2022年2022年金属腐蚀机理及分类 .pdf

1.1 金属的腐蚀机理1.1.1 金属腐蚀的定义金属及其制品在生产和使用过程中，在周围环境因素的作用下，发生破坏变质， 改变了原有的化学、物理、机械等特性，称为金属腐蚀。根据金属腐蚀过程，可以把腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。1.1.2 化学腐蚀化学腐蚀是金属与环境介质直接发生化学反应而产生的损伤。特点： 1 在腐蚀过程中没有电流产生，2 腐蚀产物直接产生并覆盖在发生腐蚀的地方。3 化学腐蚀往往在高湿的气体介质中发生。钢铁在高温气体环境中很容易被腐蚀，如果同时有盐类或含硫物质存在，则会加速高温氧化，这称为热腐蚀。1.1.3 电化学腐蚀航空器上所发生的腐蚀大多数属于电化学腐蚀。一、原电池凡能将化学能转变为电能的装置称作原电池。电化学腐蚀的最显著的特征是电化学腐蚀过程中有自由电子流动，产生电流。二、电化学腐蚀与腐蚀电池电化学腐蚀就是在金属上产生若干原电池（实际上是短路原电池，即称腐蚀电池），金属成为阳极，遭到溶解而发生腐蚀。形成原电池的条件：1、两种金属（或两个区域）之间存在电位差；2、两种金属之间有导电通路； 3、有腐蚀环境或腐蚀溶液。铝合金的电化学腐蚀：含有铜的铝合金构件处在潮湿的大气中，在其表面形成一层电解质溶液薄膜。这就构成了腐蚀电池。该腐蚀电池的阳极为电位较低的基体铝（-1.66V） ，阴极为电位较高的添加元素铜（+0.337V ） 。电子由铝流向铜，铝遭到溶解。根据组成腐蚀电池的大小，可以把腐蚀电池分为宏电池及微电池两类。造成金属表面电位不同，形成微电池的原因很多，常见的有：（1）金属表面化学组成不均，夹杂有杂质。（2）金属表面组织不均。（3）金属表面生成氧化膜不均匀。（4）金属表面物理状态不均匀。金属在机械加工过程中，受到拉、压、剪切作用，或由于热处理不均匀， 造成不同部位表面的内应力和变形不同。通常，变形大， 内应力高的地方为阳极，易受到腐蚀。常见金属及其合金的电位：一、 Mg 及其合金，铝合金5052、5056、5036、6061、6063、5356 二、 Zn、Cd、除以上6 种以外的铝合金三、除不锈钢之外的碳钢、合金钢、Fe、Pb、Sn 四、 Cu、Cr、Ni 、Ag、Au、Pt、Ti、钴、铑、不锈钢同一组中，电位基本一致，基本不发生电化学腐蚀；不同组中，第一组电位最低，为阳极，被腐蚀。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 1.2 腐蚀类型1.2.1 电偶腐蚀（宏电池腐蚀）两种或两种以上的具有不同电位的金属相接触时产生的腐蚀称为电偶腐蚀。1.2.2 牺牲性腐蚀为了保护基体金属，避免基体金属腐蚀，经常采用的较为有效的防护措施是通过滚压、电镀或喷涂等方法， 在基体金属上形成一层金属保护薄膜层。这层金属保护薄膜能起到隔离腐蚀介质的作用。同时， 这层金属保护薄膜的电位较低，如果保护薄膜受到损伤，遭到腐蚀的首先是金属保护薄膜。例如，在铝合金（2024 铝合金）上包覆纯铝（1230）层，则这层包铝层相对于2024 铝合金就是阳极。又如，在合金钢上镀锌或镀镉，镀层就是阳极。合金钢上 1 镀锌或镀镉，与2 镀铬或镀镍防腐原理相同吗？镀层破损后有何不同？腐蚀速度？1 镀层为阳极2 镀层为阴极1.2.3 缝隙腐蚀金属与金属或金属与非金属之间，由于存在特定的狭小缝隙，限制了与腐蚀有关物质（如溶解氧等）的扩散。从而形成以缝隙为阳极的（氧）浓差电池，使缝隙内金属发生强烈的局部腐蚀。这种腐蚀称为缝隙腐蚀。经验表明， 缝隙腐蚀通常与在搭接处、垫片底面、螺帽底面、 铆钉头周围的缝隙处存在有少量不易流动的积液有关。它通常发生在缝隙内，不易发现。 持续地腐蚀可使金属表面产生蚀坑、蚀孔或使表面变粗糙。缝隙腐蚀是铝合金构件中最常见的一种腐蚀形式。对于胶接铝合金结构，如果产生脱胶损伤，形成缝隙，就必然产生缝隙腐蚀。由于缝隙腐蚀发生在缝内，在腐蚀初期很难检测出来。缝隙腐蚀的前期以微电池的电化腐蚀为主导，呈均匀腐蚀型； 而到后期形成宏电池腐蚀。缝内介质流动不畅和腐蚀产物的水解催化作用成了加快腐蚀速度的主要因素。大气中， 特别是海洋大气中含有氯化钠，它们会沉降在航空器结构上，对航空器结构形成缝隙腐蚀环境。 另外， 厨房和厕所中渗漏的溶液中也含有氯化物，对航空器结构形成缝隙腐蚀环境。控制或减缓缝隙腐蚀的有效方法是使用防腐剂，排除水分，并阻止水分再进入缝隙中。1.2.4 丝状腐蚀丝状腐蚀是一种特殊形式的缝隙腐蚀，多数情况发生在保护膜下面，又称膜下腐蚀或漆膜下腐蚀。它在某些金属保护层下以难以预知的方向扩展。腐蚀产物将漆膜拱起，呈现线丝状。这种腐蚀经常发生在紧固件的头部或蒙皮的边缘处。影响丝状腐蚀的最主要因素是大气的相对湿度。当相对湿度高于65%时，才产生丝状腐蚀；相对湿度高于90%，腐蚀主要表现为漆膜鼓泡。随着湿度的增加，丝状腐蚀线条变宽。丝状腐蚀是一种轻微的表面腐蚀，但如果不及时维修，腐蚀会加重， 甚至会在紧固件孔周围发展成晶间腐蚀。1.2.5 点腐蚀金属表面上产生的点状、小孔状的一种极为局部的腐蚀形态称为点腐蚀，或称为孔腐蚀。 结构修理中常将点腐蚀称为“麻坑”。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 点腐蚀对结构的破坏性较大。它以腐蚀向材料厚度方向迅速扩展为特征。这给清除腐蚀产物和修复工作带来极大困难。点腐蚀还可能导致萌生疲劳裂纹。点腐蚀常常产生在金属表面的保护膜不完整或破损处。点腐蚀也是一种特殊形式的缝隙腐蚀，它只不过是在坑底具有较高的腐蚀速度而已。通常，点腐蚀与其他形式腐蚀同时存在。1.2.6 晶间腐蚀沿着晶粒边界或晶粒之间发生的选择性腐蚀称为晶间腐蚀（或晶界腐蚀）。Al-Cu 系铝合金（如LY12 ，2024 铝合金）在时效硬化处理时，在晶间会沉淀出CuAl2 （图1-8 中的 B） ，在晶粒边界形成贫铜区（图1-8 中的 A） ，电位最低。所以，腐蚀沿着晶界贫铜区（ A 区）进行，产生晶界腐蚀。金属发生晶间腐蚀之后，其外观可能没有明显变化，但原有的物理、 机械性能几乎完全丧失。由于晶间腐蚀不易检查，常常造成结构件突然破坏；另外，晶间腐蚀有时会诱发应力腐蚀，所以危害性很大。1.2.7 剥层腐蚀剥层腐蚀是一种特定形式的晶间腐蚀。具有晶间腐蚀倾向的铝合金经过锻造、挤压、 滚压或冲压后， 晶粒变成宽长而扁平的形状，在一定的腐蚀环境中就容易产生剥层腐蚀。这种腐蚀通常起始于保护层薄弱或有损伤处，或者起始于晶粒流线被切断的地方。剥层腐蚀发生后， 有时可用肉眼发现， 因为结构件表面有肿涨凸起迹象。如果紧固件头偏斜，头部拔出或破坏，可能是由于发生了剥层腐蚀。当剥层腐蚀较轻时，可用手指沿表面移动触摸，如果手感表面有鼓起现象，则构件可能产生剥层腐蚀。1.2.8 微生物腐蚀环境促使霉菌繁殖所产生的分泌物（酸性）对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。微生物腐蚀主要发生在结构油箱内。这种霉菌分泌物能破坏和穿透油箱铝合金结构保护层和密封胶。1.2.9 水银腐蚀如果铝合金表面的一层氧化膜已被刮伤或损坏的话，水银与铝合金会迅速地汞齐化。水或潮湿空气会加速汞齐化过程。水银在汞齐化过程中并没有消耗掉。铝的氧化物会从汞齐化物中分解出来，而水银则再继续侵蚀铝合金。受力的铝合金构件汞齐化后，会迅速地萌生裂纹，其形状如同应力腐蚀裂纹。1.2.10 化学剂腐蚀当航空器构件直接接触侵蚀性化学剂或受到这种化学剂蒸汽的作用时，都会产生化学剂腐蚀。通常，航空器在以下几种情况可能发生化学剂腐蚀：（1）电瓶溢出的电解液；（2）不正确地使用维护液，例如，消毒剂、除臭剂、清洗液或涂层清除剂等。如果阿洛丁进入缝隙内，不能清除，也会造成化学腐蚀；（3）货舱中运载的化学剂；（4）液压油会破坏涂层，使涂层起泡。如果液压油泄漏或泼溅到高温（270以上）钛合金构件上，会使液压油产生酸性物质，从而使钛合金构件产生严重化学剂腐蚀。（5）使用在跑道和滑行道上的除冰雪化学剂对航空器是非常有害的，特别是对起落架和起名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 落架舱，会引起严重的化学剂腐蚀；（6）厕所赃物泄漏，向机外泄漏，吹到飞机结构上，使结构产生腐蚀。（7）除冰剂和灭火剂也会对航空器产生化学剂腐蚀。1.2.11 应力腐蚀合金在恒定拉应力和腐蚀介质联合作用下发生的腐蚀。应力腐蚀有三要素：1、材料是对腐蚀敏感的合金（纯金属不发生应力腐蚀）2、腐蚀介质的存在3、恒定的拉应力。1.3 腐蚀产物的清除1.3.1 必须及时彻底清除腐蚀产物一、必须及时清除腐蚀产物因为：（1）腐蚀产物是一种或多种多孔盐类，吸潮性较强，起加速腐蚀的作用。如果不及时清除腐蚀产物，将会使腐蚀变得越来越严重。（2）如果结构的腐蚀严重，可能会危及飞行安全。二、必须彻底地清除腐蚀产物如果没有去除所有腐蚀物，留下部分残余腐蚀产物，将会继续腐蚀构件。清除腐蚀产物后，要用 10 倍放大镜、渗透法或涡流法（对于应力腐蚀情况）检查是否还存在腐蚀产物。当选用渗透法时，通常选用荧光渗透法。另外，渗透检查前，要酸洗检查部位。这是因为腐蚀产物可能会堵塞表面开口。绝对不允许未清除腐蚀产物就把漆涂在被腐蚀的构件表面。1.3.2 采用机械方法清除腐蚀产物对于较轻的腐蚀，通常采用砂纸、砂布、打磨垫以及金属刷、毛刷、刮削器、锉刀等工具进行人工打磨， 清除腐蚀产物； 对于较严重的腐蚀，通常采用手握动力工具，例如圆盘打磨器、砂轮和喷丸设备等清除腐蚀产物。通常使用气动马达作为动力工具。这是因为清除腐蚀产物过程中所产生的粉尘导电，易使电动马达短路。当采用动力工具清除腐蚀产物时，要特别注意不要使基体金属过热，也不要过度打磨。为彻底清除腐蚀产物，有时需要清除密封剂，拆下部分紧固件和邻近的构件。可用木制的或塑料的楔状物撑起构件。一、 （ （题：用机械法清除铝合金的腐蚀产物在清除腐蚀产物之前，应先对腐蚀区域进行清洗和退漆，并确定腐蚀损伤的范围。对于轻度腐蚀， 较适用的清除腐蚀产物的方法是用氧化铝砂纸或砂布打磨，也可以用浮石粉调水制成一种桨糊状的膏状物，涂抹在腐蚀区域上，用清洁的布擦拭；当膏干燥成白粉，再用清洁的干布擦去腐蚀产物。如果仍有腐蚀的斑痕存在，再用 600 号水砂纸沾水打磨，清除掉剩下的腐蚀斑痕。（用氧化铝砂纸或纱布打磨，也可用浮石粉作为研磨剂进行打磨）对于较严重腐蚀，可用铝丝球或铝丝刷清除。对于严重腐蚀，可使用带尖的硬质合金工具手工刮除；也可用细纹锉或砂轮清除。必须指出，不能使用钢丝棉或钢丝刷清除铝合金构件的腐蚀产物。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 当紧固件孔边或附近有腐蚀损伤时，如果构件较厚 （例如机翼蒙皮）可采用适当锪窝和加大紧固件孔尺寸的办法清除腐蚀产物。） ）对于丝状腐蚀，可用手提式喷丸机（采用玻璃弹丸）进行喷丸，清除腐蚀产物。如果操作正确，可迅速清除腐蚀产物。它对包铝层影响很小，但能形成一个适合于立即重涂漆层的光滑表面。二、用机械法清除合金钢的腐蚀产物如果有可能，最好将合金钢构件离位清除腐蚀产物。对于拉伸强度达到1517MPa（220000 lbf / in2 ）以上的合金钢，应当用砂纸打磨或喷丸清除腐蚀产物。 不能使用动力工具清除腐蚀产物，以免合金钢构件表面过热，产生未回火马氏体。也不能使用金属刷清除腐蚀产物，因为金属刷容易划伤表面，产生应力集中，降低疲劳寿命； 对于拉伸强度在1517MPa 以下的合金钢，可用钢丝刷，并允许用手持的动力工具或喷丸方法清除腐蚀产物。但进给速度和动力工具转速应符合维修手册中的有关规定。如果不知道合金钢构件的热处理方式，可假定它的拉伸强度在1517MPa 以上。采用喷丸法清除合金钢构件的腐蚀产物是最有效的方法，弹丸要采用非常细的砂粒或玻璃丸。要注意保护没有损伤的镉镀层或铬镀层。三、用机械法清除不锈钢的腐蚀产物不锈钢通常用于制作薄壁管件。不锈钢的腐蚀产物是黑色的。通常，用钢丝刷、钢丝棉、砂纸清除腐蚀产物，不能使用动力工具打磨或喷丸清除腐蚀产物。四、用机械法清除钛合金的腐蚀产物钛合金的腐蚀产物是白色或黑色的氧化物。清除腐蚀产物时， 采用铝丝棉或不锈钢丝棉打磨。不能使用动力打磨工具。钛合金的粉尘易引起火灾或爆炸。五、 Mg 合金的腐蚀产物可用毛刷、鬃刷或粗的钢丝刷。1.3.3 采用化学方法清除腐蚀产物通常不使用化学法清除腐蚀产物，因为腐蚀清除剂有毒，并且有腐蚀性。 对于铝合金除腐选用的除腐剂应为酸基化合物（浓度5%的铬酸溶液） ，而不应是碱基化合物。可采用刷涂或浸泡磷酸基除腐剂的方法，对拉伸强度在1517MPa 以下的合金钢构件进行化学除腐。但是，对于拉伸强度超过1517MPa 的合金钢构件，不允许使用任何酸性除腐剂，因为这会引起钢的氢脆。对于它们，一般使用碱性除腐剂（如氢氧化钠），采用浸泡法清除腐蚀产物。不锈钢和镍合金中的铬元素对氢敏感。因此，对这两类合金最好采用机械方法清除腐蚀产物。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -