝕性影響不大。

微弧氧化有環(huán)保、工藝簡單、耐腐蝕性能好以及對材料結(jié)構(gòu)包容性大等優(yōu)點，在加工復(fù)雜零件時有奇效，極大改善了鍍膜的綜合性能，但和金屬涂層比較，其膜層均勻性難以控制、無法大批量生產(chǎn)大型零件以及成本高、耗時長的缺點仍限制著該技術(shù)的大面積推廣。

2.2.2 金屬涂層

鋁合金表面通過電鍍、化學鍍、離子鍍、噴涂、熱擴滲、陽極氧化等方法形成的一種具有保護性的金屬涂層[51-53]。金屬涂層保護法形成的鍍層工藝簡單、成本低、耐腐蝕性也較好。

Lu 等[54]利用熱擴滲技術(shù)在空氣中進行多次粉末致密擴散合金化處理，將鋁層附著到合金上，形成了牢固緊密且耐腐蝕性好的富鋁金屬涂層。李志強等[55]利用熱噴涂方法，在5083 鋁合金基體上制備了10 種不同厚度的鋁鋅金屬涂層，并測得涂層的電導(dǎo)率小于5083基體的，涂層電導(dǎo)率隨著涂層厚度的增加而減小。

2.2.3 有機涂層

有機涂層是利用油脂、橡膠、瀝青等有機聚合物，在材料表面形成一層保護膜層，達到絕緣、耐熱、防腐防潮功效的一種方法，并且有機涂層不需要很高的鍍層條件要求，是一種污染性小的涂層[56]。該類涂層對在溫度較低和腐蝕性一般的介質(zhì)中使用的化工材料及石油化工設(shè)備有很好的保護作用，但當材料使用溫度過高時，有機涂層的性能就會被下降，耐腐蝕性也會大打折扣。潘建華等[57]利用“有機底涂-真空鍍-有機面涂”三重涂層取代了普通的電鍍“鎳-銅-鉻三金屬鍍層”，整體涂層厚度大于110 μm，有機底涂時涂層厚度也通常在80 μm 以上，這種工藝生產(chǎn)的輪轂有利于環(huán)保節(jié)能和提高效益，其輪轂性能也與普通電鍍涂層性能相當。開發(fā)具有更好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異耐腐蝕性的新型有機涂料，或者是將有機-無機結(jié)合的復(fù)合型防腐涂料，都具有廣闊的應(yīng)用前景和很好的發(fā)展趨勢。

2.2.4 化學轉(zhuǎn)化膜

利用化學或電化學方法在鋁合金基體表面沉積一層性能穩(wěn)定涂層的方法稱為化學轉(zhuǎn)化膜法。該方法制作的涂層有著耐腐蝕性、耐磨性高等特點。如今比較常用的是鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜、氧化物轉(zhuǎn)化膜、磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，都是將活潑的金屬單質(zhì)轉(zhuǎn)化為不活潑的化合物來抑制腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。此工藝也可作為涂層前處理工藝、涂裝底層工藝以及著色所使用，但該涂層工藝常用鉻酸鹽和鎳酸鹽，會對環(huán)境造成嚴重破壞。

3 總 結(jié)

鋁輪轂主要有絲狀腐蝕、點腐蝕、晶界腐蝕、應(yīng)力腐蝕、剝落腐蝕等常見腐蝕類型，其中點腐蝕最常發(fā)生，應(yīng)力腐蝕危害性最大；大氣環(huán)境因素對于鋁輪轂的腐蝕影響明顯，相較之下，濕熱海洋環(huán)境中鋁合金腐蝕最為劇烈，而沙漠環(huán)境中的材料腐蝕研究還較少?？蓮牟牧献陨砀男院捅砻嫣幚韮煞矫鎸︿X合金進行防護，提高其耐腐蝕性能。

汽車已經(jīng)成為日常工作生活中不可或缺的一部分，為滿足當下社會節(jié)能環(huán)保的這一時代主題，汽車輪轂必將朝著輕量化、便捷化、高性能化的方向蓬勃發(fā)展，這使輕質(zhì)鋁合金在輪轂上的應(yīng)用越來越多，需要根據(jù)汽車輪轂具體服役環(huán)境和服役特點提出針對性的防腐蝕技術(shù)和方法，以提升特種環(huán)境中汽車輪轂的服役年限。