中国有色金属学报 2003,(03),631-634 DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2003.03.019
铝在含SO2湿润/干燥环境中的腐蚀规律
中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室 沈阳110016 ,沈阳110016 ,沈阳110016 ,沈阳110016
摘 要:
利用气体腐蚀试验箱、红外光谱和扫描电镜研究了铝在含SO2 的湿润气氛—不含SO2 的干燥气氛循环的加速试验条件下的腐蚀规律。并进行了未加SO2 而其它试验条件相同的对比试验。试验共分别进行 5个周期 (12 0h) 。随着时间延长 , SO2 的腐蚀性作用明显加强 , 铝的腐蚀表现出正指数变化规律 , 即铝的腐蚀速率随时间延长不断增加。结果还显示出铝在含SO2 的潮湿环境中很难形成保护性好的Al2 O3 膜 , 铝在此试验环境中的腐蚀产物为Al2 (SO4 ) 3 ·18H2 O。在未加SO2 的对比试验环境中铝的腐蚀轻微 , 5个周期累计质量增加仅为 0 .0 43g/m2 , 腐蚀质量损失明显小于加SO2 时的腐蚀质量损失 ;试样表面仍很光亮。
关键词:
中图分类号: TG172
收稿日期:2002-08-23
基金:国家重点基础研究发展规划资助项目 (G19990 6 5 0 );
Corrosion of aluminum in wet/dry environment containing SO2
Abstract:
The corrosion of aluminum in wet/dry enviroment containing SO 2 was studied by using IR and SEM. The compared test without SO 2 was also carried out. The test went on for 5 cycles (120 h) .The corrosive effect of SO 2 became strong during the test.The corrosion of aluminum followed a function of positive exponent. It shows that the corrosion rate of aluminum increases with time. The results also indicate that, a protect film of Al 2O 3 can not form on aluminum in wet environment containing SO 2. The main corrosion product in the test environment is Al 2 (SO 4) 3·18H 2O. The aluminum was corroded lightly in the compared test environment, and the mass increase was only 0.043 g/m 2. The corrosion mass loss was smaller obviously than that in accelerate corrosive environment containing SO 2. The surface of specimens was still shiny compared with that with SO 2.
Keyword:
aluminum; atmospheric corrosion; SO 2;
Received: 2002-08-23
铝是大气中广泛使用的一种常用耐蚀材料。 随着工业现代化进程加快, 城市大气污染日益加剧。 来自工业废气、 汽车尾气及燃料烟气等的污染物SO2几乎使所有金属腐蚀加速, 受SO2污染的大气是腐蚀性最强的大气环境
1 实验
试验材料为L4纯铝。 其杂质含量 (质量分数) 为Fe 0.27%, Si 0.2%。 试样尺寸为20 mm×20 mm×2 mm。 试样用金相砂纸打磨至600#, 清水冲洗后酒精脱水、 丙酮除油、 干燥。 加SO2的加速腐蚀试验按国标GB9789—88在GS-3C型气体腐蚀试验机的试验箱中进行。 箱内温度控制在40 ℃, 湿度接近98% 。 每天向试验箱内通入0.2 L SO2气体, 箱底放入蒸馏水。 试样先在箱内暴露8 h, 然后在室内大气环境 (温度为19 ℃, 湿度为56%) 中暴露16 h, 不断重复形成湿润与干燥的循环。 每24 h (1个周期) 取出一批试样, 进行质量分析和表面分析。 并按同样方法进行了未加SO2气体的对比试验。 在扫描电镜下观察腐蚀形貌, 用X射线衍射及红外光谱检测腐蚀产物。 试验共进行5个周期。
2 实验结果与讨论
铝在大气中有很好的耐蚀性, 因为铝暴露于大气中可迅速生成一层很薄的且能自动修复的氧化物, 这层氧化物致密、 附着性好且具有保护性
2.1 腐蚀形态与腐蚀规律
铝在以SO2为加速剂的加速腐蚀试验环境中, 第1周期后腐蚀不够明显, 随着试验进行, 腐蚀加重, 试样表面被灰白色腐蚀产物所覆盖。 第5周期试验结束后总的平均质量增加为39.63 g/m2, 是无SO2对比试验的921倍。 图1所示为各周期腐蚀试验后铝试样表面腐蚀形态的扫描电镜像。 可见1周期加速腐蚀试验后试样表面比较光滑, 未见明显的腐蚀与局部腐蚀 (图1 (a) ) 。 第2周期试验后试样表面已完全被呈网状的腐蚀产物所覆盖, 腐蚀产物膜局部隆起, 呈龟裂状 (图1 (b) ) 。 随着试验时间延长, 腐蚀产物膜的龟裂逐步向四周扩展, 龟裂的面积增大, 龟裂的腐蚀产物膜片之间缝隙加宽, 一些腐蚀产物膜片已经松动, 呈凸凹不平状 (图1 (c) , (d) ) 。 这与Oesch等
图2所示是铝在SO2加速腐蚀试验环境中腐蚀质量损失随时间的变化曲线。 很明显, 实验数据与拟合曲线基本重合, 即腐蚀质量损失随时间延长呈正指数变化规律。 拟合曲线方程为Δm=0.129+1.203exp (0.016 9t) 。 说明铝在以SO2为加速剂的加速腐蚀试验环境中, 腐蚀质量损失随时间延长呈正指数增加, 即腐蚀质量损失增加速度愈来愈快。 而铝在乡村、 海洋和城市工业大气或在其它实验条件下的腐蚀速率基本上都是由高向低递减或不变的, 腐蚀速率也非常低, 自然大气中的腐蚀速率≤0.79 μm/a
2.2 腐蚀产物分析
图3所示为经5周期加速腐蚀试验后试样表面扫描电镜能谱EDX分析结果。 可见腐蚀产物中有氧, 硫和铝3种元素。 各周期加速腐蚀试验后试样表面红外反射吸收光谱见图4。 红外吸收峰显示出
图1 各周期试验后铝表面的扫描电镜像 Fig.1 SEM micrograghs of surface of aluminum after exposure in test environments (a) —24 h; (b) —48 h; (c) —72 h; (d) —120 h
图2 铝在试验环境中的腐蚀质量损失 Fig.2 Mass loss for aluminium in test environment
图3 5周期加速腐蚀试验后 试样表面扫描电镜能谱EDX分析 Fig.3 Result of EDX after 5 cycles in acceleration corrosive test
加速腐蚀试验后试样表面腐蚀产物膜的成分主要为Al2 (SO4) 3·18H2O。 由于SO2在水中和潮湿环境中具有高的水溶性和吸附性, SO2在金属表面的吸附量随相对湿度增大显著增加。 但与铁和锌不同, 当相对湿度大于90%时, SO2在有腐蚀产物覆盖的铝表面的吸附量为光亮铝表面的吸附量的几倍乃至几十倍
SO2 (g) →SO2 (aq)
SO2 (aq) +H2O→H++HSO-3
2HSO-3+O2→2H++2SO
电位—pH图显示出水中形成的铝的氧化膜在pH<4和pH>8.5是不稳定的
图4 各周期加速腐蚀试验后 试样表面红外反射吸收光谱 Fig.4 IR spectrum of aluminum after every cycle accelerate corrosive test
的是硫酸盐产物膜。 本试验环境中铝腐蚀加速, 说明SO2对铝腐蚀起主要作用, 铝的腐蚀产物主要为铝的硫酸盐。
3 结论
在SO2湿润/干燥循环的加速腐蚀试验中, 铝的腐蚀速率随时间延长不断增加, 表现出正指数变化规律: Δm=0.129+1.203exp (0.016 9t) 。 结果还显示出铝在含SO2潮湿环境中表面形成酸性介质后很难形成保护性好的Al2O3膜, 在此试验环境中铝的腐蚀产物主要为Al2 (SO4) 3·18H2O。 在未加SO2的对比试验环境中铝的腐蚀轻微, 5个周期质量累计增加仅为0.043 g/m2, 腐蚀质量损失明显小于加SO2时的腐蚀质量损失; 试样表面仍很光亮。
参考文献