分享：铝合金窗框腐蚀原因

• 盖跃华, 
 
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• 李朝辉

• 深圳市质鉴质量技术监督评鉴事务所有限公司,深圳 518000

铝合金门窗是目前住宅门窗的主体材料,其具有不锈蚀、不褪色、维修方便等优点。铝合金门窗表面覆有人工氧化膜,并着色形成复合膜层,这种复合膜具有耐腐蚀、耐磨、防火、光泽度高等优点。铝合金门窗的质量较轻、加工装配精密,因而开闭轻便、灵活、无噪声。 

某铝合金窗框持续出现返碱和穿孔现象,经检查发现窗框发生腐蚀。窗框采用固定片与钢钉固定,再用防水砂浆塞缝。笔者采用一系列理化检验方法对铝合金窗框腐蚀的原因进行分析,以避免该类问题再次发生。 

1.   理化检验

1.1   宏观观察

腐蚀窗框的宏观形貌如图1所示。由图1可知：腐蚀主要集中在窗框与墙体的接触部位,腐蚀严重的部位已经出现孔洞,在孔洞边缘附有白色的腐蚀产物,腐蚀产物呈白色结晶状。 

图  1  腐蚀窗框的宏观形貌

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1.2   化学成分分析

在腐蚀的窗框上取样,对试样进行化学成分分析,结果如表1所示。由表1可知：窗框材料的化学成分符合GB/T 3190—2014 《变形铝及铝合金化学成分》对6063Al材料的要求。 

Table  1.  铝合金窗框的化学成分分析结果

项目	质量分数
	Mg	Si	Fe	Mn	Cr	Ti	Cu	Zn
实测值	0.55	0.42	0.17	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	0.037
标准值	0.45~0.90	0.30~0.6	≤0.35	≤0.10	≤0.10	≤0.1	≤0.1	≤0.1

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1.3   涂层厚度测量

按照GB/T 4957—2003 《非磁性基体金属上非导电覆盖层 覆盖层厚度测量 涡流法》,测量窗框涂层的厚度,测量位置如图2所示,测量结果如表2所示。由表2可知：涂层厚度为97.7~113.0 μm,满足竣工图的要求（40~120 μm）。 

图  2  涂层厚度测量位置示意

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Table  2.  涂层厚度测量结果

测量位置	实测值	平均值
A1	98.6,97.3,97.7,97.4,97.7	97.7
A2	102.0,104.0,102.0,103.0,110.0	104.2
A3	117.0,116.0,115.0,120.0,123.0	118.2
A4	113.0,114.0,110.0,111.0,117.0	113.0

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1.4   红外光谱分析

涂层的红外光谱分析结果如图3所示。由图3可知：涂层中有机物主要组分有胺基、烷基、酯基、酰胺、醚基、苯环等。 

图  3  涂层的红外光谱分析结果

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1.5   扫描电镜（SEM）及能谱分析

对涂层剖面进行能谱分析,分析位置如图4所示,分析结果如表3所示。由表3可知：涂层含有无机物,主要是BaSO4和钛的氧化物,钡盐和氧化钛等无机物能提高涂层的抗磨损性。 

图  4  涂层剖面能谱分析位置

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Table  3.  涂层剖面能谱分析结果

分析位置	质量分数
	C	O	S	Ti	Ba	Si	Al
点1	58.48	30.37	1.59	1.52	7.06	0.75	0.23
点2	4.56	25.28	13.53	-	56.76	-	-
点3	12.97	46.38	-	-	-	40.66	-

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在窗框腐蚀的位置取砂浆试样,对试样进行能谱分析,分析位置如图5所示,分析结果如表4所示。由表4可知：砂浆中主要含有Ca、Si、Al、Mg等元素,未检测到氯元素,说明砂浆中的砂粒不是海砂。 

图  5  砂浆试样的能谱分析位置

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Table  4.  砂浆试样的能谱分析结果

分析位置	质量分数
	O	Mg	Al	Si	Ca	K	Fe	Na
点1	53.83	0.84	2.00	15.02	26.80	0.60	0.92	-
点2	42.01	-	1.24	6.37	47.70	1.00	1.69	-
点3	66.43	-	2.09	2.25	28.19	0.24	0.41	0.40

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铝合金窗框表面腐蚀产物的能谱分析位置和分析结果分别如图6和表5所示。由表5可知：腐蚀产物中主要含有O、Cl、S、Al等元素。 

图  6  腐蚀产物的能谱分析位置

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Table  5.  腐蚀产物的能谱分析结果

分析位置	质量分数
	O	Al	S	Cl	Ca	Si
点1	57.85	28.87	1.02	11.77	0.13	0.35
点2	64.14	22.75	5.97	6.90	-	0.24
点3	56.80	23.08	0.51	18.61	0.52	0.49

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1.6   X射线衍射（XRD）分析

对腐蚀产物进行X射线衍射分析,结果如图7所示。由图7可知：腐蚀产物中主要含有Al5Cl3（OH）124H2O、Al2（SO4）（OH）47H2O、AlOCl等物质,其中AlOCl是AlCl3的衍变形式,（SO4）2−、Cl−、（OH）−等离子具有较强的腐蚀性。 

图  7  腐蚀产物的XRD分析结果

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1.7   金相检验

在白色腐蚀产物区域的剖面取金相试样,抛光后置于光学显微镜下观察,结果如图8所示。由图8可知：腐蚀是从铝型材的两侧发生的,外侧腐蚀程度较严重,腐蚀较深的位置基本穿透壁厚；腐蚀是以点腐蚀的方式由表面向基体内部扩展,且腐蚀部位的涂层均已脱落。 

图  8  铝合金窗框腐蚀区域的微观形貌

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2.   综合分析

铝合金门窗的材料符合标准要求,其表面涂层厚度符合铝合金门窗竣工图的技术要求。砂浆中未检测到S和Cl元素,说明制作砂浆的砂粒不是海砂。窗框上的腐蚀产物主要呈白色结晶状、略泛黄色,腐蚀产物主要为Al5Cl3（OH）124H2O和Al2（SO4）（OH）47H2O,即为AlCl3和Al2（SO4）3含有结晶水的羟基氧化物。酸雨中的SO2遇雨水会生成（SO4）2−,Cl−和（OH）−也主要来自海洋性季候风、多雨等环境。（SO4）2−、Cl−和（OH）−均具有较强的腐蚀性,会使金属材料发生腐蚀,腐蚀过程为：首先在材料表面形成电偶腐蚀[1],接着发生置换反应,腐蚀介质随电流向腐蚀孔内迁移,腐蚀介质的浓度升高,酸性变大,腐蚀进一步加速。 

由于天气比较潮湿,铝合金门窗会吸附大量的冷凝水。现场勘查时,窗框拐角局部区域腐蚀较严重,产生该现象的原因与安装工艺有关。拐角部位施工不便,窗框表面在安装过程中发生破损,铝合金基体与环境接触,导致铝合金基体发生腐蚀[2]。此外,与墙体接触的部位存水量较多,在多种因素的综合作用下,窗框拐角部位发生严重腐蚀。 

3.   结论

窗框安装过程中,其表面涂层与砂浆接触部位发生破损,铝合金基体接触到含有（SO4）2−、Cl−、（OH）−的腐蚀性介质,导致窗框发生腐蚀