铝的腐蚀与化学钝化技术

1.科学性与实用性并重：本书既详细介绍了铝的腐蚀机理和特性，又探讨了铝腐蚀的影响因素，同时还总结了国内外铝化学钝化的分类、特性、机理、影响因素和工艺应用，为相关从业人员提供了全面而实用的知识。 2.腐蚀与钝化相结合：本书将腐蚀和钝化结合起来讨论，有助于读者更深入地理解和应用化学钝化技术，从而更好地解决实际生产中的问题。

铝和铝合金越来越多地进入人们的生产活动和生活领域，铝材的腐蚀和防护问题、表面处理和表面装饰技术也越来越得到重视。铝材的使用避免不了会遇到各种形式的腐蚀现象，在不同条件下腐蚀的原因各不相同，影响因素也非常复杂。铝的化学钝化则是应用极为广泛的防腐蚀技术，它利用特定的介质与铝进行反应形成钝化膜，来降低铝表面的腐蚀活性。钝化膜的质量与钝化剂化学组成、金属材质、工艺参数、生产设备以及环境条件等复杂因素相关。钝化的过程常常首先发生铝与特定介质的腐蚀反应，需要有控制地利用铝的腐蚀反应来形成合格的钝化膜。因此，我们认为将腐蚀和钝化结合起来讨论，更有利用于理解和应用化学钝化技术，更有助于解决生产实际问题，达到避免或减缓铝制品腐蚀的目的。
本书的编写本着科学性和实用性的原则，顾及各层次相关从业人员的工作需要，不仅详细介绍了铝的腐蚀机理、腐蚀特性，而且探讨了铝腐蚀的影响因素，如材质、自然环境、使用介质等，总结了国内外铝化学钝化的分类、特性、机理、影响因素和工艺应用，以及性能检验与试验方法。
本书分11章，是由李翀（第1～5章）、王爱祥（第6、7和10章）、陆国建（第8～9章）和朱小辉（第11章）执笔，在朱祖芳教授指导下完成的。德高望重的朱老师是为铝材表面处理行业做出突出贡献的技术专家，他从本书的策划、构思开始，给予了热情的帮助和支持；在编写全过程中也给予了指导甚至校审，并提供了大量有价值的应用经验和技术资料。另外，本书的编写还得到钟金环博士、樊兆玉博士和高俊伟先生的帮助，借此向这些专家表示衷心的谢意。 
由于编者业务水平有限，书中难免存在疏漏和不当之处，恭请读者不吝指正。

编著者
2023年8月

李翀，高 级工程师，浙江五源科技股份有限公司总工程师，中国表面工程协会防锈润滑分会常务理事。毕业于浙江工业大学腐蚀与防护专业，历任技术服务工程师、生产厂长、研究所所长等职，长期从事表面处理技术和产品的创新与开发工作。主持或参与了多个系列和应用领域的新产品新技术的技术研发工作和技术管理工作。

铝及铝合金优异的加工性能和耐腐蚀性是它被广泛应用的主要原因。本书着重从铝的腐蚀特性、腐蚀机理和影响因素方面进行系统的阐述，总结介绍国内外铝化学钝化的分类、特性、机理，而且对化学钝化的工艺应用和影响因素进行了详尽的介绍和讨论，还涉及性能检验与试验方法，兼顾实用性和科学性。
本书适合从事铝的腐蚀与防腐蚀、表面处理相关领域工作的工程技术人员阅读参考，对于铝材加工和使用有关的各行业从业人员也具有较高的参考价值。

第1章铝的性质与铝合金概述001
1.1铝的性质001
1.1.1物理性质001
1.1.2化学性质002
1.2铝合金概述002
1.2.1变形铝合金003
1.2.2铸造铝合金005
1.2.3铝材的简易鉴别007

第2章铝及铝合金腐蚀的基本情况009
2.1铝腐蚀的概况009
2.2电化学腐蚀热力学基础009
2.3电化学腐蚀动力学基础014
2.4铝及铝合金的均匀腐蚀016
参考文献025

第3章铝及铝合金的局部腐蚀026
3.1电偶腐蚀026
3.1.1电偶序与电偶腐蚀的倾向026
3.1.2影响电偶腐蚀的因素027
3.2点蚀029
3.2.1点蚀的化学机制029
3.2.2点蚀的评价指标033
3.2.3点蚀的影响因素034
3.3晶间腐蚀035
3.4层状腐蚀038
3.5其他局部腐蚀039
3.5.1应力腐蚀开裂039
3.5.2缝隙腐蚀041
3.5.3水线腐蚀042
3.5.4微生物腐蚀043
3.6金属/涂层体系的腐蚀043
3.6.1涂装金属的腐蚀历程044
3.6.2涂装金属腐蚀的形态045
3.6.3丝状腐蚀的反应机理048
3.6.4丝状腐蚀的影响因素与防护050
3.6.5附着力对涂装金属腐蚀的作用052
参考文献056

第4章铝合金腐蚀的影响因素058
4.1铝的氧化膜059
4.2材质061
4.2.1合金成分061
4.2.2组织结构067
4.2.3热处理068
4.2.4表面状态070
4.3使用环境和介质071
4.3.1电解质的成分与浓度072
4.3.2溶解氧含量073
4.3.3pH074
4.3.4温度075
4.3.5其他影响因素076
4.4常见的自然环境077
4.4.1大气077
4.4.2粉尘081
4.4.3腐蚀性气体081
4.4.4淡水084
4.4.5海水090
4.4.6土壤092
4.5常见的腐蚀介质096
4.5.1无机碱096
4.5.2无机酸099
4.5.3无机盐109
4.5.4有机物112
4.5.5加速腐蚀试验环境117
4.6缓蚀剂120
4.6.1铝在碱液中的缓蚀剂122
4.6.2铝在酸液中的缓蚀剂125
4.7控制腐蚀的化学方法127
参考文献128

第5章化学钝化前的预处理131
5.1脱脂131
5.1.1碱性脱脂132
5.1.2酸性脱脂133
5.1.3脱脂缺陷及对策133
5.2浸蚀134
5.2.1碱浸蚀134
5.2.2酸浸蚀135
5.2.3酸性化学砂面处理136
5.2.4碱性化学砂面处理138
5.2.5浸蚀后的氧化膜139
5.3化学抛光139
5.4除灰142
5.4.1硝酸除灰143
5.4.2硫酸除灰143
参考文献144

第6章铝及铝合金铬钝化145
6.1铝及铝合金铬钝化种类145
6.1.1碱性六价铬钝化145
6.1.2酸性六价铬钝化146
6.1.3不含锆钛的三价铬钝化147
6.1.4含锆钛的三价铬钝化147
6.2铝及铝合金铬钝化膜的形成机理148
6.2.1碱性铬钝化膜的形成机理148
6.2.2酸性铬钝化膜的形成机理148
6.2.3不含锆钛的三价铬钝化膜形成机理150
6.2.4含锆钛的三价铬钝化膜形成机理151
6.3铝及铝合金铬钝化膜的组成与结构152
6.3.1六价铬钝化膜的组成与结构152
6.3.2不含锆钛的三价铬钝化膜的组成及结构153
6.3.3含锆钛的三价铬钝化膜的组成及结构154
6.4铝及铝合金铬钝化膜的防护机理154
6.4.1六价铬钝化膜的防护机理154
6.4.2三价铬钝化膜的防护机理156
6.5铝及铝合金铬钝化膜防护性能的影响因素156
6.5.1六价铬钝化膜的防护性能影响因素156
6.5.2三价铬钝化膜防护性能的影响因素160
6.6铝及铝合金铬钝化的应用及缺陷分析163
6.6.1六价铬钝化的应用及缺陷分析163
6.6.2三价铬钝化的应用及缺陷分析164
参考文献165

第7章铝及铝合金磷化170
7.1铝及铝合金磷化种类170
7.1.1铝及铝合金六价铬磷化170
7.1.2铝及铝合金三价铬磷化171
7.1.3不含锆钛的铝及铝合金无铬磷化171
7.1.4含锆钛的铝及铝合金无铬磷化172
7.2铝及铝合金磷化膜的形成机理173
7.2.1六价铬磷化成膜机理173
7.2.2三价铬磷化成膜机理174
7.2.3不含锆钛的无铬磷化成膜机理175
7.2.4含锆钛的无铬磷化机理176
7.3铝及铝合金磷化膜的组成及结构176
7.3.1六价铬磷化膜的组成与结构176
7.3.2三价铬磷化膜的组成及结构177
7.3.3不含锆钛无铬磷化膜的组成及结构177
7.3.4含锆钛无铬磷化膜的组成及结构178
7.4铝及铝合金磷化膜的保护机理180
7.5铝及铝合金磷化膜耐腐蚀性能的影响因素181
7.5.1六价铬磷化的影响因素181
7.5.2无铬磷化的影响因素183
7.6磷化的应用及缺陷分析186
参考文献186

第8章铝及铝合金锆钛盐钝化189
8.1铝及铝合金锆钛盐钝化种类189
8.1.1薄膜型锆钛钝化189
8.1.2厚膜型锆钛钝化190
8.2锆钛盐钝化膜的形成机理191
8.2.1锆钛薄膜形成机理191
8.2.2锆钛厚膜形成机理192
8.3锆钛盐钝化膜的组成及结构193
8.3.1锆钛薄膜的组成及结构193
8.3.2锆钛厚膜的组成及结构194
8.4锆钛盐钝化膜的保护机理195
8.4.1锆钛薄膜的保护机理195
8.4.2锆钛厚膜的保护机理196
8.5锆钛盐钝化膜质量影响因素197
8.5.1pH值对锆和/或钛钝化的影响197
8.5.2钝化时间对锆和/或钛钝化的影响197
8.5.3游离氟对锆和/或钛钝化的影响198
8.5.4铜元素对锆和/或钛钝化的影响198
8.5.5硅元素对锆和/或钛钝化的影响199
8.5.6预处理对锆和/或钛钝化的影响199
8.5.7材质对锆和/或钛钝化的影响199
8.5.8烘干温度对锆和/或钛钝化的影响199
8.6锆钛盐钝化应用及缺陷分析200
参考文献200

第9章铝及铝合金硅烷及自组装钝化203
9.1硅烷及自组装钝化种类203
9.1.1硅烷钝化203
9.1.2自组装钝化206
9.2钝化膜的形成机理208
9.2.1硅烷钝化膜的形成机理208
9.2.2自组装钝化膜的形成机理209
9.3钝化膜的组成及结构210
9.3.1硅烷钝化膜的组成及结构210
9.3.2自组装膜组成及结构213
9.4硅烷钝化膜及自组装钝化膜的防护机理214
9.4.1硅烷钝化膜的防护机理214
9.4.2自组装钝化膜的防护机理216
9.5钝化膜防腐蚀性能的影响因素217
9.5.1硅烷钝化膜防腐蚀性能的影响因素217
9.5.2自组装钝化膜质量的影响因素219
9.6应用及缺陷分析221
9.6.1硅烷应用及缺陷分析221
9.6.2自组装钝化的应用及缺陷分析222
参考文献222

第10章铝及铝合金其他化学钝化226
10.1铝及铝合金其他化学钝化种类226
10.1.1高温水合钝化226
10.1.2铈盐钝化228
10.1.3其他种类229
10.2钝化膜的形成机理232
10.2.1高温水合钝化膜的形成机理232
10.2.2铈盐钝化膜的形成机理233
10.3钝化膜的组成及结构235
10.3.1高温水合钝化膜的组成及结构235
10.3.2铈盐钝化膜的组成及结构236
10.4钝化膜的保护机理236
10.4.1高温水合钝化膜的保护机理236
10.4.2铈盐钝化膜的保护机理237
10.5钝化膜质量的影响因素238
10.5.1高温水合钝化膜质量的影响因素238
10.5.2铈盐钝化膜质量的影响因素240
10.6其他钝化的应用及优缺点242
10.6.1高温水合钝化的应用及优缺点242
10.6.2稀土体系钝化的应用及缺陷分析242
参考文献242

第11章性能检验与试验方法246
11.1外观质量246
11.2厚度247
11.2.1库仑法247
11.2.2质量损失法248
11.2.3超声波法248
11.2.4涡流法248
11.2.5显微镜法248
11.2.6X射线荧光法249
11.3钝化膜的成分249
11.3.1仪器检测法249
11.3.2点滴法250
11.4耐蚀性251
11.4.1盐雾试验251
11.4.2丝状腐蚀试验252
11.4.3湿热腐蚀试验252
11.4.4晶间腐蚀试验253
11.4.5点腐蚀试验253
11.5耐候性254
11.5.1自然暴露耐候试验254
11.5.2人工加速耐候试验255
11.6耐化学稳定性257
11.6.1耐酸试验257
11.6.2耐碱试验257
11.6.3蒸煮试验258
11.7力学性能258
11.7.1附着性试验258
11.7.2耐冲击性试验259
11.7.3抗弯曲性试验260
11.7.4T弯测试260
11.7.5耐磨性试验261
参考文献263

附录264
附录A外观质量和厚度的常用检测标准264
附录B耐蚀性、耐候性和耐化学稳定性的常用检测标准265
附录C力学性能的常用检验标准266