鄭志威

摘 要：該文根據(jù)晶界腐蝕、剝離腐蝕、應力腐蝕等腐蝕形式的外在表現(xiàn)，通過對防銹鋁3A21材料腐蝕后的裂紋形式、表面蝕斑的顏色、形態(tài)的研究及防銹鋁3A21材料在工程中腐蝕開裂中實例的分析，明確防銹鋁3A21材料在實際應用中產(chǎn)生的主要腐蝕形式為應力腐蝕，優(yōu)化為減小防銹鋁3A21材料的應力腐蝕所進行的設計改進，對防銹鋁3A21材料進行涂層防護、鋼絲繩熱浸油脂、接頭包裹防護套等工藝方法，增加防銹鋁3A21材料對應力腐蝕的耐蝕性，使設計人員在工程中更合理、科學的應用防銹鋁3A21材料。

關鍵詞：防銹鋁3A21 應力腐蝕 開裂 防護

中圖分類號：TG178 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0005-02

一般來說，鋁合金有較高的耐蝕性，它在戶外大氣環(huán)境中的平均年蝕率較低，國家研究院1983—1984年在全國各個大氣試驗站投放實驗材料，10年后得到鋁合金在各試驗站平均年腐蝕率數(shù)據(jù)，城市和鄉(xiāng)村<0.25μm/a，海洋0.16～0.90μm /a，酸雨地區(qū)0.75～1.64μm/a，銅及銅合金0.5～3μm/a，總體印象鋁及鋁合金比銅及銅合金耐蝕性要好，特別是防銹鋁，平均年蝕率更低。若按均勻腐蝕推算，在大氣環(huán)境中服役30年后其腐蝕平均深度僅為49.2μm左右。從這個腐蝕數(shù)據(jù)看，完全不影響材料的使用壽命。所以，有些工程人員在做設計方案時，按此計算，認為它完全滿足設備使用壽命要求。然而，實際情況差異很大，均勻腐蝕只是表面腐蝕，危害性較小，而晶界腐蝕、剝離腐蝕、應力腐蝕才是危害性大的腐蝕形式，它直接導致材料力學性能下降或喪失。特別是低鎂防銹鋁，有部分觀點認為它對應力腐蝕不敏感，然而，在實際應用中就遇到了防銹鋁3A21材料產(chǎn)生應力腐蝕開裂的現(xiàn)象。該文通過對應力腐蝕等腐蝕形式的特點及實例分析，討論它存在的形式及工藝防護方法。

1 對鋁合金危害大的腐蝕形式

晶界腐蝕、剝離腐蝕、應力腐蝕3種形式。

1.1 晶界腐蝕

晶界腐蝕是一種微電解腐蝕，鋁合金的晶界腐蝕與晶界析出有關，純鋁不產(chǎn)生晶界腐蝕。Al-Cu系（鑄鋁）、Al-Cu-Mg系（硬鋁）、Al-Zn-Mg系和含Mg高于4.5%的Al-Mg系合金有較大的傾向性。不適當?shù)臒崽幚頃е翧l-Cu系、Al-Cu-Mg系晶界處連續(xù)析出CuAl2陰極相，晶界貧銅處發(fā)生陽極溶解，產(chǎn)生了晶界腐蝕。Al-Zn-Mg系和含Mg高于4.5%的Al-Mg系合金因熱處理不當，在晶界連續(xù)析出MgZn2或Mg5Al8等陽極相，在潮濕環(huán)境中，陽極相會發(fā)生溶解而產(chǎn)生晶界腐蝕。

1.2 剝離腐蝕

剝離腐蝕又叫剝層腐蝕，它是形變鋁合金的一種特殊形態(tài)，腐蝕時像云母一樣一層層被剝離。它是沿晶界的快速側面或沿晶內(nèi)平行于表面的條文狀組織的快速側面腐蝕。這種定向腐蝕導致分層作用。剝離腐蝕多見于擠壓材，擠壓材表面因擠壓再結晶，表層不再受腐蝕，而表層之下會發(fā)生剝離腐蝕。

1.3 應力腐蝕

應力腐蝕也是一種微電解腐蝕。對電解來說，材料應力差即為電解陰、陽兩極間的電勢差，應力大的為陽極，小的為陰極。在特定的介質(zhì)環(huán)境中會發(fā)生陽極溶解。若是拉應力，溶解到一定程度后會出現(xiàn)開裂。

應力腐蝕主要發(fā)生在經(jīng)過熱處理強化的高強度鋁合金中。另外，對晶間腐蝕比較敏感的鋁合金對應力腐蝕也是比較敏感的。如Al-Cu系（鑄鋁）、Al-Cu-Mg系（硬鋁）和含Mg高于5%的Al-Mg系、Al-Zn-Cu-Mg系（超硬鋁）、Al-Zn-Mg系對應力腐蝕比較敏感，隨著強度級別的升高應力腐蝕傾向增大。應力腐蝕和晶界腐蝕均為沿晶開裂型。

2 防銹鋁3A21應力腐蝕探討

防銹鋁3A21不能通過熱處理強化，也不屬高強度鋁合金，屬Al-Mg系，但含鎂2.0%～2.8%，小于5%。從上面的應力腐蝕介紹來看，防銹鋁3A21材料應該對應力腐蝕不太敏感，應該不會發(fā)生應力腐蝕，也很少有資料介紹類似防銹鋁3A21等低Mg防銹鋁發(fā)生過應力腐蝕的事例。從理論上來說，只要具備應力和特定介質(zhì)，就有可能產(chǎn)生應力腐蝕。至于材料的敏感性，不是必要條件，它只是影響腐蝕速度快慢。假若材料本身應力差非常大，腐蝕介質(zhì)導電率高，應力腐蝕開裂就會發(fā)生，下面舉一典型實例證明。

2000年9月份，在廣東某海灘架設鐵塔，鐵塔用三層鍍鋅鋼絲繩三方拉繩拉緊后豎立。鋼絲繩接頭用3A21鋁管壓接。使用半年后，約300個接頭發(fā)生鋁管貫穿性軸向開裂，所有鋁管開裂的位置基本一樣。根據(jù)現(xiàn)象分析，排除了以下幾種可能：（1）不是直接拉開的，因為拉繩的實際工作拉力為鋼絲繩材料破壞力的1/5。（2）不是電偶腐蝕，因為鋅、鋁的標準電動勢接近，也不符合電偶腐蝕的特征。（3）不是晶界腐蝕（從1.1中可以看出，不存在晶界腐蝕的必要要素）。（4）不是剝離腐蝕，因為剝離腐蝕應該是多層或多條裂紋，而使用的鋁管均只有一條裂紋。通過對它的壓制過程、工作環(huán)境、腐蝕特征來進一步分析判斷是否是應力腐蝕所致開裂。

按設計要求，接頭抗拉強度為鋼絲繩材料的98%，接頭鋁管通過模具冷壓成形，壓縮后變形量較大，冷加工會導致存在殘余應力，拉線在使用時，鋁管還承受拉應力。在海洋性大氣環(huán)境下，空氣中鹽霧、潮氣濃度較大，滿足應力腐蝕的條件，產(chǎn)生應力腐蝕。

3 防銹鋁3A21鋁管接頭設計改進及采用涂層防護方法

改進設計，用于壓接的鋁管增加鋁管壁厚（即增加截面面積），在冷加工條件下，可減小應力差，確保不超過應力差閥值。

采用涂層保護的方法避免腐蝕介質(zhì)接觸，防止應力腐蝕，工藝流程：鋁管壓制前鋼絲繩熱浸油脂→壓制接頭→壓后鋁管表面涂油脂→套保護套→清潔工件。

（1）熱浸油脂：防止介質(zhì)從鋼絲繩內(nèi)部浸入接頭內(nèi)部。

（2）接頭表面涂油脂：阻止介質(zhì)進入鋁管表面。

（3）接頭套保護套：防止風沙摩擦表面流失油脂及紫外線直射高溫熔化油脂。

選取油脂時，耐熱、冷性，耐鹽、酸、堿性，不對接頭產(chǎn)生腐蝕是主要指標。不能因為夏天氣溫高油脂蒸發(fā)流失，冬天氣溫低凍裂而失去保護。選取了十幾種油脂進行高低溫、鹽、酸、堿試驗。經(jīng)過綜合對比，選用了“通用鋰基潤滑脂”（滴點175℃，適用溫度-20℃～+120℃，粘稠度2號）。

選取保護套時，主要考慮耐候性（溫度、濕度、日照）高。選用了加炭交聯(lián)改性聚烯烴熱縮套管。

應用上述防護工藝方法加工制造的產(chǎn)品，在沿海、高工業(yè)污染地區(qū)使用至今，還未發(fā)現(xiàn)有應力腐蝕開裂現(xiàn)象發(fā)生。

4 結語

防銹鋁3A21材料本身對應力腐蝕不敏感，但并不能就此斷定它不會產(chǎn)生應力腐蝕和開裂。在特定環(huán)境下使用，應防止它可能會產(chǎn)生的應力腐蝕，避免開裂。防止應力腐蝕發(fā)生的方法最基本的可分為兩種：

（1）減少應力差，即減少腐蝕電池電勢差。存在應力的工件選擇材料的截面積應相對較大或厚度均勻，加工后能退火去除應力應退火去除應力；

（2）阻斷腐蝕介質(zhì)介入，使材料無法發(fā)生電離，如材料表面涂油或涂三防漆。

參考文獻

[1] 王光雍，王海江，李興濂，等.自然環(huán)境的腐蝕與防護[M].北京：化學工業(yè)出版社，1997：27，29，157，

[2] 宋東福.鎂合金主要有機涂層性能的對比實驗研究與技術經(jīng)濟評價[D].重慶：重慶大學，2010.