金属铸件耐腐蚀性测试中铸造缺陷对腐蚀的影响

金属铸件的耐腐蚀性是其在化工、汽车、航空等领域长期服役的核心保障，而铸造过程中因气体卷入、夹杂物残留、凝固收缩等形成的缺陷（气孔、裂纹、夹杂物、缩孔缩松等），是导致耐腐蚀性下降的关键变量。在耐腐蚀性测试中，解析不同缺陷对腐蚀行为的作用机制，既能准确判断铸件的实际使用寿命，也能为优化铸造工艺（如改进排气系统、净化熔液）提供直接依据。本文结合实验室测试与工业案例，详细分析铸造缺陷对腐蚀过程的影响，并阐述测试中需关注的缺陷表征细节。

铸造缺陷的常见类型与形态特征

铸造缺陷是熔融金属凝固过程中热力学或动力学不平衡的结果，主要分为四类：气孔（气体未及时排出形成的圆形/椭圆形空洞，分开口与封闭两种）、裂纹（应力超过材料强度形成的线性/分叉缝隙，含热裂纹与冷裂纹）、夹杂物（熔渣或反应产物残留的异质颗粒，如硫化物、氧化物）、缩孔缩松（凝固补给不足形成的孔隙，缩孔为大尺寸不规则空洞，缩松为细小分散孔隙）。

不同缺陷的形态直接影响腐蚀行为：开口气孔易让介质渗透，裂纹的线性结构会引发应力集中，夹杂物的异质成分会触发微电池反应，缩孔缩松的疏松结构则扩大腐蚀面积。例如，铝合金中的开口气孔呈“漏斗状”，会直接引导介质进入铸件内部；铸钢中的热裂纹沿晶界分布，易导致沿晶腐蚀。

孔隙类缺陷对腐蚀介质渗透的促进作用

孔隙类缺陷（气孔、缩松）的核心危害是为腐蚀介质提供“滞留区”。以开口气孔为例，盐雾测试中，介质会直接进入气孔，形成“闭塞电池”——气孔内氧耗尽成为阳极，周围基体为阴极，阳极区金属持续溶解，导致气孔处腐蚀坑加深。某铝合金A356试样的开口气孔（直径1mm），24小时盐雾后腐蚀坑深度达0.5mm，远超过无缺陷区域的0.1mm。

缩松的影响更具普遍性：细小分散的缩松（直径<0.5mm）会增加介质与金属的接触面积，导致整体腐蚀速率加快。某铸铁件的缩松试样，72小时盐雾后的重量损失比无缺陷试样高40%，原因是缩松的孔隙群扩大了腐蚀反应界面。

裂纹缺陷的应力腐蚀开裂机制

裂纹的危害不仅是物理缝隙，更在于引发“应力腐蚀开裂（SCC）”。铸造裂纹形成时残留的内应力，会破坏金属表面的钝化膜（如不锈钢的Cr₂O₃膜）。当氯化物等介质进入裂纹，会吸附在钝化膜破裂处，促进金属溶解；同时，裂纹尖端的应力会推动裂纹扩展，形成“腐蚀-应力”循环。

奥氏体不锈钢热裂纹的测试显示：在3.5%NaCl溶液中，热裂纹沿晶界扩展——晶界处铬碳化物析出形成贫铬区，耐腐蚀性降低。24小时后，裂纹长度从2mm延长至5mm，两侧出现明显腐蚀沟槽。

夹杂物缺陷的微电池腐蚀效应

夹杂物的异质成分与基体形成“微电池”是其腐蚀的关键。例如，钢中的MnS夹杂物电位（-0.6V vs SCE）低于铁（-0.44V vs SCE），成为阳极，周围铁为阴极，阳极区MnS溶解，阴极区氧还原，加速腐蚀。

球墨铸铁中的氧化物夹杂物（如Fe₃O₄）测试更直观：夹杂物电位高于铁，成为阴极，周围铁为阳极，腐蚀后夹杂物周围出现环形沟槽。某球墨铸铁试样的夹杂物区域，48小时盐雾后沟槽深度达0.3mm，无夹杂物区域仅0.05mm。

缩孔缺陷对局部腐蚀的加速作用

缩孔是凝固后期补给不足形成的大空洞（直径>5mm），内部残留熔渣、气体或偏析元素（如磷、硫），这些物质会降低周围组织的耐腐蚀性。同时，缩孔的不规则形态让介质积聚，无法流动，持续腐蚀金属；缩孔周围的粗大晶粒与成分偏析，进一步削弱抗腐蚀能力。

铸钢阀门的缩孔试样，在10%H₂SO₄溶液中浸泡72小时后，缩孔处出现穿透性腐蚀，无缩孔区域仅表面轻微腐蚀——缩孔的“闭塞环境”与“劣质组织”共同加速了腐蚀。

缺陷尺寸与分布对腐蚀均匀性的影响

缺陷尺寸决定腐蚀的“局部性”：大尺寸缺陷（如直径>2mm的气孔、长度>5mm的裂纹）会导致局部深腐蚀，甚至穿透；小尺寸缺陷（如直径<0.5mm的缩松）则导致均匀腐蚀，但速率更快。分布决定腐蚀的“起始时间”：表面缺陷（如表面气孔）直接接触介质，24小时内出现腐蚀点；内部缺陷（如心部缩孔）需介质扩散到达，初期腐蚀慢，但一旦渗透，内部的闭塞环境会让腐蚀更严重。

某汽车缸体的内部缩松试样，72小时盐雾后腐蚀深度达1mm，而表面气孔试样仅0.5mm——内部缺陷的“延迟性”腐蚀更具隐蔽性，危害更大。

测试中缺陷表征的关键要点

评估缺陷对腐蚀的影响，需表征四个参数：类型（宏观观察或EDS成分分析）、尺寸（ImageJ测量气孔直径、裂纹长度）、分布（UT测内部缺陷深度、RT显示平面分布）、形态（SEM观察裂纹的沿晶/穿晶形态、夹杂物的颗粒/片状形态）。

某航空铝合金铸件的测试案例中，通过RT确定内部缩松分布（心部10mm范围），用ImageJ测缩松孔隙率（5%），用SEM看缩松形态（细小孔隙），最终评估其耐腐蚀性比无缺陷件低30%，为工艺改进（提高浇注压力）提供了依据。