汽车散热器用Al—Mn系翅片箔的腐蚀性能研究

袁婷　张敏达　涂益友　蒋建清

摘 要：该文针对汽车散热器中作为牺牲阳极的翅片铝箔的抗腐蚀性能进行了研究。实验采用中性盐雾试验对材料的腐蚀行为进行了考察，并结合了扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和电化学极化曲线对材料的腐蚀性能进行了分析研究。结果表明铝合金中的第二相与周围基体构成微电池，首先诱发点蚀；Si含量较低的Al-Mn系铝合金，形成细小弥散的第二相，腐蚀速度较慢，且材料整体自腐蚀电位较负，更适合做牺牲阳极，起到保护散热器管道的作用。

关键词：翅片铝箔 腐蚀性能 牺牲阳极 第二相

中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-04

汽车水箱散热器的工作条件和使用环境恶劣，极易发生腐蚀。热交换器中的腐蚀包括管材自身的腐蚀外，还存在管材与散热片之间相互的电化学腐蚀。为了对管子实施阴极保护，一般保证散热翅片材料腐蚀电位负于管材或管子芯部合金的腐蝕电位，这样使翅片与管材相比呈阳极，优先腐蚀。因此，汽车散热器中的翅片铝箔是作为牺牲阳极存在的。但是散热翅片在热交换器的结构强度和传热方面起着重要的作用，所以也不希望它很快被腐蚀掉[1-3]。在使用过程中发现，翅片一旦发生腐蚀会导致强度不足，会产生塌陷或者倒伏现象，影响散热器整体的结构性能。翅片用铝箔制作材料Al-Mn系合金中除存在Al、Mn元素以外，主要还存在Si、Fe等合金元素，合金元素的存在对铝阳极翅片箔的电化学性能和金相组织有很大影响。有研究表明虽然部分第二相微粒与基体相比不是阴极。然而，这些微粒可能成为腐蚀优先形核的地方，因为这些微粒的溶解将会产生小的空洞，成为易产生腐蚀的地方[4-7]。

本课题即对两种成分的翅片铝箔进行分析，探明其腐蚀特征与内在组织的联系，对保证铝翅片阳极保护效率和研制新型高效的翅片铝箔具有重要的理论和实际意义。

1 试验部分

（1）该文对常见的两种汽车水箱翅片用铝合金的抗腐蚀性能进行了研究比较。两种合金成分见表1，试验所用钎焊铝箔直接取自江苏常铝铝业有限公司生产成品，厚度为0.08 mm。

（2）用YWX/Q-250盐雾腐蚀试验箱，根据盐雾试验标准GB/T 1771—199确定试验条件：温度（35±2） ℃，压强101.325 kPa，沉积速率（1±0.2） L/cm2，连续喷雾。将试样剪成4 cm×10 cm片状，边缘用绝缘胶进行涂覆，悬挂于盐雾箱中。分别于24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h取样，观察试样表面的变化情况，用去离子水清洗干净称重，并采用XL30环境扫描电镜及能谱仪对腐蚀前后的合金进行表面微观形貌观察和成分元素分析。

（3）采用上海辰华CHI660 d电化学工作站测量合金的阳极极化曲线，以分析其耐腐蚀性能。此电化学测量采用三电极体系，钎焊铝箔为被测电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极。测量介质为3.5%NaCl溶液，电位扫描速度为20 mV/s。

2 结果与讨论

2.1 盐雾腐蚀结果

试样进行中性盐雾试验后表面的变化情况见表2。总的来说，从宏观上看，2#的腐蚀情况更严重。起初，两种合金表面均出现少量白色腐蚀点，时间延长后表面部分区域产生发黄现象，逐渐失去光泽，最后大面积呈淡黄，白点大量增多，表面完全无光泽。可见，在Cl-存在的环境里，这两种铝合金都易诱发点蚀。但随着腐蚀的继续，表面被生成的氧化膜所覆盖，随着时间的延长，氧化程度加深，氧化膜厚度增加，表面的腐蚀形态由局部腐蚀转变为全面腐蚀[8-9]。

采用失重法得到两种铝箔的腐蚀速率-时间曲线如图1所示。失重法腐蚀速率的计算公式为：V=（W0- W1）/St。式中：V —金属的腐蚀速度，g/ m2·h；W0—试样腐蚀前的重量，g；W1—腐蚀并取出腐蚀产物后试样的重量，g；S—试样暴露在腐蚀介质中的表面积，m2；t—试样腐蚀的时间，h。

由曲线可以看出，前三天两者腐蚀速度相差不大，三天以后1#腐蚀速度逐渐变缓，而2#腐蚀速度较快增长（图1）。

2.2 微观组织观察与分析

对铝箔腐蚀前后的微观组织进行观察。腐蚀前后的扫描电镜照片及能谱分析结果分布如图2和图3所示。从图2（a）、（b）腐蚀前的形貌可以看到，两种芯材中形成的第二相形貌有较大差别，1#第二相细小弥散，而2#第二相呈较大块状。腐蚀后的形貌如图2（c）和（d）所示，可以看出两种合金腐蚀时形成的腐蚀坑与第二相形貌有很好的对应关系。1#腐蚀后形成的都是较小的点蚀坑，弥散分布，坑中没有发现第二相存在。而2#腐蚀后形成的都是较大的环形蚀坑，蚀坑中保留了块状第二相。

而由图3可以看到，腐蚀前1#试样中的第二相应为（Fe，Mn）Al6，而2#中的第二相为Al（Fe，Mn）Si相，腐蚀后1#试样的腐蚀坑中无第二相存在，只剩下铝基体；而2#的腐蚀坑中仍为Al（Fe，Mn）Si相，且从块状第二相清晰的轮廓和尖锐的外角可以看出，2#中第二相基本未腐蚀。

2.3 电化学测试

两种合金的阳极极化曲线如图4所示。

由图4可以看到，1#试样的自腐蚀电位为-810V，而2#试样的自腐蚀电位为-785V，且扫描过程中2#试样的电位始终高于1#试样。1#合金的自腐蚀电位更负，当构成电偶腐蚀时更易作为牺牲阳极起到保护阴极的作用[10-12]。且由前面的分析可知，1#的腐蚀情况较2#轻，腐蚀速度较2#要低。故1#合金为更理想的翅片材料。

2.4 分析与讨论

Fe和Si元素都能降低Mn的溶解度，Fe使MnAl6 转变成（Fe，Mn）Al6，Si 使其变成Al（Fe，Mn）Si，生成的这些相都属于难熔相，质硬且脆，在压延过程中，破坏表面膜的连续性，会降低铝合金的耐蚀性。另外，由于合金中的第二相成分、结构均与铝基体存在差异，导致电化学性质的差异。第二相和铝基体构成腐蚀微电池，局部优先腐蚀。在Al - Mn合金中，多数情况下，析出物相对于铝基体为阴极，只是随着析出物的成分变化，阴极程度不一随着α-Al 中固溶Mn含量的升高，电位会变得较正 [5，13-14]。

从2#试样在腐蚀后的形貌就可以明显看到第二相Al（Fe，Mn）Si相比于基体为阴极，造成第二相周围的Al基体优先发生腐蚀，故腐蚀后第二相仍存在。且由于2#试样中第二相呈较大块状，由于第二相较大，总体试验时间较短，还没腐蚀到它们被脱落的尺度，故2#试样一直保持稳定增长的腐蚀速度。且2#试样中Si含量较多，促进Mn的析出，降低Mn元素的溶解度，使基体电位下降，更加大第二相与基体电位差异，故2#局部腐蚀情况也更严重。而1#试样腐蚀后点蚀坑中并无第二相存在，这是因为尽管第二相相比基体为阴极，但是粒度小，周围的铝基体腐蚀消耗后使得第二相发生了脱离，因此在腐蚀后只留下弥散的腐蚀坑。且由于腐蚀微电池数量逐渐减少，随着时间延长腐蚀速度逐渐放缓。

3 結语

（1）铝合金中的第二相与周围基体构成微电池，首先诱发点蚀。随着腐蚀的继续，表面被生成的氧化膜所覆盖，氧化程度加深，表面的腐蚀形态逐渐由局部腐蚀转变为全面腐蚀。

（2）Al-Mn系变形铝合金中的Si含量较低时，大量Mn元素固溶于基体，形成细小弥散分布的第二相（Fe，Mn）Al6，基体的腐蚀易造成第二相的脱落，由于腐蚀微电池的减少，时间延长后腐蚀速度逐渐放缓；Al-Mn系变形铝合金中的Si含量较高可促进Mn、Fe的析出，形成较大的块状Al（Fe，Mn）Si，第二相不易脱落，一直保持稳定增长的腐蚀速度。

（3）Si含量较低的Al-Mn系铝合金，材料整体自腐蚀电位较负，腐蚀速度较慢，更适合做牺牲阳极，起到保护散热器管道的

作用。

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