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        　中國門窗＆配套材料網(wǎng) >> 行業(yè)新聞 >> 正文
    

      

        
電偶腐蝕——鋁合金門窗五金件的銹蝕特點(diǎn)
          

              

                來源:山東國強(qiáng)五金制品集團(tuán)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(gòu)，電位較正的型材，本身與五金件構(gòu)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(gòu)成電偶腐蝕的機(jī)理概念，說明鋁合金門窗用五金件在設(shè)計(jì)過程中要注重采取防腐蝕抑制措施。



              

                

                  　　主題： 鋁合金門窗是一種大陰極、小陽極面積的組合結(jié)構(gòu)，電位較正的型材，本身與五金件構(gòu)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(gòu)成電偶腐蝕的機(jī)理概念，說明鋁合金門窗用五金件在設(shè)計(jì)過程中要注重采取防腐蝕抑制措施。




　　關(guān)鍵詞：大陰極小陽極  耐腐蝕性  腐蝕原電池  電化學(xué)腐蝕



　　引言： 在鋁合金門窗五金件的設(shè)計(jì)過程中，在考慮了必須具備有足夠的機(jī)械強(qiáng)度后，也應(yīng)注意到所選用的材料與鋁合金接觸使用時(shí)，能否保持較好的耐蝕性。經(jīng)表面保護(hù)后，能否達(dá)到設(shè)計(jì)壽命要求，這對(duì)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(diǎn)。尤其在世界各國工業(yè)崛起的今天，工業(yè)大氣對(duì)門窗及五金的危害已相當(dāng)普遍，五金件的材質(zhì)選擇，以及恰當(dāng)?shù)谋砻姹Ｗo(hù)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(diǎn)



　　1.1鋁及鋁合金是一種高導(dǎo)電、導(dǎo)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(huì)不間斷的進(jìn)行。所以，鋁合金門窗用五金件在設(shè)計(jì)過程中要考慮到材質(zhì)、表面保護(hù)的特殊性。




　　1.2 塑鋼型材是一種非金屬高絕緣材料，不會(huì)對(duì)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(dāng)，再進(jìn)行較好的表面保護(hù)處理，就能達(dá)到經(jīng)久耐用的目的。




　　2．鋁合金門窗用五金件的腐蝕機(jī)理概念



　　2.1一般講鋁合金門窗五金件的銹蝕是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)過程，也是一個(gè)多種物質(zhì)的多種形式的反應(yīng)，很難用一種或兩種反應(yīng)方式進(jìn)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(xué)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(xué)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(gòu)就決定了發(fā)生電化學(xué)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(duì)其它材料講由負(fù)變正，從而減緩或停止腐蝕，而電位較負(fù)的鋼制零件會(huì)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(dāng)濕度達(dá)到某一臨界值時(shí)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(duì)濕度見表1。


　　
表—1  五金件常用金屬腐蝕臨界相對(duì)濕度



  

    
材料 

    
鋼鐵 

    
鋅 

    
鋁 

    
鎳 

  

  

    
臨界相對(duì)濕度%

    
65

    
70

    
76

    
70

  



　　2.3.2溫度  高溫高濕時(shí)，氣溫升高加速腐蝕。溫度交變由高溫驟降時(shí)（晚間），使大氣中的水汽凝聚成膜，也可加速腐蝕過程。潮濕時(shí)間愈長(zhǎng)，腐蝕也愈嚴(yán)重。一般講晝夜溫差大于6℃，氣溫在5-50℃的范圍內(nèi)變化時(shí)，只要相對(duì)濕度達(dá)到65-75%就會(huì)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(duì)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(duì)金屬具有腐蝕作用。




　　2.4普通碳素鋼五金件銹蝕的機(jī)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(dāng)腐蝕開始時(shí)總會(huì)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(diǎn)的周邊，而后連成一片，這是為什么？這是因?yàn)殇X型材與碳素鋼五金件之間的電位差通過接觸構(gòu)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(yīng)出現(xiàn)OH-1，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下兩者向中間移動(dòng)，在邊緣相遇生成人們可以見到的腐蝕產(chǎn)物。其實(shí)腐蝕的最嚴(yán)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(huì)促進(jìn)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(hù)的難點(diǎn)



　　3.1鍍鋅是碳素鋼五金件典型的陽極保護(hù)鍍膜。在正常的大氣條件下，由于碳素鋼的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-0.326V，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-0.736V，鋅負(fù)于碳素鋼，當(dāng)電化學(xué)腐蝕條件形成時(shí)，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(shí)間。然而并非什么情況下都能對(duì)五金件起到陽極保護(hù)作用。




　　3.1.1當(dāng)溫度超過70℃以上時(shí)，鋅就會(huì)變成陰極，從而對(duì)五金件失去電化學(xué)保護(hù)作用。




　　3.1.2當(dāng)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(shí)，鍍鋅層也會(huì)削弱或失去對(duì)五金件的保護(hù)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(xué)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(xué)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(shè)計(jì)。但也有許多零件因?yàn)?a href='../../zsk/ct.asp?id=1341' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>強(qiáng)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(yīng)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(gòu)成，其本身就是一個(gè)復(fù)雜的原電池結(jié)構(gòu)，故而化學(xué)穩(wěn)定性好。在許多酸、堿、鹽的溶液中，在有機(jī)酸、蒸汽及濕空氣中耐腐蝕性高，采用不銹鋼會(huì)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(jiǎn)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(hù)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(zhǎng)零件的耐腐蝕時(shí)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(chǎng)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(rèn)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(huì)被采用，因?yàn)樘妓劁摫旧聿痪邆浔砻驸g化的性能，在電化學(xué)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(duì)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(diǎn)，五金件選用一般金屬材料時(shí)，鋁合金門窗的結(jié)構(gòu)形式都會(huì)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(hào)較多，應(yīng)選擇耐腐蝕性能較好的品種。碳素鋼在使用時(shí)應(yīng)增加絕緣層或非金屬涂層，才能有效地防止出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕。



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