换热系统“以铝代铜”用耐蚀铝合金材料及腐蚀行为研究取得新进展

智能家电是我国的万亿支柱性产业集群，铜质换热器对铜资源的过度依赖，显著影响国家铜资源战略，制约了我国制冷行业安全发展。换热器“以铝代铜”是制冷行业破局升级的关键技术瓶颈，其中3003铝合金因其焊接性和耐蚀性，运用最为广泛。然而，现有铝合金材料及其构件在酸性和碱性条件下，Cl⁻等侵蚀性阴离子可导致钝化膜局部击穿和点蚀发生，其耐蚀性能不足仍然是限制换热系统铝合金运用的关键瓶颈问题。

近期，广东腐蚀科学与技术创新研究院轻质合金课题组通过一定工艺在铝合金中形成特定的低电位梯度防护层，实现了有效改善铝合金局部腐蚀行为。同时，系统研究了梯度层3003铝合金的微观腐蚀机制，揭示了锌在宏观及微观腐蚀过程中的演变规律。相关研究成果发表于Materials Characterization, 2026, 240(Part C), 116997，第一作者为尹海林和汤中英，通讯作者为王猛副研究员（mwang@icost.ac.cn）。

图1、论文首页

研究表明，材料宏观腐蚀形貌呈现明显的梯度趋势：高Zn区域作为牺牲阳极优先溶解，可对低Zn区域和无Zn区域3003合金形成有效保护；但随着Zn含量增加，腐蚀敏感性、腐蚀速率和腐蚀深度均相应增大，表现出典型的梯度均匀腐蚀行为（图2）。Al₆(Fe, Mn)金属间化合物与Zn富集腐蚀机制研究：针对3003铝合金中Al₆(Fe, Mn)金属间化合物（IMPs）在腐蚀萌生与扩展中的关键作用，研究揭示了IMPs与Zn梯度层协同作用下的微观腐蚀机制。结果表明，Al₆(Fe,Mn)的电位高于周围α-Al基体，且Fe、Mn含量越高，IMPs与基体间的Volta电位差越大，界面处越易形成严重“沟槽效应”；高Fe/Mn比的IMPs会进一步加剧界面腐蚀。Zn扩散进入3003铝合金后，优先富集于IMPs中，这主要归因于IMPs/α-Al界面存在晶格畸变和较低的原子堆积密度，使Zn在IMPs中的扩散速度快于周围α-Al基体。Zn在IMPs中的富集进一步放大了IMPs与α-Al基体之间的电位差，强化微电偶耦合，加速局部阳极溶解。IMPs作为阴极位点、周围α-Al基体作为阳极溶解区，二者与Zn富集协同作用，是Zn梯度层3003铝合金腐蚀萌生和梯度腐蚀的关键机制（图3）。

图2、梯度Zn层铝合金宏观腐蚀形貌

图3、梯度Zn层铝合金微观腐蚀机制

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matchar.2026.116997。