铝合金在乙二醇冷却剂介质中的腐蚀动力学研究

张艺灵，张振林，杨鹏飞

（新冶高科技集团有限公司，北京 100081）

液体冷却系统中最为常见的冷却剂是乙二醇（CH2OHCH2OH）冷却剂[1]，通常乙二醇冷却液腐蚀性较低，但由于长期使用致使其在使用中发生酸化反应，从而发生腐蚀现象，迫使系统中的部分产品发生设备维修或更换。如俄罗斯“和平号”空间站在轨运行的前几年，发生过多次乙二醇水溶液泄露，迫使部分产品被更换[2]；国际空间站热控系统中冷却剂发生酸化反应，致使热控系统内金属腐蚀，直接影响了系统、装备的稳定性和安全性[3，4]。

虽然乙二醇对铝合金的腐蚀具有一定的抑制作用，但铝合金表面生成的醇化铝膜较疏松，其稳定性和耐蚀性较氧化膜差[5]。范金龙等发现，铝合金的腐蚀速率随着乙二醇冷却液浓度的增加而减小，溶液温度越高，腐蚀速率越大，同时浸泡时间增加后氧化膜的薄弱区会出现点蚀，在伴随点蚀自愈合的同时点蚀总体加剧[6]。金星等证实：铝合金A6061在乙二醇-腐蚀水模拟冷却液中短期浸泡能抑制腐蚀性，但浸入时间延长至4小时以上，会加剧乙二醇溶液腐蚀A6061合金，且乙二醇的氧化产物将增强A6061合金的腐蚀敏感性[7]。赵天亮发现在乙二醇溶液中，含有较高Mg元素和一定Mn元素的5A05铝合金比3A21、6063铝合金的耐腐蚀性好[8]。

1 试验

1.1 试样制备

本试验材料5A06铝合金、5A06铝合金（本色阳极化）。样品尺寸为50mm×25mm×2mm，在距样品顶部5mm处钻一个直径为2mm的孔，用于在试验期间固定样品。

1.2 试验方法

为研究铝合金在乙二醇冷却剂介质中的腐蚀动力学，通过对两种裸材在乙二醇冷却液中浸泡试验，得到金属腐蚀前后重量，从而绘制腐蚀动力学曲线图；测出不同材质的极化曲线，拟合出腐蚀电流密度，判断腐蚀速率，综合判断铝合金在乙二醇冷却剂介质中的耐腐蚀能力。

具体方案如下：

首先，用酒精擦拭去掉金属表面油污，然后用去离子水冲洗杂质。

每个金属样本测量三次，记为a、b、c；并称重，记为W0。

为保证试验温度为30℃，试验在恒温水浴锅中进行。

每隔1m、2m、3m、6m、9m、12m分别取试样，随后用软毛刷擦拭金属试样表面，再使用专门清除腐蚀物的除锈液（硝酸（HNO3，ρ=1.42g/ml））清除致密的大面积腐蚀物层，用去离子水洗干净并干燥样品，称量处理后的金属材料重量，记W1，并计算试样的腐蚀速率。

2 结果及分析

2.1 腐蚀失重

通过对两种材料在乙二醇循环冷却液中浸泡试验，根据失重数据绘制腐蚀动力学曲线图。由图1可知，5A06铝合金在乙二醇中浸泡1个月和2个月的腐蚀失重很小，到3个月时质量反而有轻微的增加，这可能与铝合金表面钝化形成氧化层有关系。

图1 5A06铝合金的腐蚀动力学曲线

而从图2可知，5A06铝合金（本色阳极化）在乙二醇中历经1个月的浸泡后，腐蚀速率逐渐变小，基本小于4g/(m2·a)，并且随着试验时间增长，腐蚀速率逐渐降低，腐蚀逐渐减缓，6个月后腐蚀速率已趋于0，但到12个月后腐蚀速率又升高。

图2 5A06铝合金（本色阳极化）的腐蚀动力学曲线

2.2 腐蚀电流密度

通过绘制，得到5A06铝合金和5A06铝合金（本色阳极化）的极化曲线图，从图3、图4可以看出两种铝合金在乙二醇中具有显著的钝化行为，且钝化区间较大，在阳极极化范围内（1V vs.OCP）仍没有出现明显的击穿电位，表明两种铝合金在乙二醇中具有优异的耐腐蚀性能。由极化曲线拟合得到5A06铝合金在乙二醇中的腐蚀电流为3.8997×10-8A/cm2，5A06铝合金（本色阳极化）在乙二醇中的腐蚀电流为1.6291×10-8A/cm2，两种铝合金的腐蚀速率小。本色阳极化处理的5A06铝合金的腐蚀电流密度要小于未经表面处理的，说明本色阳极化处理能增强5A06铝合金在乙二醇中的耐腐蚀性能。

图3 5A06铝合金在乙二醇中的极化曲线

图4 5A06铝合金（本色阳极化）在乙二醇中的极化曲线

3 结论

（1）5A06铝合金在乙二醇中不同周期的腐蚀速率均不大于1g/(m2·a)，整体腐蚀速率均比较低；5A06铝合金（本色阳极化）初期腐蚀速率小于4g/(m2a)，但随着试验周期延长，腐蚀速率有所降低，腐蚀减缓，6个月后已趋于0。

（2）5A06铝合金和5A06铝合金（本色阳极化）的腐蚀电流密度分别为3.8997×10-8A/cm2、1.6291×10-8A/cm2，腐蚀电流密度较小，且本色阳极化处理能降低5A06铝合金的腐蚀电流密度，增强5A06铝合金在乙二醇中的耐蚀性；整体来看5A06铝合金和5A06铝合金（本色阳极化）在乙二醇中的腐蚀速率较低，均未发生明显的腐蚀，耐蚀性良好。本色阳极化处理能增强5A06铝合金的耐腐蚀性能。