6061铝合金在高温流动海水中的腐蚀行为

韩东锐，韩冰，隋景堂，董彩常

（钢铁研究总院 青岛海洋腐蚀研究所，山东 青岛 266071）

6XXX锻铝系列合金是最重要的铝合金之一，具有良好的可成形性、可焊接性、可机加工性，同时具有中等强度，广泛应用于要求有一定强度的各种工业结构件[1—2]。

6061 铝合金属于 Al-Mg-Si 系合金，Al-Mg-Si固熔体的电极电位为-0.81 V[3]，很接近纯铝的电极电位。由于Mn 的加入形成电极电位和纯铝几乎一致的化合物MnCl6，因此，6061 铝合金耐大气腐蚀性能类似于工业纯铝，该合金耐淡水和海水腐蚀[4]。

1 试验

1.1 浸泡试验

将6061 铝合金制成70 mm×40 mm 的试样，投放在烧杯中，介质为青岛海域的海水，试验周期为35 d。选择试验温度为32，80 ℃，每种温度下取3个平行样，通过水浴槽恒定温度。采用焊接导线定期测量腐蚀电位。

试验结束后，观察材料表面的腐蚀情况，去除腐蚀产物，计算腐蚀率。绘制腐蚀电位随时间的变化曲线，分析腐蚀电位随时间的变化情况。

1.2 点蚀电位测试[5]

将6061 铝合金制成10 mm×10 mm 的试样，非试验面焊接导线，用环氧树脂封装于PVC管中，固化后用砂纸由粗到细顺次打磨至1200＃砂纸，用酒精擦拭试验面后放入电解池中。介质为青岛小麦岛海水，试验温度分别为25，80 ℃，铂电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极。

浸泡30 min 后，由自腐蚀电位开始进行阳极极化，扫描速度为20 mV/min，当电流密度为1 mA/cm2时试验结束，将电流密度为100 μA/cm2时的电位定义为材料的点蚀电位。

1.3 流动海水模拟试验

6061 铝合金管路共3 件，编号为1＃，2＃，3＃。管路内通清洁无污染的海水，海水温度为（80±1）℃，海水流量为12.8 t/h。以24 h为1个试验周期，每周期内通水时间为1 h，间隔时间为23 h。试验分为3个阶段，每阶段累积通水时间为500 min，即1＃通水时间为500 min，2＃通水时间为1 000 min，3＃通水时间为1 500 min。试验结束后，剖开1＃，2＃，3＃管路，观察内流道腐蚀、结垢情况。

整个试验过程中要求各接口处不允许出现漏水现象，管路内的海水在停止通水后可自然排空。

2 结果和讨论

2.1 浸泡试验结果

图 1 是 6061 铝合金分别在 32，80 ℃海水中 35 d的腐蚀形貌。6061 铝合金在32 ℃海水中腐蚀更为严重；在80 ℃海水中，6061 铝合金保持了与未试验材料接近的光泽。去除腐蚀产物后计算腐蚀率，6061 铝合金在32 ℃海水中腐蚀率为0.026 mm/a，在80 ℃海水中为0.001 mm/a。

图1 不同海水温度下6061铝合金浸泡35 d后的腐蚀形貌Fig. 1 Corrosion morphology of 6061 after 35 d immersion in different temperature seawater

由图2可以看出，铝合金浸泡于海水中，80 ℃时自腐蚀电位负于32 ℃时的腐蚀电位，初始电位负约300 mV（vs.SCE，后同），随浸泡时间延长，电位波动较大，可见6061 铝合金浸泡于80 ℃海水中，其表面经历不断形成钝化膜和钝化膜点蚀的过程。在32 ℃海水中，电位较稳定，约在-700～-750 mV之间。

图2 不同海水温度下6061 铝合金浸泡35 d 后腐蚀电位的变化Fig. 2 Variations of corrosion potential after 35 d immersion in different temperature seawater

2.2 点蚀电位测试结果

图3 是铝合金在室温海水中的阳极极化曲线。根据定义，铝合金在室温海水中的点蚀电位为-0.634 V，如图3 所示。在80 ℃海水中自腐蚀电位不稳定，无法获得其阳极极化曲线，求得点蚀电位。不过，从其自腐蚀电位随时间变化的曲线可以看出铝合金表面钝化-活化过程反复交替进行，钝化膜形成时其电位约为-0.600 V，钝化膜破裂时其电位约为-1.08 V，交替变化，如图4所示。

图3 6061铝合金在室温海水中点蚀电位测量曲线Fig.3 Pitting potential of 6061 in room temperature sea water

图4 6061铝合金在80 ℃海水中自腐蚀电位变化曲线Fig.4 Corrosion potential of 6061 in 80 ℃sea water

2.3 模拟试验腐蚀形貌

模拟试验完成后，用线切割的方法切开试验管路，观察内流道的腐蚀形貌照片（如图5 所示）。由图5可以看出，经历500 min试验的管路表面有点蚀发生，沉积了一层红褐色的铁锈，锈层未完全覆盖，部分区域可看到铝合金基体；经历1 000 min试验的管路表面无点蚀，沉积锈层较经历500 min试验的管路薄；经历1 500 min 试验的管路，其整个剖面观察到2 个蚀点，锈层沉积程度与经历1 000 min 试验的冷却面板差别不大。

分析原因发现，加热水浴槽内壁为碳钢涂塑材料，在高温海水的作用下发生腐蚀，导致管路内部产生红褐色铁锈。试验正式开始前，试验设备几经改进，使用1＃管路验证试验设备效果，结果是1＃管路在一段时间内海水未排空，这是经历500 min试验的冷却面板反而发生较严重点蚀的原因。

80 ℃的流动海水在较长时间内并未导致管路内流道点蚀，而短期内的常温沉积水却引起了大范围的点蚀发生。因此工作过程中，管路使用结束后，内流道冷却水的排空对防腐蚀至关重要。

2.4 微观腐蚀形貌

图6 是内流道的微观腐蚀形貌。图7 是去除腐蚀产物后的微观形貌，图7a中，冷却面板已经全面出现点蚀萌芽，图7b 和图7c 中金属基体仍保持完好，原因如前文所述。

图5 不同试验时间内流道腐蚀形貌照片Fig.5 Corrosion morphology of internal flow channel with different time

图6 不同试验时间内流道微观形貌Fig.6 Microscopic morphology of internal flow channel with different time

图7 去除腐蚀产物后不同试验时间内流道的腐蚀微观形貌Fig.7 Microscopic morphology of internal flow channel with different time after removing corrosion products

图8 是内流道沉积物的成分分析。从图8 中可以看出，表面的主要成分是铁的氧化物，由于铁锈沉积层很薄且并未完全覆盖住铝基体，因此图8 中基体的峰最强。

图8 内流道沉积物成分分析Fig.8 Composition analysis of deposition on internal flow channel

3 结论

1）在80 ℃海水中，6061铝合金表面钝化-活化过程反复交替进行，钝化膜形成时其电位约为-0.600 V，钝化膜破裂时其电位约为-1.08 V，交替变化，自腐蚀电位不稳定。

2）80 ℃的流动海水在较长时间内并未导致试验管路内流道点蚀，而短期内的常温沉积水却引起了大范围的点蚀发生。管路使用结束后，内流道冷却水的排空对防腐蚀至关重要。

3）内流道沉积物成分分析表明，表面的主要成分是铁的氧化物。

[1]朱祖芳.有色金属的耐腐蚀性及其应用[M].北京：化学工业出版社，1995：44—46.

[2]薛文斌，蒋兴莉，杨卓.6061铝合金微弧氧化陶瓷膜的生长动力学及性能分析[J].功能材料，2008，39（4）：603.

[3]程天一，章守华.快速凝固技术与新型材料[M].北京：宇航出版社，1990：199.

[4]周涛，黄伯云，周科朝，等.快速凝固耐热铝合金耐蚀性能的研究[J].稀有金属材料与工程，2004，33（2）：187—189.

[5]GB/T 17899—1999，不锈钢点蚀电位测量方法[S].