袁婷　張敏達(dá)　涂益友　蔣建清

摘 要：該文針對(duì)汽車散熱器中作為犧牲陽極的翅片鋁箔的抗腐蝕性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)采用中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)材料的腐蝕行為進(jìn)行了考察，并結(jié)合了掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）和電化學(xué)極化曲線對(duì)材料的腐蝕性能進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明鋁合金中的第二相與周圍基體構(gòu)成微電池，首先誘發(fā)點(diǎn)蝕；Si含量較低的Al-Mn系鋁合金，形成細(xì)小彌散的第二相，腐蝕速度較慢，且材料整體自腐蝕電位較負(fù)，更適合做犧牲陽極，起到保護(hù)散熱器管道的作用。

關(guān)鍵詞：翅片鋁箔 腐蝕性能 犧牲陽極 第二相

中圖分類號(hào)：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-04

汽車水箱散熱器的工作條件和使用環(huán)境惡劣，極易發(fā)生腐蝕。熱交換器中的腐蝕包括管材自身的腐蝕外，還存在管材與散熱片之間相互的電化學(xué)腐蝕。為了對(duì)管子實(shí)施陰極保護(hù)，一般保證散熱翅片材料腐蝕電位負(fù)于管材或管子芯部合金的腐蝕電位，這樣使翅片與管材相比呈陽極，優(yōu)先腐蝕。因此，汽車散熱器中的翅片鋁箔是作為犧牲陽極存在的。但是散熱翅片在熱交換器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和傳熱方面起著重要的作用，所以也不希望它很快被腐蝕掉[1-3]。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，翅片一旦發(fā)生腐蝕會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度不足，會(huì)產(chǎn)生塌陷或者倒伏現(xiàn)象，影響散熱器整體的結(jié)構(gòu)性能。翅片用鋁箔制作材料Al-Mn系合金中除存在Al、Mn元素以外，主要還存在Si、Fe等合金元素，合金元素的存在對(duì)鋁陽極翅片箔的電化學(xué)性能和金相組織有很大影響。有研究表明雖然部分第二相微粒與基體相比不是陰極。然而，這些微?？赡艹蔀楦g優(yōu)先形核的地方，因?yàn)檫@些微粒的溶解將會(huì)產(chǎn)生小的空洞，成為易產(chǎn)生腐蝕的地方[4-7]。

本課題即對(duì)兩種成分的翅片鋁箔進(jìn)行分析，探明其腐蝕特征與內(nèi)在組織的聯(lián)系，對(duì)保證鋁翅片陽極保護(hù)效率和研制新型高效的翅片鋁箔具有重要的理論和實(shí)際意義。

1 試驗(yàn)部分

（1）該文對(duì)常見的兩種汽車水箱翅片用鋁合金的抗腐蝕性能進(jìn)行了研究比較。兩種合金成分見表1，試驗(yàn)所用釬焊鋁箔直接取自江蘇常鋁鋁業(yè)有限公司生產(chǎn)成品，厚度為0.08 mm。

（2）用YWX/Q-250鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱，根據(jù)鹽霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1771—199確定試驗(yàn)條件：溫度（35±2） ℃，壓強(qiáng)101.325 kPa，沉積速率（1±0.2） L/cm2，連續(xù)噴霧。將試樣剪成4 cm×10 cm片狀，邊緣用絕緣膠進(jìn)行涂覆，懸掛于鹽霧箱中。分別于24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h取樣，觀察試樣表面的變化情況，用去離子水清洗干凈稱重，并采用XL30環(huán)境掃描電鏡及能譜儀對(duì)腐蝕前后的合金進(jìn)行表面微觀形貌觀察和成分元素分析。

（3）采用上海辰華CHI660 d電化學(xué)工作站測(cè)量合金的陽極極化曲線，以分析其耐腐蝕性能。此電化學(xué)測(cè)量采用三電極體系，釬焊鋁箔為被測(cè)電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極。測(cè)量介質(zhì)為3.5%NaCl溶液，電位掃描速度為20 mV/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽霧腐蝕結(jié)果

試樣進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)后表面的變化情況見表2?？偟膩碚f，從宏觀上看，2#的腐蝕情況更嚴(yán)重。起初，兩種合金表面均出現(xiàn)少量白色腐蝕點(diǎn)，時(shí)間延長(zhǎng)后表面部分區(qū)域產(chǎn)生發(fā)黃現(xiàn)象，逐漸失去光澤，最后大面積呈淡黃，白點(diǎn)大量增多，表面完全無光澤。可見，在Cl-存在的環(huán)境里，這兩種鋁合金都易誘發(fā)點(diǎn)蝕。但隨著腐蝕的繼續(xù)，表面被生成的氧化膜所覆蓋，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化程度加深，氧化膜厚度增加，表面的腐蝕形態(tài)由局部腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)槿娓g[8-9]。

采用失重法得到兩種鋁箔的腐蝕速率-時(shí)間曲線如圖1所示。失重法腐蝕速率的計(jì)算公式為：V=（W0- W1）/St。式中：V —金屬的腐蝕速度，g/ m2·h；W0—試樣腐蝕前的重量，g；W1—腐蝕并取出腐蝕產(chǎn)物后試樣的重量，g；S—試樣暴露在腐蝕介質(zhì)中的表面積，m2；t—試樣腐蝕的時(shí)間，h。

由曲線可以看出，前三天兩者腐蝕速度相差不大，三天以后1#腐蝕速度逐漸變緩，而2#腐蝕速度較快增長(zhǎng)（圖1）。

2.2 微觀組織觀察與分析

對(duì)鋁箔腐蝕前后的微觀組織進(jìn)行觀察。腐蝕前后的掃描電鏡照片及能譜分析結(jié)果分布如圖2和圖3所示。從圖2（a）、（b）腐蝕前的形貌可以看到，兩種芯材中形成的第二相形貌有較大差別，1#第二相細(xì)小彌散，而2#第二相呈較大塊狀。腐蝕后的形貌如圖2（c）和（d）所示，可以看出兩種合金腐蝕時(shí)形成的腐蝕坑與第二相形貌有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1#腐蝕后形成的都是較小的點(diǎn)蝕坑，彌散分布，坑中沒有發(fā)現(xiàn)第二相存在。而2#腐蝕后形成的都是較大的環(huán)形蝕坑，蝕坑中保留了塊狀第二相。

而由圖3可以看到，腐蝕前1#試樣中的第二相應(yīng)為（Fe，Mn）Al6，而2#中的第二相為Al（Fe，Mn）Si相，腐蝕后1#試樣的腐蝕坑中無第二相存在，只剩下鋁基體；而2#的腐蝕坑中仍為Al（Fe，Mn）Si相，且從塊狀第二相清晰的輪廓和尖銳的外角可以看出，2#中第二相基本未腐蝕。

2.3 電化學(xué)測(cè)試

兩種合金的陽極極化曲線如圖4所示。

由圖4可以看到，1#試樣的自腐蝕電位為-810V，而2#試樣的自腐蝕電位為-785V，且掃描過程中2#試樣的電位始終高于1#試樣。1#合金的自腐蝕電位更負(fù)，當(dāng)構(gòu)成電偶腐蝕時(shí)更易作為犧牲陽極起到保護(hù)陰極的作用[10-12]。且由前面的分析可知，1#的腐蝕情況較2#輕，腐蝕速度較2#要低。故1#合金為更理想的翅片材料。

2.4 分析與討論

Fe和Si元素都能降低Mn的溶解度，F(xiàn)e使MnAl6 轉(zhuǎn)變成（Fe，Mn）Al6，Si 使其變成Al（Fe，Mn）Si，生成的這些相都屬于難熔相，質(zhì)硬且脆，在壓延過程中，破壞表面膜的連續(xù)性，會(huì)降低鋁合金的耐蝕性。另外，由于合金中的第二相成分、結(jié)構(gòu)均與鋁基體存在差異，導(dǎo)致電化學(xué)性質(zhì)的差異。第二相和鋁基體構(gòu)成腐蝕微電池，局部?jī)?yōu)先腐蝕。在Al - Mn合金中，多數(shù)情況下，析出物相對(duì)于鋁基體為陰極，只是隨著析出物的成分變化，陰極程度不一隨著α-Al 中固溶Mn含量的升高，電位會(huì)變得較正 [5，13-14]。

從2#試樣在腐蝕后的形貌就可以明顯看到第二相Al（Fe，Mn）Si相比于基體為陰極，造成第二相周圍的Al基體優(yōu)先發(fā)生腐蝕，故腐蝕后第二相仍存在。且由于2#試樣中第二相呈較大塊狀，由于第二相較大，總體試驗(yàn)時(shí)間較短，還沒腐蝕到它們被脫落的尺度，故2#試樣一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng)的腐蝕速度。且2#試樣中Si含量較多，促進(jìn)Mn的析出，降低Mn元素的溶解度，使基體電位下降，更加大第二相與基體電位差異，故2#局部腐蝕情況也更嚴(yán)重。而1#試樣腐蝕后點(diǎn)蝕坑中并無第二相存在，這是因?yàn)楸M管第二相相比基體為陰極，但是粒度小，周圍的鋁基體腐蝕消耗后使得第二相發(fā)生了脫離，因此在腐蝕后只留下彌散的腐蝕坑。且由于腐蝕微電池?cái)?shù)量逐漸減少，隨著時(shí)間延長(zhǎng)腐蝕速度逐漸放緩。

3 結(jié)語

（1）鋁合金中的第二相與周圍基體構(gòu)成微電池，首先誘發(fā)點(diǎn)蝕。隨著腐蝕的繼續(xù)，表面被生成的氧化膜所覆蓋，氧化程度加深，表面的腐蝕形態(tài)逐漸由局部腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)槿娓g。

（2）Al-Mn系變形鋁合金中的Si含量較低時(shí)，大量Mn元素固溶于基體，形成細(xì)小彌散分布的第二相（Fe，Mn）Al6，基體的腐蝕易造成第二相的脫落，由于腐蝕微電池的減少，時(shí)間延長(zhǎng)后腐蝕速度逐漸放緩；Al-Mn系變形鋁合金中的Si含量較高可促進(jìn)Mn、Fe的析出，形成較大的塊狀A(yù)l（Fe，Mn）Si，第二相不易脫落，一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng)的腐蝕速度。

（3）Si含量較低的Al-Mn系鋁合金，材料整體自腐蝕電位較負(fù)，腐蝕速度較慢，更適合做犧牲陽極，起到保護(hù)散熱器管道的

作用。

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