铝及铝合金化学性能的分析与研究

元素水溶液中（25℃）的标准电极电势E°（H）和在LiCl-KCl共晶（45℃）中的熔盐电极电势E°（Pt）（见表2-5），反映了元素的反应性或活泼程度，E°越负越活泼。E°（H）与E°（Pt）的次序大体一致，只是在个别部分E°（Pt）的顺序有所颠倒。从两个序列都可看出，铝比锌要活泼很多，铝表现的稳定全凭氧化膜的保护。

表2-5 元素水溶液中（25℃）的标准电极电势E°（H）和在LiCl-KCl共晶（450℃）中的熔盐电极电势E°（Pt）Table 2-5 Standard electrode potential E°（H）in water solution（25℃）and electromotive force E°（Pt）in molten LiCl-KCl eutectic（450℃）of some elements

表中两列电位序还说明一个本质问题，即序列靠前的金属如放入序列靠后金属的盐溶液中（左列）或熔融盐中（右列），则前者将把后者的离子还原为金属析出，而自己被氧化为离子进入溶液或熔融盐，例如，将Al插入ZnCl₂熔融盐则有：2Al（金属）+3Zn2+=2Al3++3Zn↓的反应，这是母材与钎剂中的一个组分的常见反应。

铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。运输发烟硝酸的槽罐是用纯铝做的，这主要是因为硝酸是强氧化性的酸，能使铝氧化生成一层厚的氧化膜的缘故。浓硫酸的氧化性也很强，也较难和铝起反应，但冲稀后的硫酸则易溶解铝。铝易溶于盐酸和氢氟酸中，但在磷酸中钝化不溶。

铝抵抗碱的能力很弱，易溶于NaOH、KOH的水溶液中生成铝酸盐NaAlO₂或KAlO₂同时放出氢气

2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑ （2-1）

有趣的是，卖气球的小贩都懂得用这一反应，将废铝和烧碱溶液反应产生氢气来冲灌氢气球。也告诉人们需要警惕的是，将铝和烧碱堆放在一起是危险的。(www.xing528.com)

铝表面上的氧化膜也能和碱反应

Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O （2-2）这一反应常用来清除铝表面的腐蚀产物和过厚的氧化膜，当发现反应液中产生大量氢气泡时，说明已经和基底铝按照式（2-1）反应。过量反应将使铝材表面产生大小不等的火山口似的微观凹坑（见图2-46）。

所有重金属离子的电极电势都比铝的正（见表2-5），因此铝和它们的溶液接触时，由于置换反应而产生铝溶解而重金属离子沉积。在无水熔盐中情况也一样。沉出的重金属和铝便形成电偶，在铝表面上造成无数微电池促进其电化腐蚀。在重金属盐中以汞的盐给铝及铝合金造成的伤害最大，远远不只是表面腐蚀，而会深入母材内部形成晶间断裂的破坏。汞盐包括HgCl₂、Hg（NO₃）2、HgSO₄等，在被铝还原后析出金属Hg并形成合金汞齐。Al-Hg合金在室温是液态，此时氧化膜不能保持完整。这个过程一旦开始便会永久持续地进行下去。在潮湿环境中汞齐中的Al立即被氧化，多余的汞则和下面的Al生成新的汞齐，如此反复向下方母材深处挺进，直至Al全部被氧化为Al（OH）3。和Al接触的反应物中即使Hg的浓度低于万分之一，也会产生可见的影响。因此在Al的钎焊工艺中，无论是清洗液、钎剂、钎料以及一切可能与母材接触的物料中都不允许有汞及其离子存在。应该指出，在高于30℃的室温下镓及其盐也有类似的破坏情况^[130-133]。

由以上的叙述可以看出，一些含Cu、Zn等元素的铝合金的耐电化学腐蚀能力都会较差。为了提高商品铝合金材料的耐蚀性，常在板材或管材外部包覆一层低于1/10厚度的保护合金层，这层合金的电极电位设计得以比芯材低0.1V左右，起到阴极保护作用。不同的合金有专有的保护层搭配[4]289，含Cu的硬铝，例如，2A12（2024）常包覆一层纯Al保护。当用NaOH溶液清洗这类合金工件时，容易发现断面因含Cu而结构裸露，与NaOH反应有黑色的CuO生成，而表面因为纯铝层保护并不发黑。此反应常用来作为判断含Cu类合金的简便手段。稀硝酸的最后清洗可以溶去生成的CuO而使工件恢复原来的色泽。清洗硬铝类合金时，应注意不使表面铝的被覆层被NaOH溶穿。

铝的钝化区也即氧化膜的稳定区在环境pH值为4～8.5。低于此值下限的酸性溶液中会生成Al³⁺，高于此值上限的碱性溶液中则会生成AlO^-₂。在pH处于4～8.5时虽较稳定，但如环境溶液中含盐量较高则易产生孔蚀。Al对F^-、Cl^-、Br^-、I^-的耐蚀性依次减低。

钎料与铝母材合金化以后形成的钎缝或焊点与母材构成了电偶，在电解质溶液或潮湿空气中电化腐蚀在所难免。焊点与母材之间的边界越分明，电化腐蚀越厉害。钎料与母材形成固溶体过渡则具有较优的耐腐蚀性。