銅合金腐蝕

銅合金腐蝕

銅合金腐蝕(Corrosion of Copper Allov)是銅合金在與大氣和海洋環境相互作用的過程中,表面能生成鈍態或半鈍態的保護薄膜,使多種腐蝕受到抑制。

概述

銅合金腐蝕(Corrosion of Copper Allov)是銅合金在與大氣和海洋環境相互作用的過程中,表面能生成鈍態或半鈍態的保護薄膜,使多種腐蝕受到抑制。

分類

銅合金在一般介質中以均勻腐蝕為主,在有氨存在的溶液中有較強的應力腐蝕敏感性,也存在電偶腐蝕、點蝕、磨損腐蝕等局部腐蝕形式。黃銅脫鋅、鋁青銅脫鋁,白銅脫鎳等脫成分腐蝕是銅合金獨有的腐蝕形式。

大氣腐蝕

金屬材料的大氣腐蝕主要取決於大氣中的水汽和材料表面的水膜。金屬大氣腐蝕速度開始急劇增加時的大氣相對濕度稱為臨界濕度,銅合金與其他很多金屬的臨界濕度在50%~70%之間,大氣中的污染對銅合金的腐蝕有明顯的增強作用。城市工業大氣的C02,SO2,NO2等酸性污染物溶解於水膜中,發生水解,使水膜酸化和保護膜不穩定。植物的腐爛和工廠排放的廢氣,使大氣中存在氨和硫化氫氣體,氨明顯加速銅和銅合金的腐蝕特別是應力腐蝕。

海洋環境腐蝕

銅合金在海洋環境的腐蝕除了海洋大氣區之外,還有海水飛濺區、潮差區和全浸區等。

飛濺區腐蝕

銅合金在海水飛濺區的腐蝕行為和在海洋大氣區的十分接近。對苛刻的海洋大氣具有良好抗蝕性的任何一種銅合金,在飛濺區也會有良好的耐蝕性。飛濺區提供了充分的氧氣對鋼的腐蝕起到加速作用,但可使銅及銅合金更容易保持鈍態。暴露于飛濺區銅合金的腐蝕速度通常不超過5μm/a。

全浸區腐蝕

暴露於全浸區銅合金的腐蝕速度最快。其耐蝕性受海水溫度、流速、海洋生物附著、泥沙沖刷沉積和海水污染情況的影響較大。材料的加工狀態也是十分敏感的影響因素。銅鎳合金、鋁黃銅、鋁青銅、錫青銅、海軍黃銅等是在全浸區耐蝕性優良的銅合金材料。多數銅合金在全浸區都具有優良的抗海洋生物附著性能。而鋁黃銅等其他抗污性能差的銅合金,在附著的海洋生物下容易產生局部腐蝕。

潮差區腐蝕

銅和銅合金在潮差區受到的腐蝕,比全浸區輕,比飛濺區重,以均勻腐蝕為主,也有局部腐蝕發生。有些現象,如在潮差區,紫銅出現坑蝕,高鋅黃銅出現嚴重脫鋅等,都和全浸區的腐蝕結果類似;錫青銅在潮差區的耐蝕性卻不如其他銅合金,這情況與銅tong飛濺區及海洋大氣的腐蝕結果類似,而不同於全浸區的耐蝕性排序。銅鎳合金,鋁黃銅等鈍化能力較強的銅合金,在潮差區的腐蝕速度比全浸區的明顯下降。

應力腐蝕

黃銅的季裂是銅合金應力腐蝕的典型代表。季裂發現於20世紀初,是指彈殼上向彈頭皺縮的部位出現裂紋。這種現象常發生在熱帶,特別是在陰雨季節,因此稱為季裂。因為與氨或氨的衍生物有關,故也稱氨裂。事實上,氧及其他氧化劑的存在,水的存在,也都是黃銅發生應力腐蝕的重要條件。能引起銅合金髮生應力腐蝕斷裂的其他環境有:受到SO2嚴重污染的大氣、淡水、海水;用來清洗部件的硫酸、硝酸、蒸汽以及酒石酸、醋酸、檸檬酸等水溶液、氨和水銀等。

脫成分腐蝕

黃銅脫鋅是銅合金脫成分腐蝕中最典型的一種,它可以伴隨應力腐蝕過程同時發生,也可以單獨發生。脫鋅有兩種形式:一種是層狀脫落型脫鋅,呈均勻腐蝕的形式,對材料使用相對危害性小;另一種是縱深栓狀發展型脫鋅,呈坑狀腐蝕形式,使材料強度明顯下降,危害性較大。

發展展望

銅合金腐蝕行為的研究,正在從兩個方面發展,即介質的腐蝕性研究和銅合金自身腐蝕敏感性研究,二者相輔相成,推動著銅合金的研究發展及更廣泛的套用。針對一定的腐蝕介質,確定使用壽命及價格都滿足要求的合金稱為選材,這方面的工作在銅合金的工程需求下必將繼續開展。緩蝕劑的研究也將是這方面工作的一部分。改變銅合金腐蝕敏感性的研究又可分為開發耐蝕新合金,改進傳統合金的加工熱處理工藝以及通過表面處理提高耐蝕性能。在銅合金冷凝管中,國外有耐污染海水的AP青銅,中國在加砷黃銅HSn70一1A的基礎上研製出加砷加硼的HSn70一1B新牌號,使黃銅脫鋅得到進一步改善。經過適當加工熱處理工藝使銅鎳合金避免出現非連續沿晶析出,可大大提高傳統白銅材料的抗局部腐蝕性能。對銅合金晶界結構與耐蝕性關係的研究,有望將銅合金的耐腐蝕性能提高一個較大的幅度。

在表面處理方面,黃銅抗變色抗季裂的表面處理,尚未有理想的配方和工藝,尚需進一步研究和開發。事實上,銅合金的表面預成膜處理對延長其使用壽命非常重要,這方面的研究工作尚需投入更多的力量,而研究成果的推廣套用同樣不可忽視。

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