摘要
众所周知，纯铝及铝合金是继钢铁之后，用量最大的金属材料，在工业生产的诸多领域（如航空航天、电子、食品、交通及建筑等）得到了广泛应用。由于纯铝及铝合金的耐蚀性较好，常常不加保护的直接暴露于空气中使用，大气腐蚀成为纯铝及铝合金失效的主要原因之一。20世纪初，腐蚀领域的学者们开始关注铝合金的大气腐蚀行为，迄今已100多年。但是，由于铝合金的种类繁多、不同区域大气环境差异较大、大气环境随时间不断演变以及大气腐蚀试验周期较长，有关铝合金大气腐蚀的研究工作进展缓慢，尚有多种铝合金没有完成基础腐蚀数据的积累，无法满足工业发展的需要，而且，有关大气腐蚀机理的研究也需要进一步深入。 本论文选取1060工业纯铝作为研究对象，在沿海（万宁）、工业（江津）与乡村（版纳）大气环境中进行3，6，12，24，36个月的户外曝晒试验。对每周期取回的试样首先进行腐蚀失重动力学研究、图像分析、点蚀坑的表征以及力学性质的测试，完善腐蚀数据积累工作。之后，为了深入分析并解释不同大气环境中纯铝的大气腐蚀行为，通过扫描电镜(SEM)观察腐蚀产物的表面与截面形貌，通过能谱仪(EDS)与光电子能谱(XPS)表征腐蚀产物的成分，较全面的反应腐蚀产物形貌与成分的演化过程。并将电化学测试技术用于研究氧化膜与腐蚀产物在纯铝大气腐蚀过程中的作用，阐明不同阶段腐蚀过程的速率控制步骤。 研究表明，1060工业纯铝的腐蚀程度在沿海大气环境中最重，在工业大气环境中次之，在乡村大气环境中最轻。纯铝在沿海大气环境中的腐蚀速率远大于其在乡村与工业大气环境中的腐蚀速率。在沿海大气环境中，纯铝的平均腐蚀速率随腐蚀时间的延长按照减小→增大→减小→增大的规律波动。在工业大气环境中，纯铝的腐蚀速率在曝晒3个月时达到最大，然后减小并基本维持不变，直至曝晒36个月时又略有增加。在乡村大气环境中，纯铝的腐蚀速率随腐蚀时间的延长不断增大，到曝晒36个月时达到最大。图像采集技术被用于研究户外曝晒试样，特征值M能很好的反映纯铝在不同大气环境中的腐蚀程度，且与腐蚀失重的结果相吻合。大气腐蚀对纯铝的延展性影响较大，尤其是在沿海大气环境中，而对其强度的影响较小。 纯铝表面腐蚀产物的形貌以龟裂状为主，但是，在不同的大气环境中，随着腐蚀时间的延长其演化过程有所不同。在沿海大气环境中，有块状腐蚀产物形成;在乡村大气环境中存在丝状腐蚀产物。此外，试样的朝向对腐蚀过程也有一定的影响。在乡村与工业大气环境中，朝天面比朝地面的腐蚀更为严重，而在沿海大气环境中，这种差异并不明显。沿海大气环境中的腐蚀产物层最后，且在曝晒24个月之后出现明显的分层;乡村环境中腐蚀产物层最薄，直到曝晒36个月时才隐约可见;工业大气环境中的腐蚀产物层的厚度处于两者之间，且没有发生分层。纯铝腐蚀产物的成分在乡村与工业大气环境中的主要为Al2O3，Al(OH)3和Al2(SO4)3;在沿海大气环境中主要为γ-Al2O3，Al/Al2O3，Al(OH)3，Al2(SO4)3，AlCl3和MgAl2O4。 从乡村大气到工业大气再到沿海大气，纯铝表面氧化膜的保护性依次降低。对于在乡村大气环境中曝晒的所有试样以及在工业大气环境中曝晒3，6，12，24个月的试样，电荷转移过程是其腐蚀过程的控制步骤;对于在沿海大气环境中曝晒的所有试样以及在工业大气环境中曝晒36个月的试样，腐蚀产物层对扩散的阻碍作用成为其腐蚀过程的控制步骤。 为了拓展研究范围，也为了更加接近实际工况，在实验室内进行了薄液膜下2024铝合金与316L不锈钢电偶腐蚀行为的研究，并采用大气腐蚀检测仪(ACM)、零电阻电流(ZRA)与电化学阻抗谱(EIS)对电偶腐蚀过程进行了实时监测。研究表明，2024铝合金与316L不锈钢偶接之后，铝合金的腐蚀失重量增加了近10倍。电偶腐蚀的过程可分为三个阶段:诱导期，加速期以及减速期。两电极间的间距越小诱导期越短，电偶腐蚀越容易发生，但是，间距小的偶接件其加速期也短。
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