金屬腐蝕會損害其功能強度，導致嚴重的結構退化，包括開裂、零件局部斷裂，極端情況甚至會導致材料完全失效。鋁及其合金因其高強度重量比和固有的鈍化性能而被廣泛應用於各個行業。本文將探討鋁腐蝕的五種主要類型及其預防方法。
什麼是鋁腐蝕？
鋁腐蝕是指鋁分子逐漸分解成氧化物的過程，這會降低材料的物理和化學性質。鋁本身是一種活性金屬，但同時也是一種鈍化金屬。這意味著，雖然新生的鋁會與環境中的氧氣和水發生反應，但生成的化合物會在表面形成一層保護層，防止下層材料進一步腐蝕。這種惰性氧化層與表面結合牢固，不易脫落，不像不銹鋼那麼容易脫落。與雷射蝕刻和陽極氧化鋁等人為加工製程不同，腐蝕是一個緩慢的過程，可能需要數月甚至數年。
鋁腐蝕的類型
鋁的腐蝕程度和形式不僅取決於腐蝕介質，還與鋁合金的成分和回火狀態密切相關。在典型的服役環境中，鋁及其合金的主要腐蝕形式包括點蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕、應力腐蝕破裂（SCC）和電偶腐蝕。
點蝕
點蝕是鋁及鋁合金中最常見的腐蝕形式。通常，鋁合金在大氣中的點蝕並不嚴重，但在水中則更為劇烈，可能在相對較短的時間內導致穿孔。有利於點蝕發生的條件包括：抑制全面腐蝕的離子（例如SO₄²⁻ 、SiO₃²⁻和PO₄²⁻）以及局部破壞鈍化膜的離子（例如Cl⁻ ），還有促進陰極反應的加速劑（氧化劑）。
為防止鋁合金發生點蝕，環境控制措施通常包括去除介質中的氧化性離子，例如氯離子。水中銅離子的存在是導致鋁發生點蝕的常見原因，因此最大限度地降低水中的銅含量至關重要。
高純度鋁具有良好的抗點蝕性能。然而，商業純鋁中雜質的含量和分佈會極大地影響其抗點蝕性能。含銅鋁合金的抗點蝕性能最差。鋁錳合金和鋁鎂合金在維持良好加工品質的前提下，可以獲得更好的抗點蝕性能。
晶間腐蝕
晶間腐蝕 (IGC) 是指在特定腐蝕環境中，沿著金屬晶界或其附近發生的腐蝕損傷。晶界的物理化學狀態與晶粒內部不同。在特定的腐蝕介質中，這種差異會導致由於微電偶作用而產生的局部選擇性腐蝕損傷。在實際應用中，純鋁不會發生晶間腐蝕。 Al-Cu、Al-Cu-Mg 和 Al-Zn-Mg-Cu 系合金對晶間腐蝕表現出顯著的敏感性。不恰當的熱處理會導致嚴重的晶間腐蝕傾向。具體而言，當富銅的 CuAl₂相沿著晶界連續析出時，會在晶界附近同時形成貧銅區。此時會形成一個腐蝕電池，其中 CuAl₂ 相和貧銅區分別構成陰極和陽極。貧銅區發生腐蝕，導致晶間腐蝕。
此外，晶界析出現像也可能發生在其他合金體系中。例如，在高鎂鋁合金的晶界處可能會出現粗大的富鎂相析出物。此相作為陽極，會選擇性地受到損傷，從而導致晶間腐蝕（IGC）。這些現象對合金的加工和熱處理過程非常敏感。正確的加工製程可以降低敏感合金的晶間腐蝕敏感性，而不恰當的加工製程則會導致即使是原本敏感性不高的合金也出現嚴重的晶間腐蝕。
適當的熱處理可以消除晶界處有害相的持續析出，從而有效減輕晶間腐蝕的傾向。
剝落腐蝕
剝落腐蝕是影響鋁合金的特殊腐蝕形式。其特徵是沿著平行於合金型材表面的晶界橫向擴展。這種損傷表現為粉末化、剝落、起泡甚至分層。剝落腐蝕會顯著降低鋁合金的強度和延展性，從而縮短結構的使用壽命。剝落腐蝕通常發生在未經退火或退火不充分的鋁合金材料中。經過穩定化處理的鋁合金通常更容易發生剝落腐蝕。當滿足特定環境條件（例如溫度）時，剝落腐蝕會開始，局部腐蝕會加速，合金會遭受嚴重的損傷，並呈現出典型的逐層剝落形貌。
緩解或消除鋁合金剝落腐蝕的關鍵措施包括：
- 添加Cr、Mn等晶粒細化過渡元素，可抑製或減緩晶界處第二相的析出，並促進其在晶粒內部和晶界處的均勻分佈。這會破壞腐蝕發展的陽極路徑。
- 摻入能降低相間電位差的元素，例如在鋁鎂合金中添加一定量的鋅。
- 採用適當的熱處理工藝。
- 利用犧牲陽極進行陰極保護。
應力腐蝕開裂
應力腐蝕破裂（SCC）是指受力鋁合金材料在特定介質中發生的延遲破裂或斷裂現象。這種現像是腐蝕介質和機械應力共同作用的結果。
應力腐蝕破裂 (SCC) 主要發生在硬質鋁合金和超硬鋁合金。純鋁和低強度鋁合金通常不易發生 SCC。鋁合金中的 SCC 總是沿著晶粒擴展。易發生晶間腐蝕 (IGC) 的鋁合金也容易發生 SCC。當鋁合金暴露於大氣中，特別是近海大氣和海水中時，SCC 的發生率較高。溫度和濕度越高、氯離子濃度越高、pH 值越低，鋁合金對 SCC 的敏感度越高。
防止或消除鋁合金應力腐蝕破裂的措施包括：
- 熱處理以緩解內部應力。
- 添加微量元素如錳、鉻、釩、鋯和鉬來提高抗拉伸應力腐蝕開裂性能。
- 採用噴砂處理改變表面應力狀態（引入有益的殘餘壓應力）。
電偶腐蝕
當鋁與活性較低（較惰性）的金屬發生物理或電解接觸時，就會發生電偶腐蝕。惰性金屬是指活性低於鋁的金屬。金屬的活性取決於其在電化學序列中的位置。在電偶序列中，另一種金屬與鋁的距離越遠，腐蝕就越嚴重。腐蝕強度在兩種金屬的接觸界面處最高，並隨著與該界面距離的增加而減弱。例如，如果鋁和黃銅接觸或靠近並置於海水中，就會形成原電池。由於鋁部件充當陽極，因此會發生腐蝕。這在船舶上可能是一個嚴重的問題，因為黃銅配件可能靠近鋁配件，並且兩者都浸沒在海水中。電子經由海水（電解質）從鋁（陽極）流向黃銅（陰極）。
