6000系铝合金的晶间腐蚀

2021-11-19

6000系合金的晶间腐蚀

在当今应用的变形铝合金中，应用最广的是热处理可强化的6000系合金，它们是一类Al-Mg-Si系与Al-Mg-Si-Cu系合金。2018年在美国铝业协会（The Aluminum Association，Inc.）公司注册的常用及非常用合金共706个，其中6000系合金最多，有126个，占18%，在建筑工业、结构领域与交通运输装备方面获得了广泛的应用，因为它们具有良好的加工成形性能、适中的强度与优秀的抗腐蚀性能。但如果合金成分配比不恰当，或热处理参数选择不合适，或加工成形欠妥，那么在含氯的环境中就会出现晶间腐蚀。

在多数情况下，晶间腐蚀出现于含少量铜和Si/Mg高的合金中，通常大多数含铜合金的铜含量都不大于0.4%，只有6013、6113、6056、6156等4个合金的铜含量高达1.1%，向Al-Mg-Si合金加铜是为提高合金的力学性能。研究发现，凡是有晶间腐蚀敏感性的合金，用高分辨率扫描透射电镜观察时，往往发现有富铜的偏析层和阴极性Q相沉淀物。Q相是一种四元金属间相，分子式为Cu2Mg8Si5Al4，沿着晶界析出，使邻近的固溶体发生阳极溶解，形成无析出物带（spancipitate free zone）。

晶间腐蚀敏感性检验

确定铝合金的晶间腐蚀敏感性常用的检验方法有两种：现场（野外）试验（fieldtest）与加速沉浸试验。在加速试验时，为了加快腐蚀进行，往往采用含有盐酸的氯化钾溶液（ISO 11846 Method B）或加有过氧化氢的氯化钾溶液（ASTM G110）。试验后对试样横截面进行金相观察或测定其力学性能损失。

ISO 11846加速试验结果与海洋气氛现场试验结果有着高度的一致性，但晶间腐蚀敏感性铝材在加速试验时，在靠近试样表面的几乎所有晶界都发生严重的腐蚀（均匀晶间腐蚀），而现场试验试样表面仅在有限的地区发生腐蚀（局部腐蚀）。尽管如此，加速试验仍是能准确地判断材料是否有晶界腐蚀的标准方法。

汽车工业常按ISO 11846 Method B标准判断6000系铝合金是否有晶间腐蚀。按此标准试验时，首先将小试样（表面积＜20cm²）全浸于室温酸性氯化钠溶液（pH＝1）中24小时，然后进行金相检验，以确定腐蚀类型（点蚀还是晶间腐蚀），另外还需确定腐蚀破坏表面百分数和最大腐蚀深度。

最近的研究显示，允许对试验条件做一些较大的变动，不会对试验结果再现性有大的影响。特别是标准规定电解质体积对试样表面积之比不得小于5mL/cm²，否则对晶间腐蚀速度的影响很大。

试样表面发生腐蚀的条件是必须存在阴极反应（析出氢，氧减少），试验溶液的pH值随着时间延长而上升，使电解质腐蚀下降。

在8系列变形铝合金中，6000系合金是一类Al-Mg-Si（Cu，Zn）系合金，是最易发生晶间腐蚀的合金之一，也就是说该系合金有相当强的晶间腐蚀敏感性。

为了检验6000系合金晶间腐蚀倾向，一个最有效的方法是在ISO 11846标准试验后进行碱液浸蚀再进行除污处理，除污处理用浓硝酸液。不过在温度50~60℃、质量分数5%~10%的NaOH溶液中浸蚀2~5min，对试验结果会有所影响。

一种有效的替代碱浸蚀的工艺是用硝酸/氢氟酸溶液，能有效地清除表面上富铁原生质点上的铝。大家知道，铝质点能加速铝合金在氯化物溶液的腐蚀，因为它们是局部的显微阴极，同时这些质点还是晶间腐蚀的发源地。与在碱液中的腐蚀相比，合金在硝酸/氟化物液中的腐蚀要缓慢一些。

6000系合金既是一类应用广、产量大、品种（牌号）多的变形铝合金，也是晶间腐蚀敏感性大的变形合金之一，但是只要生产中严格遵守工艺规范，特别是热处理工艺，结构设计合理，制造精良，这种腐蚀完全可以避免。6000系铝合金结构、零部件的晶间腐蚀敏感性还与其工作环境密切相关，在设计结构时，宜给予充分注意。