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电偶腐蚀——铝合金门窗五金件的锈蚀特点

来源:山东国强五金制品集团有限公司　作者:王春贵　日期:2007-4-21
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　　主题：铝合金门窗是一种大阴极、小阳极面积的组合结构，电位较正的型材，本身与五金件构成腐蚀原电池，使五金件的腐蚀过程加快，影响五金件的使用寿命和安全性。这在塑钢门窗中是不存在的。本文介绍铝合金门窗与五金件之间构成电偶腐蚀的机理概念，说明铝合金门窗用五金件在设计过程中要注重采取防腐蚀抑制措施。

　　主题：铝合金门窗是一种大阴极、小阳极面积的组合结构，电位较正的型材，本身与五金件构成腐蚀原电池，使五金件的腐蚀过程加快，影响五金件的使用寿命和安全性。这在塑钢门窗中是不存在的。本文介绍铝合金门窗与五金件之间构成电偶腐蚀的机理概念，说明铝合金门窗用五金件在设计过程中要注重采取防腐蚀抑制措施。

　　关键词：大阴极小阳极耐腐蚀性腐蚀原电池电化学腐蚀

　　引言：在铝合金门窗五金件的设计过程中，在考虑了必须具备有足够的机械强度后，也应注意到所选用的材料与铝合金接触使用时，能否保持较好的耐蚀性。经表面保护后，能否达到设计寿命要求，这对铝合金门窗在使用过程中的安全性、耐久性十分重要，只有两者完美的结合才能真正发挥铝合金门窗美观大方、经久耐用的特点。尤其在世界各国工业崛起的今天，工业大气对门窗及五金的危害已相当普遍，五金件的材质选择，以及恰当的表面保护已受到业内人士的重视。

　　1. 铝合金、塑钢门窗五金件产生腐蚀的特点

　　1.1铝及铝合金是一种高导电、导热的金属材料，在自然状态下表面极易钝化，在潮湿的酸性条件下表面氧化生成Al2O3、3H2O，水合氧化铝本身较稳定，所以铝及铝合金制成的门窗型材是一种高性能防腐的材料。因而铝合金门窗的防腐部位主要是在五金件，五金件的电偶腐蚀不单是在本身，更受铝型材的电极影响。在一定条件下腐蚀会不间断的进行。所以，铝合金门窗用五金件在设计过程中要考虑到材质、表面保护的特殊性。

　　1.2 塑钢型材是一种非金属高绝缘材料，不会对五金件的腐蚀产生电极现象，塑钢门窗的防腐主要集中在五金件，只要五金件各零部件选材得当，再进行较好的表面保护处理，就能达到经久耐用的目的。

　　2．铝合金门窗用五金件的腐蚀机理概念

　　2.1一般讲铝合金门窗五金件的锈蚀是一个化学反应和电化学反应过程，也是一个多种物质的多种形式的反应，很难用一种或两种反应方式进行解释，但造成铝合金门窗五金件锈蚀损坏的原因，在自然条件下主要是电化学腐蚀。

　　2.2铝合金门窗一般是由铝（型材）、不锈钢（组件）、锌合金（组件）、碳素钢（组件）等组成。这些不同电极电位又相互接触的金属在腐蚀介质中组成原电池，从而发生电化学腐蚀。尤其在海洋大气、工业大气中，铝合金门窗的这种材质结构就决定了发生电化学腐蚀的必然性。其中铝合金型材由于本身易于钝化，电位相对其它材料讲由负变正，从而减缓或停止腐蚀，而电位较负的钢制零件会加剧腐蚀，而造成五金件的损坏。

　　2.3影响五金件腐蚀的气象因素

　　2.3.1湿度由于空气中的水分凝聚成液态水膜是形成腐蚀原电池的必要条件，因此空气的湿度是主要因素，当湿度达到某一临界值时表面形成水膜，腐蚀速度加剧。五金件常用金属的腐蚀临界相对湿度见表1。

　　

表—1 五金件常用金属腐蚀临界相对湿度

材料	钢铁	锌	铝	镍
临界相对湿度%	65	70	76	70

　　2.3.2温度高温高湿时，气温升高加速腐蚀。温度交变由高温骤降时（晚间），使大气中的水汽凝聚成膜，也可加速腐蚀过程。潮湿时间愈长，腐蚀也愈严重。一般讲昼夜温差大于6℃，气温在5-50℃的范围内变化时，只要相对湿度达到65-75%就会出现凝雾现象。

　　2.3.3大气污染正常情况下，空气中的腐蚀介质很少，只有氧对金属的腐蚀是经常性的，但随着各国工业企业的不断崛起，空气中的有害气体和粉尘也大量增加，如煤、煤油、柴油燃烧后生成的二氧化碳、二氧化硫等气体。有大量的尘埃，如烟雾、煤灰、氯化物和其它酸、碱、盐颗粒等也散布到大气中，有的本身就具有腐蚀性，有的是凝在水珠中对金属具有腐蚀作用。

　　2.4普通碳素钢五金件锈蚀的机理及形态。铝合金窗安装碳素钢五金件属于大阴极面积和小阳极面积的组合，当腐蚀开始时总会出现这样的现象，锈蚀产物总是在五金件与门窗型材接触的边缘部位出现，而且最初是围绕接触点的周边，而后连成一片，这是为什么？这是因为铝型材与碳素钢五金件之间的电位差通过接触构成原电池，在冷凝水膜的介入下接触部位产生铁的氧化反映F2，非接触部位发生氧的还原反应出现OH-1，在电场的驱动下两者向中间移动，在边缘相遇生成人们可以见到的腐蚀产物。其实腐蚀的最严重区在接触面，只是见不到腐蚀产物罢了。由于大气中氯、二氧化硫等介质的加入，会促进碳素钢材的溶解，从而加快五金件的损坏速度。

　　3．铝合金门窗碳素钢五金件表面保护的难点

　　3.1镀锌是碳素钢五金件典型的阳极保护镀膜。在正常的大气条件下，由于碳素钢的标准电极电位是-0.326V，锌的标准电极电位是-0.736V，锌负于碳素钢，当电化学腐蚀条件形成时，锌作为阳极首先溶解，从而防止或延缓五金件因锈蚀而损坏的时间。然而并非什么情况下都能对五金件起到阳极保护作用。

　　3.1.1当温度超过70℃以上时，锌就会变成阴极，从而对五金件失去电化学保护作用。

　　3.1.2当五金件被海水浸湿或有氯离子等多种有害离子组成的冷凝水膜覆盖时，镀锌层也会削弱或失去对五金件的保护作用。

　　3.2涂装：涂非金属膜层可以阻断铝型材与五金件之间产生腐蚀原电池，避免五金件产生电化学腐蚀，但由于非金属涂层硬度一般都很低（H4-8），耐磨性差，在五金件的使用过程中往往因磨损而使钢铁基体部分暴露，裸露的部分在工业大气中与铝型材组成原电池，从而产生电化学腐蚀。

　　4．铝合金门窗五金件防腐抑制措施

　　4.1采用与铝型材电位差相近的材料或采用耐蚀性较好的材料是最佳选择之一。如采用铝合金制作执手、铰链及各种连接件。这种同金属组合是避免产生自偶电池的理想设计。但也有许多零件因为强度或制作难度的原因，不易采用铝及铝合金，那么耐蚀性较好的不锈钢也应是首选材料之一，不锈钢一般都具有防锈效果，只要钢中的Cr大于12。但在钢中只含有Cr一种单一元素的不锈钢，其耐蚀性能并不十分好，也易生锈。只有钢中含有钛，促使碳化物稳定，才具有较高的抗腐蚀性能，如1Cr18Ni9Ti。

　　耐蚀性好的不锈钢一般是在钢中含有铬、镍、钛等成分构成，其本身就是一个复杂的原电池结构，故而化学稳定性好。在许多酸、碱、盐的溶液中，在有机酸、蒸汽及湿空气中耐腐蚀性高，采用不锈钢会减少或避免型材产生电偶腐蚀的危害性。

　　4.2锌合金由于制作工艺简单，成本低，在门窗五金件中被广泛采用。锌合金在酸、碱、盐溶液中易被腐蚀，只是在大气中表面易钝化而抗氧化性能好。锌合金件的表面保护一般采用金属镀膜或非金属涂膜，典型的处理工艺包括锌合金钝化处理、镀锌钝化、涂漆、喷塑粉等，其中前者的耐磨性好，钝化膜有一定的耐酸碱性能，可以延长零件的耐腐蚀时间；后者属非金属膜层，具有较好的绝缘性，可以避免出现电偶腐蚀。目前市场上有一种表面处理方法——电镀珍珠铬。珍珠铬膜层硬度高，耐磨性好，更具有不锈的防腐蚀性能，外观文雅、大方、漂亮。笔者认为不论从防腐蚀的角度还是从外观的选择上看，珍珠铬都是铝合金门窗用五金件目前最好的表面处理方法之一。

　　4.3裸露的普通碳素钢五金件一般不会被采用，因为碳素钢本身不具备表面钝化的性能，在电化学腐蚀过程中是铝合金门窗中的牺牲阳极。较好的措施是表面镀覆金属膜层后，在与铝型材接触部位增加绝缘材料或非金属涂层，以避免或减少电偶腐蚀对五金件的破坏性。

　　结束语：由于铝合金在自然条件下极易钝化的特点，五金件选用一般金属材料时，铝合金门窗的结构形式都会是大阴极小阳极的组合。如何避免或减少电偶腐蚀，采用铝或铝合金是最佳选择。不锈牌号较多，应选择耐腐蚀性能较好的品种。碳素钢在使用时应增加绝缘层或非金属涂层，才能有效地防止出现电化学腐蚀。

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