120℃下镓对4种金属材质的腐蚀趋势研究

高温下，随着腐蚀的持续进行，弱耐蚀材料表面的镓球会逐渐没入基底材料。图10.2为4种金属基底材料在120℃条件下与液态球镓静态接触的腐蚀率曲线。

图10.2　6063铝合金典型腐蚀曲线分段［11］

图10.2中纵坐标腐蚀率η（t）定义为：

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其中，S（t）定义为摄像头在t时刻拍摄的液态镓球面积，S0为腐蚀前初始镓球面积，并假设体积与面积之间具有3∶2的尺度关系，实际计算中镓球面积以采集图像中该区域的像素数表示。从图10.2中可以看出，液态镓对6063铝合金具有强烈的腐蚀作用，从150 min开始，腐蚀剧烈进行，在近30 min的时间内腐蚀率从0.2上升至1.0，说明在该斜率最大的区域内有近80%的镓球腐蚀渗入铝基底中，并最终完全没入铝基底。相对铝材质的剧烈腐蚀，从采集图像上观察，T2铜、阳极氧化着色处理6063铝合金以及1Cr18Ni9不锈钢在近5h内没有明显腐蚀迹象，图10.2中3种材质的曲线波动是由于摄像头分辨率有限所致，如果采用分辨率更高的摄像头，将会得到更为精确、接近水平的曲线。

图10.3为120℃条件下镓对6063铝合金静态/动态腐蚀情况对比：从图中可明显看出，未施加扰动的腐蚀铝板呈现出近似圆形的腐蚀阴影，且随时间向四周扩散。而对镓球施加小扰动后的铝板，液态镓会从旁侧的腐蚀区域鼓起，说明液态镓对铝的渗入作用非常强烈，流动的液态镓会对基底材料产生强烈的冲刷作用。因此，在液态金属散热设备中，由于静态腐蚀和动态腐蚀的综合作用，单纯的6063铝合金不能用作镓容器的结构材料。而对于T2铜、阳极氧化着色处理6063铝合金以及1Cr18Ni9不锈钢，则没有类似现象。

图10.3　镓对铝腐蚀状态图［11］

a.未对镓球施加扰动；b.对镓球施加小扰动。