汽車散熱器用Al—Mn系翅片箔的腐蝕性能研究

袁婷　張敏達　涂益友　蔣建清

摘 要：該文針對汽車散熱器中作為犧牲陽極的翅片鋁箔的抗腐蝕性能進行了研究。實驗采用中性鹽霧試驗對材料的腐蝕行為進行了考察，并結(jié)合了掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）和電化學(xué)極化曲線對材料的腐蝕性能進行了分析研究。結(jié)果表明鋁合金中的第二相與周圍基體構(gòu)成微電池，首先誘發(fā)點蝕；Si含量較低的Al-Mn系鋁合金，形成細小彌散的第二相，腐蝕速度較慢，且材料整體自腐蝕電位較負，更適合做犧牲陽極，起到保護散熱器管道的作用。

關(guān)鍵詞：翅片鋁箔 腐蝕性能 犧牲陽極 第二相

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-04

汽車水箱散熱器的工作條件和使用環(huán)境惡劣，極易發(fā)生腐蝕。熱交換器中的腐蝕包括管材自身的腐蝕外，還存在管材與散熱片之間相互的電化學(xué)腐蝕。為了對管子實施陰極保護，一般保證散熱翅片材料腐蝕電位負于管材或管子芯部合金的腐蝕電位，這樣使翅片與管材相比呈陽極，優(yōu)先腐蝕。因此，汽車散熱器中的翅片鋁箔是作為犧牲陽極存在的。但是散熱翅片在熱交換器的結(jié)構(gòu)強度和傳熱方面起著重要的作用，所以也不希望它很快被腐蝕掉[1-3]。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，翅片一旦發(fā)生腐蝕會導(dǎo)致強度不足，會產(chǎn)生塌陷或者倒伏現(xiàn)象，影響散熱器整體的結(jié)構(gòu)性能。翅片用鋁箔制作材料Al-Mn系合金中除存在Al、Mn元素以外，主要還存在Si、Fe等合金元素，合金元素的存在對鋁陽極翅片箔的電化學(xué)性能和金相組織有很大影響。有研究表明雖然部分第二相微粒與基體相比不是陰極。然而，這些微?？赡艹蔀楦g優(yōu)先形核的地方，因為這些微粒的溶解將會產(chǎn)生小的空洞，成為易產(chǎn)生腐蝕的地方[4-7]。

本課題即對兩種成分的翅片鋁箔進行分析，探明其腐蝕特征與內(nèi)在組織的聯(lián)系，對保證鋁翅片陽極保護效率和研制新型高效的翅片鋁箔具有重要的理論和實際意義。

1 試驗部分

（1）該文對常見的兩種汽車水箱翅片用鋁合金的抗腐蝕性能進行了研究比較。兩種合金成分見表1，試驗所用釬焊鋁箔直接取自江蘇常鋁鋁業(yè)有限公司生產(chǎn)成品，厚度為0.08 mm。

（2）用YWX/Q-250鹽霧腐蝕試驗箱，根據(jù)鹽霧試驗標準GB/T 1771—199確定試驗條件：溫度（35±2） ℃，壓強101.325 kPa，沉積速率（1±0.2） L/cm2，連續(xù)噴霧。將試樣剪成4 cm×10 cm片狀，邊緣用絕緣膠進行涂覆，懸掛于鹽霧箱中。分別于24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h取樣，觀察試樣表面的變化情況，用去離子水清洗干凈稱重，并采用XL30環(huán)境掃描電鏡及能譜儀對腐蝕前后的合金進行表面微觀形貌觀察和成分元素分析。

（3）采用上海辰華CHI660 d電化學(xué)工作站測量合金的陽極極化曲線，以分析其耐腐蝕性能。此電化學(xué)測量采用三電極體系，釬焊鋁箔為被測電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極。測量介質(zhì)為3.5%NaCl溶液，電位掃描速度為20 mV/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽霧腐蝕結(jié)果

試樣進行中性鹽霧試驗后表面的變化情況見表2?？偟膩碚f，從宏觀上看，2#的腐蝕情況更嚴重。起初，兩種合金表面均出現(xiàn)少量白色腐蝕點，時間延長后表面部分區(qū)域產(chǎn)生發(fā)黃現(xiàn)象，逐漸失去光澤，最后大面積呈淡黃，白點大量增多，表面完全無光澤。可見，在Cl-存在的環(huán)境里，這兩種鋁合金都易誘發(fā)點蝕。但隨著腐蝕的繼續(xù)，表面被生成的氧化膜所覆蓋，隨著時間的延長，氧化程度加深，氧化膜厚度增加，表面的腐蝕形態(tài)由局部腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)槿娓g[8-9]。

采用失重法得到兩種鋁箔的腐蝕速率-時間曲線如圖1所示。失重法腐蝕速率的計算公式為：V=（W0- W1）/St。式中：V —金屬的腐蝕速度，g/ m2·h；W0—試樣腐蝕前的重量，g；W1—腐蝕并取出腐蝕產(chǎn)物后試樣的重量，g；S—試樣暴露在腐蝕介質(zhì)中的表面積，m2；t—試樣腐蝕的時間，h。

由曲線可以看出，前三天兩者腐蝕速度相差不大，三天以后1#腐蝕速度逐漸變緩，而2#腐蝕速度較快增長（圖1）。

2.2 微觀組織觀察與分析

對鋁箔腐蝕前后的微觀組織進行觀察。腐蝕前后的掃描電鏡照片及能譜分析結(jié)果分布如圖2和圖3所示。從圖2（a）、（b）腐蝕前的形貌可以看到，兩種芯材中形成的第二相形貌有較大差別，1#第二相細小彌散，而2#第二相呈較大塊狀。腐蝕后的形貌如圖2（c）和（d）所示，可以看出兩種合金腐蝕時形成的腐蝕坑與第二相形貌有很好的對應(yīng)關(guān)系。1#腐蝕后形成的都是較小的點蝕坑，彌散分布，坑中沒有發(fā)現(xiàn)第二相存在。而2#腐蝕后形成的都是較大的環(huán)形蝕坑，蝕坑中保留了塊狀第二相。

而由圖3可以看到，腐蝕前1#試樣中的第二相應(yīng)為（Fe，Mn）Al6，而2#中的第二相為Al（Fe，Mn）Si相，腐蝕后1#試樣的腐蝕坑中無第二相存在，只剩下鋁基體；而2#的腐蝕坑中仍為Al（Fe，Mn）Si相，且從塊狀第二相清晰的輪廓和尖銳的外角可以看出，2#中第二相基本未腐蝕。

2.3 電化學(xué)測試

兩種合金的陽極極化曲線如圖4所示。

由圖4可以看到，1#試樣的自腐蝕電位為-810V，而2#試樣的自腐蝕電位為-785V，且掃描過程中2#試樣的電位始終高于1#試樣。1#合金的自腐蝕電位更負，當(dāng)構(gòu)成電偶腐蝕時更易作為犧牲陽極起到保護陰極的作用[10-12]。且由前面的分析可知，1#的腐蝕情況較2#輕，腐蝕速度較2#要低。故1#合金為更理想的翅片材料。

2.4 分析與討論

Fe和Si元素都能降低Mn的溶解度，F(xiàn)e使MnAl6 轉(zhuǎn)變成（Fe，Mn）Al6，Si 使其變成Al（Fe，Mn）Si，生成的這些相都屬于難熔相，質(zhì)硬且脆，在壓延過程中，破壞表面膜的連續(xù)性，會降低鋁合金的耐蝕性。另外，由于合金中的第二相成分、結(jié)構(gòu)均與鋁基體存在差異，導(dǎo)致電化學(xué)性質(zhì)的差異。第二相和鋁基體構(gòu)成腐蝕微電池，局部優(yōu)先腐蝕。在Al - Mn合金中，多數(shù)情況下，析出物相對于鋁基體為陰極，只是隨著析出物的成分變化，陰極程度不一隨著α-Al 中固溶Mn含量的升高，電位會變得較正 [5，13-14]。

從2#試樣在腐蝕后的形貌就可以明顯看到第二相Al（Fe，Mn）Si相比于基體為陰極，造成第二相周圍的Al基體優(yōu)先發(fā)生腐蝕，故腐蝕后第二相仍存在。且由于2#試樣中第二相呈較大塊狀，由于第二相較大，總體試驗時間較短，還沒腐蝕到它們被脫落的尺度，故2#試樣一直保持穩(wěn)定增長的腐蝕速度。且2#試樣中Si含量較多，促進Mn的析出，降低Mn元素的溶解度，使基體電位下降，更加大第二相與基體電位差異，故2#局部腐蝕情況也更嚴重。而1#試樣腐蝕后點蝕坑中并無第二相存在，這是因為盡管第二相相比基體為陰極，但是粒度小，周圍的鋁基體腐蝕消耗后使得第二相發(fā)生了脫離，因此在腐蝕后只留下彌散的腐蝕坑。且由于腐蝕微電池數(shù)量逐漸減少，隨著時間延長腐蝕速度逐漸放緩。

3 結(jié)語

（1）鋁合金中的第二相與周圍基體構(gòu)成微電池，首先誘發(fā)點蝕。隨著腐蝕的繼續(xù)，表面被生成的氧化膜所覆蓋，氧化程度加深，表面的腐蝕形態(tài)逐漸由局部腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)槿娓g。

（2）Al-Mn系變形鋁合金中的Si含量較低時，大量Mn元素固溶于基體，形成細小彌散分布的第二相（Fe，Mn）Al6，基體的腐蝕易造成第二相的脫落，由于腐蝕微電池的減少，時間延長后腐蝕速度逐漸放緩；Al-Mn系變形鋁合金中的Si含量較高可促進Mn、Fe的析出，形成較大的塊狀A(yù)l（Fe，Mn）Si，第二相不易脫落，一直保持穩(wěn)定增長的腐蝕速度。

（3）Si含量較低的Al-Mn系鋁合金，材料整體自腐蝕電位較負，腐蝕速度較慢，更適合做犧牲陽極，起到保護散熱器管道的

作用。

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