電偶腐蝕——鋁合金門窗五金件的銹蝕特點

來源:山東國強五金制品集團有限公司　作者:王春貴　日期:2007-4-21
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　　主題：鋁合金門窗是一種大陰極、小陽極面積的組合結(jié)構，電位較正的型材，本身與五金件構成腐蝕原電池，使五金件的腐蝕過程加快，影響五金件的使用壽命和安全性。這在塑鋼門窗中是不存在的。本文介紹鋁合金門窗與五金件之間構成電偶腐蝕的機理概念，說明鋁合金門窗用五金件在設計過程中要注重采取防腐蝕抑制措施。

　　關鍵詞：大陰極小陽極耐腐蝕性腐蝕原電池電化學腐蝕

　　引言：在鋁合金門窗五金件的設計過程中，在考慮了必須具備有足夠的機械強度后，也應注意到所選用的材料與鋁合金接觸使用時，能否保持較好的耐蝕性。經(jīng)表面保護后，能否達到設計壽命要求，這對鋁合金門窗在使用過程中的安全性、耐久性十分重要，只有兩者完美的結(jié)合才能真正發(fā)揮鋁合金門窗美觀大方、經(jīng)久耐用的特點。尤其在世界各國工業(yè)崛起的今天，工業(yè)大氣對門窗及五金的危害已相當普遍，五金件的材質(zhì)選擇，以及恰當?shù)谋砻姹Ｗo已受到業(yè)內(nèi)人士的重視。

　　1. 鋁合金、塑鋼門窗五金件產(chǎn)生腐蝕的特點

　　1.1鋁及鋁合金是一種高導電、導熱的金屬材料，在自然狀態(tài)下表面極易鈍化，在潮濕的酸性條件下表面氧化生成Al2O3、3H2O，水合氧化鋁本身較穩(wěn)定，所以鋁及鋁合金制成的門窗型材是一種高性能防腐的材料。因而鋁合金門窗的防腐部位主要是在五金件，五金件的電偶腐蝕不單是在本身，更受鋁型材的電極影響。在一定條件下腐蝕會不間斷的進行。所以，鋁合金門窗用五金件在設計過程中要考慮到材質(zhì)、表面保護的特殊性。

　　1.2 塑鋼型材是一種非金屬高絕緣材料，不會對五金件的腐蝕產(chǎn)生電極現(xiàn)象，塑鋼門窗的防腐主要集中在五金件，只要五金件各零部件選材得當，再進行較好的表面保護處理，就能達到經(jīng)久耐用的目的。

　　2．鋁合金門窗用五金件的腐蝕機理概念

　　2.1一般講鋁合金門窗五金件的銹蝕是一個化學反應和電化學反應過程，也是一個多種物質(zhì)的多種形式的反應，很難用一種或兩種反應方式進行解釋，但造成鋁合金門窗五金件銹蝕損壞的原因，在自然條件下主要是電化學腐蝕。

　　2.2鋁合金門窗一般是由鋁（型材）、不銹鋼（組件）、鋅合金（組件）、碳素鋼（組件）等組成。這些不同電極電位又相互接觸的金屬在腐蝕介質(zhì)中組成原電池，從而發(fā)生電化學腐蝕。尤其在海洋大氣、工業(yè)大氣中，鋁合金門窗的這種材質(zhì)結(jié)構就決定了發(fā)生電化學腐蝕的必然性。其中鋁合金型材由于本身易于鈍化，電位相對其它材料講由負變正，從而減緩或停止腐蝕，而電位較負的鋼制零件會加劇腐蝕，而造成五金件的損壞。

　　2.3影響五金件腐蝕的氣象因素

　　2.3.1濕度由于空氣中的水分凝聚成液態(tài)水膜是形成腐蝕原電池的必要條件，因此空氣的濕度是主要因素，當濕度達到某一臨界值時表面形成水膜，腐蝕速度加劇。五金件常用金屬的腐蝕臨界相對濕度見表1。

　　

表—1 五金件常用金屬腐蝕臨界相對濕度

材料	鋼鐵	鋅	鋁	鎳
臨界相對濕度%	65	70	76	70

　　2.3.2溫度高溫高濕時，氣溫升高加速腐蝕。溫度交變由高溫驟降時（晚間），使大氣中的水汽凝聚成膜，也可加速腐蝕過程。潮濕時間愈長，腐蝕也愈嚴重。一般講晝夜溫差大于6℃，氣溫在5-50℃的范圍內(nèi)變化時，只要相對濕度達到65-75%就會出現(xiàn)凝霧現(xiàn)象。

　　2.3.3大氣污染正常情況下，空氣中的腐蝕介質(zhì)很少，只有氧對金屬的腐蝕是經(jīng)常性的，但隨著各國工業(yè)企業(yè)的不斷崛起，空氣中的有害氣體和粉塵也大量增加，如煤、煤油、柴油燃燒后生成的二氧化碳、二氧化硫等氣體。有大量的塵埃，如煙霧、煤灰、氯化物和其它酸、堿、鹽顆粒等也散布到大氣中，有的本身就具有腐蝕性，有的是凝在水珠中對金屬具有腐蝕作用。

　　2.4普通碳素鋼五金件銹蝕的機理及形態(tài)。鋁合金窗安裝碳素鋼五金件屬于大陰極面積和小陽極面積的組合，當腐蝕開始時總會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，銹蝕產(chǎn)物總是在五金件與門窗型材接觸的邊緣部位出現(xiàn)，而且最初是圍繞接觸點的周邊，而后連成一片，這是為什么？這是因為鋁型材與碳素鋼五金件之間的電位差通過接觸構成原電池，在冷凝水膜的介入下接觸部位產(chǎn)生鐵的氧化反映F2，非接觸部位發(fā)生氧的還原反應出現(xiàn)OH-1，在電場的驅(qū)動下兩者向中間移動，在邊緣相遇生成人們可以見到的腐蝕產(chǎn)物。其實腐蝕的最嚴重區(qū)在接觸面，只是見不到腐蝕產(chǎn)物罷了。由于大氣中氯、二氧化硫等介質(zhì)的加入，會促進碳素鋼材的溶解，從而加快五金件的損壞速度。

　　3．鋁合金門窗碳素鋼五金件表面保護的難點

　　3.1鍍鋅是碳素鋼五金件典型的陽極保護鍍膜。在正常的大氣條件下，由于碳素鋼的標準電極電位是-0.326V，鋅的標準電極電位是-0.736V，鋅負于碳素鋼，當電化學腐蝕條件形成時，鋅作為陽極首先溶解，從而防止或延緩五金件因銹蝕而損壞的時間。然而并非什么情況下都能對五金件起到陽極保護作用。

　　3.1.1當溫度超過70℃以上時，鋅就會變成陰極，從而對五金件失去電化學保護作用。

　　3.1.2當五金件被海水浸濕或有氯離子等多種有害離子組成的冷凝水膜覆蓋時，鍍鋅層也會削弱或失去對五金件的保護作用。

　　3.2涂裝：涂非金屬膜層可以阻斷鋁型材與五金件之間產(chǎn)生腐蝕原電池，避免五金件產(chǎn)生電化學腐蝕，但由于非金屬涂層硬度一般都很低（H4-8），耐磨性差，在五金件的使用過程中往往因磨損而使鋼鐵基體部分暴露，裸露的部分在工業(yè)大氣中與鋁型材組成原電池，從而產(chǎn)生電化學腐蝕。

　　4．鋁合金門窗五金件防腐抑制措施

　　4.1采用與鋁型材電位差相近的材料或采用耐蝕性較好的材料是最佳選擇之一。如采用鋁合金制作執(zhí)手、鉸鏈及各種連接件。這種同金屬組合是避免產(chǎn)生自偶電池的理想設計。但也有許多零件因為強度或制作難度的原因，不易采用鋁及鋁合金，那么耐蝕性較好的不銹鋼也應是首選材料之一，不銹鋼一般都具有防銹效果，只要鋼中的Cr大于12。但在鋼中只含有Cr一種單一元素的不銹鋼，其耐蝕性能并不十分好，也易生銹。只有鋼中含有鈦，促使碳化物穩(wěn)定，才具有較高的抗腐蝕性能，如1Cr18Ni9Ti。

　　耐蝕性好的不銹鋼一般是在鋼中含有鉻、鎳、鈦等成分構成，其本身就是一個復雜的原電池結(jié)構，故而化學穩(wěn)定性好。在許多酸、堿、鹽的溶液中，在有機酸、蒸汽及濕空氣中耐腐蝕性高，采用不銹鋼會減少或避免型材產(chǎn)生電偶腐蝕的危害性。

　　4.2鋅合金由于制作工藝簡單，成本低，在門窗五金件中被廣泛采用。鋅合金在酸、堿、鹽溶液中易被腐蝕，只是在大氣中表面易鈍化而抗氧化性能好。鋅合金件的表面保護一般采用金屬鍍膜或非金屬涂膜，典型的處理工藝包括鋅合金鈍化處理、鍍鋅鈍化、涂漆、噴塑粉等，其中前者的耐磨性好，鈍化膜有一定的耐酸堿性能，可以延長零件的耐腐蝕時間；后者屬非金屬膜層，具有較好的絕緣性，可以避免出現(xiàn)電偶腐蝕。目前市場上有一種表面處理方法——電鍍珍珠鉻。珍珠鉻膜層硬度高，耐磨性好，更具有不銹的防腐蝕性能，外觀文雅、大方、漂亮。筆者認為不論從防腐蝕的角度還是從外觀的選擇上看，珍珠鉻都是鋁合金門窗用五金件目前最好的表面處理方法之一。

　　4.3裸露的普通碳素鋼五金件一般不會被采用，因為碳素鋼本身不具備表面鈍化的性能，在電化學腐蝕過程中是鋁合金門窗中的犧牲陽極。較好的措施是表面鍍覆金屬膜層后，在與鋁型材接觸部位增加絕緣材料或非金屬涂層，以避免或減少電偶腐蝕對五金件的破壞性。

　　結(jié)束語：由于鋁合金在自然條件下極易鈍化的特點，五金件選用一般金屬材料時，鋁合金門窗的結(jié)構形式都會是大陰極小陽極的組合。如何避免或減少電偶腐蝕，采用鋁或鋁合金是最佳選擇。不銹牌號較多，應選擇耐腐蝕性能較好的品種。碳素鋼在使用時應增加絕緣層或非金屬涂層，才能有效地防止出現(xiàn)電化學腐蝕。

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