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各指标均合格的铝合金建筑型材,为何突现腐蚀白斑?

2016-11-14 13:52:46
作者:伍超群
来源:腐蚀与防护

铝合金建筑型材是目前门窗和幕墙的主要结构材料,铝合金挤压型材颜色单一,耐腐蚀性较差,但经表面处理后,铝合金的使用寿命大大提高。

    铝合金建筑型材是目前门窗和幕墙的主要结构材料,铝合金挤压型材颜色单一,耐腐蚀性较差,但经表面处理后,铝合金的使用寿命大大提高。


    某企业生产的氟碳漆喷涂铝型材产品采用6063铝合金,T5处理后表面经氟碳漆喷涂处理。施工方将之安装在沿海地区的楼盘中,安装半年后未交付使用,即发现阳台推拉门外侧出现白色腐蚀斑及鼓泡,腐蚀面积随时间延长不断扩大。


    1 检测步骤


    对腐蚀出现白斑的铝型材取样,宏观观察腐蚀表面,采用直读光谱(SPECTROLAB M9)进行基体材质化学成分分析;采用L-2003A型正置光学显微镜观察铝合金型材基体显微组织;使用电子探针(型号JCXA-8100)及所配置的EDS能谱仪观察孔洞表面形貌和测定腐蚀物成分;采用KD-90型盐雾机、划格器等对涂层性能进行检测。


    2 结果分析


    2.1 宏观形貌


    该批腐蚀失效的铝型材表面经氟碳漆喷涂处理,呈浅黄白色,内腔无涂层。腐蚀斑点及鼓泡主要出现在铝型材与门框接触的塞缝中,门框下部较多,两侧次之,上部较少。在腐蚀区域处敲开周围物质,可见铝型材上附有大量的乳白色的腐蚀物质。铝型材表面腐蚀宏观形貌见图1所示。

 

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    图1  铝型材腐蚀区域宏观形貌


    2.2 材质成分


    由表1可知,铝型材的基材化学成分仅Si含量接近标准要求的下限,符合铝合金6063牌号的标准要求。


    表1  铝型材基材化学成分(单位:wt%)

表1


    2.3 金相组织


    在腐蚀区附近垂直铝型材基体取样镶样观察,可见腐蚀区附近铝型材基体已被腐蚀,腐蚀范围由外向内扩展,腐蚀区内附有大量的腐蚀物质,见图2。


    铝型材基体金相组织为α(Al)+Mg2Si+少量杂质相,无明显的夹杂物存在,组织较均匀,见图3。

 

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    图2  铝型材腐蚀截面宏观图

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    图3  铝型材基体显微组织


    2.4 电镜观察


    宏观观察,铝型材表面腐蚀严重区上覆盖大量的乳白色物质,腐蚀物大片突起,部分腐蚀物脱落,在腐蚀区附近可见少量乳白色腐蚀物质附着在铝型材表面。电镜观察,腐蚀严重区域凹凸不平,腐蚀区附近附着物呈龟裂状,表面形貌见图4、图5。对腐蚀区域附近和正常区进行EDS能谱成分分析(表2、图6)以及元素特征X射线分布分析(图7),从中可见,腐蚀区存在大量的Cl元素。


    对腐蚀区截面样品进行电镜背散射图像观察,在腐蚀区附近可见涂层沿基体界面剥落,腐蚀由表向内扩展,基体内出现明显的腐蚀(图8、9)。采用EDS能谱仪对腐蚀区进行成分分析,结果见表3,可见腐蚀区发生严重氧化,并存在大量的Cl元素。

 

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    图4 腐蚀严重区表面形貌

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    图5 腐蚀区附近表面形貌


    表2  铝型材表面腐蚀物EDS分析结果(单位:wt%)

表2

 

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    图6  腐蚀区EDS分析谱图

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    图7  铝型材表面腐蚀物质元素特征X射线分布图


    表3  铝型材截面腐蚀物EDS分析结果(单位:wt%)

表3


    2.5 涂层性能


    根据氟碳漆喷涂型材产品标准GB5237.5-2008要求进行多项测试,测试结果表明该批产品表面涂层各项指标达到产品标准要求,正常使用情况下不易产生腐蚀。


    3 腐蚀原因分析


    上述检测结果表明:此批氟碳漆喷涂型材的基体材质化学成分、金相组织正常,表面氟碳漆喷涂采用三涂,涂层性能指标符合氟碳漆喷涂型材产品标准要求。腐蚀产物分析结果表明,腐蚀产物除以铝的氧化物为主外,出现大量的Cl元素及少量的S元素。


    资料表明:铝合金表面腐蚀分为四步,首先当介质中含有某些活性阴离子Cl- 时,它们被吸附在金属表面某些点上,然后对氧化膜发生破坏作用;二是在氧化膜受到破坏的地方,成为电偶的阳极,而其余未被破坏的地方就成为阴极,形成钝化-活化电池,由于阳极面积比阴极面积小得多,阳极电流密度很大,很快被腐蚀成为小孔;三是当腐蚀电流流向小孔周围的阴极,又使这一部分受到阴极保护,继续维持着钝态;最后溶液中的Cl- 离子,随着电流的流通,即向小孔里面迁移,使得小孔内形成金属氯化物的浓溶液,小孔内溶液的酸度不断增加,小孔逐渐腐蚀加深。


    铝合金表面经氟碳漆喷涂处理后,极大地提高了铝合金的耐腐蚀性能,但由于漆膜本身存在微细的针孔 (平均直径为10-2~10-4c m)和结构性气孔(直径为10-5~10-7 cm), 漆膜存在一定的吸水性和透水性。当铝型材安装在沿海地区,由于大气中含有水气以及海水中的活性物质Cl- ,铝型材表面吸附Cl- 等活性物质,在潮湿、氯化物大量存在的环境条件下,在Cl- 的作用下,漆膜遭到破坏,Cl- 透过漆膜进入基体,并不断向基体内部扩展形成腐蚀点,造成基体铝合金的氧化腐蚀,产生大量的氧化铝等腐蚀物,腐蚀氧化物不断增长,腐蚀点不断扩大,漆膜破坏,从而造成铝型材表面出现大量腐蚀白斑。


    铝型材推拉门周边下部与地板砖接触处由于雨水或海水易于沉淀富集,而边部及上部接触海水较少,且海水不易吸附沉淀,故下部较易出现腐蚀斑点,腐蚀斑点随着时间的延长不断增加和扩大,最终导致铝型材推拉门表面腐蚀失效。


  
  4   结论


    该批氟碳漆喷涂型材腐蚀白斑产生的主要原因是铝型材表面附着大量的氯化物,在周围潮湿环境下,由于 Cl离子的作用,造成铝型材表面的腐蚀失效。

 

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责任编辑:王元

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标签: 表面处理, 铝合金, 腐蚀, 白斑, 检测

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