0.概述

與其他門窗材料相比，鋁合金門窗具有耐老化，不變色，耐蝕性好，結實輕便等優點，在我國建筑門窗特別是高層建筑的門窗，鋁合金門窗已經得到了大量的應用。但是目前我國沿海或大氣污染環境較嚴重的潮濕地區，仍出現不少鋁合金門窗發生腐蝕的問題，因此有必要分析其腐蝕成因，為鋁合金門窗的腐蝕與防護提出建議。本次失效分析樣品是北方沿海某建筑公司委托送檢的發生腐蝕失效的鋁合金推拉窗，該鋁合金推拉窗窗框采用的粉末噴涂斷橋鋁合金隔熱型材，鋁合金窗框通過硅酮密封膠將水泥抹面及上面的膩子與窗框密封修飾在一起。安裝腐蝕失效的鋁合金推拉窗的房屋是新建住宅，裝修時間大致在1年左右，還未交付使用，便在窗框室內一側靠近墻面位置的施膠處發生了嚴重的腐蝕行為。本文僅針對發生嚴重腐蝕的鋁合金推拉窗框料及墻體樣品進行宏觀、微觀的分析測試，結合調研結果，最終得出鋁合金推拉窗發生局部嚴重腐蝕失效的直接原因及間接原因，并提出了改進建議。

1.分析測試過程與結果

1.1 宏觀觀察

首先查看失效推拉窗的安裝位置環境條件，如圖3所示，可見室外一側的鋁合金窗框未見明顯腐蝕痕跡，而室內一側腐蝕程度已經非常嚴重，部分區域已經腐蝕穿透，同時可見墻體表面的涂料已經因潮濕而起皺痕跡非常明顯。
腐蝕失效窗料室內一側的硅酮密封膠顏色發黃，脆性大，失去了應有的彈性，而室外一側呈白色且富有彈性，如圖4所示。揭去失效的硅酮密封膠，可見白色半透明的腐蝕產物已經將鋁合金推拉窗料表面的塑料涂層薄膜頂裂，仔細觀察發現該處塑料膜裂紋突出并向外卷起，但是開裂的涂層兩側對偶。圖5所示為將推拉窗從墻體上卸下后，可見室內一側密封膠處產生了大量的白色腐蝕產物，嚴重處已經將鋁合金腐蝕穿透，而室外側密封膠處的窗框完好，硅酮密封膠呈正常的乳白色，彈性很好。

圖3 鋁合金窗料與接觸墻體部位失效 圖4 窗內側失效部位失去彈性的硅酮密封膠

圖5 窗料腐蝕穿透處的腐蝕產物近照 圖6 室內一側墻體轉角處墻體截面結構

取樣連帶墻體，從其橫截面上看，水泥墻體及表面膩子各層非常清晰，由最外層膩子粉層和其下的抹面砂漿層及內層的水泥磚組成。敲碎墻體可知該水泥墻濕度較大，如圖6所示。

1.2 電鏡形貌觀察及微區能譜成分分析

1.2.1 腐蝕產物形貌及微區成分分析

將半透明狀的腐蝕產物取出一小塊，可見該腐蝕物呈半透明膠體形態，含有少量的水分，經過烘培干燥后呈黃白色脆硬顆粒狀。在電鏡下進行微觀觀察并作微區成分分析，如圖7所示。可見腐蝕產物處于潮濕狀態，可塑性很好，從微區能譜譜線上看，主要特征峰為Al、O、Cl三種元素，其余還含有少量的K、Ca、Mg等微量元素，說明腐蝕產物除了鋁氧化腐蝕外，還存在較高含量的腐蝕性元素成分Cl，這一腐蝕性元素可能是造成鋁合金推拉窗嚴重腐蝕的主要原因。

圖7 半透明狀的腐蝕產物表面形態及微區能譜譜線

1.2.2 室內外側的窗框硅酮密封膠截面形貌及微區能譜成分

失效鋁合金推拉窗室內外均在鋁合金推拉窗框和墻體表面均采用硅酮密封膠作了密封，對兩個區域的密封膠進行了橫截面能譜微區成分作分析測試。

圖8 室內側密封膠截面形態及微區能譜譜線

圖9 室外側密封膠截面形態及微區能譜譜線

圖8和圖9所示分別為室內、外側硅酮密封膠橫截面形態及能譜特征譜線。可見室內一側密封膠顆粒粉狀，主要能譜特征峰為Ca、Cl、C、O、Mg、Al、Si，S，其中較高譜峰Cl可能為腐蝕性元素滲入到密封膠內的，同時可見鈣、鎂兩種元素含量較高。而室外側的硅酮密封膠橫截面細膩光滑，因導電性差，無法聚焦成像，能譜顯示其主要組成元素C含量較高，無機填料主要是以硅氧化合物為主成分，氯元素特征峰很低。

由于是同一施工現場，同一工序，因此室內外密封膠應該是相同型號的，只能說明室內側密封膠因成分與相鄰物質發生成分交換而失效變性，導致Cl、Mg、Ca的含量顯著增加，可見一定存在可溶性的氯離子及鈣鎂離子進入到了密封膠內。

1.2.3 室內一側膩子能譜微區分析

通過鋁合金窗料出現腐蝕的位置不僅和硅酮密封膠相接觸還和墻體表面的膩子相接觸，因此有必要對臨近腐蝕產物處的涂料膩子粉層、以及遠離窗戶在墻體拐角處膩子（采樣點據拐角70mm處）進行形貌及微區成分分析，獲得腐蝕性元素是否來源于膩子及涂料的信息。

圖10 緊靠腐蝕產物的膩子顯微形貌及微區能譜譜線

圖11 距離腐蝕產物較遠處的表面涂料（膩子）顯微形貌及微區能譜譜線

圖10和圖11分別所示為室內側靠近腐蝕產物及距離腐蝕產物約70mm處的表面膩子形貌及微區成分，可見靠近腐蝕產物處Cl特征峰較高，而70mm處的膩子粉層內部Cl特征峰較低。兩者為同一施工過程完成的，這種氯離子成分的差異只能是施工完成后氯離子遷移富集程度不同導致的。

1.2.4 室內一側墻體水泥能譜微區分析

為了驗證腐蝕產物中氯元素來源問題，對墻體的表層膩子粉層做了分析，發現氯元素存在但含量并不高，墻體橫截面可見水泥分為三層，表層抹面砂漿層中間水泥磚和兩者之間的嵌縫水泥層，我們進一步對墻體的各個水泥層取樣作氯元素分析，證明氯元素是否來源于水泥。

圖12 表層的藍灰色抹面水泥顯微形貌及對應微區能譜譜線

圖13 內層水泥磚顯微形貌及微區能譜譜線

圖14 中間嵌縫水泥顯微形貌及微區能譜譜線

圖12和圖13分別所示表層抹面水泥砂漿及內層水泥磚的隨機位置的顯微形貌及對應微區能譜譜線，可見，這兩種水泥塊內均存Cl的特征譜線，較高放大倍數下，在空泡邊緣處可見絮狀物質，微區能譜顯示Na，Cl兩元素的特征峰較高，說明水泥中存在可溶性的氯化物鹽。圖14為內層水泥磚和表層抹面水泥砂漿中間的水泥磚嵌縫水泥，也存在Cl元素，但Cl元素特征譜峰高度較前兩種水泥的Cl的特征譜峰低一些。

1.3 失效鋁型材表面形貌

為了分析鋁合金窗框耐腐蝕性，有必要觀察型材表面涂層顯微形貌，分析可能引起失效的相關信息。

圖15 失效樣品表面顯微形貌 200× 圖16 失效樣品表面顯微形貌 100×

圖15和圖16是產生腐蝕失效窗框取下的小樣，可見表面塑料涂層比較致密，未見明顯裂紋，但表面層大塊的無機填料埋藏很淺，同時還發現了一個小孔，但這些小孔并不多見。

1.4 失效鋁合金涂層橫截面金相形貌觀察

為了說明分析涂層內部的情況，對失效鋁合金窗料進行了金相橫截面熱鑲制備金相樣，并采用掃描電鏡進行觀察其涂層及基體橫截面形貌。

圖17截面金相拋光態形貌（其中a，b為失效樣品熱鑲，c未使用樣熱鑲，d未使用樣冷鑲）

圖17中，a,b所示為失效樣品的橫截面金相樣品拋光態，可見靠近涂層處鋁合金型材基體部分區域出現腐蝕現象，對應該處表面涂層內一般存在氣孔或者涂層與基體脫開等現象，說明該處涂層可能存在縫隙等非致密缺陷而導致基體發生腐蝕。

圖17中的c,d分別為未使用的其他樣品的熱鑲和冷鑲金相，可見較高加熱溫度下會涂層出現氣孔，而冷鑲樣品未見氣孔痕跡，說明即使是合格的粉末噴涂涂層也并不致密，印證了粉末涂層不能完全起到密封隔絕環境介質的作用[2]。

2.5 水泥樣品氯含量的化學成分分析

由能譜微區分析可知，在固定窗框的墻體各層水泥斷面上發現了很多的水溶性的氯化鈉痕跡，因此有必要分析水泥的水溶性氯含量，用以調查氯可能的來源。按照GB/T50344-2004中附錄C所推薦的混凝土中氯離子含量的取樣和分析方法，分析得到藍灰色抹面水泥砂漿的氯含量為0.64%，嵌縫水泥氯含量0.38%，而墻體主要構成物墻磚內的氯含量為0.62%，由此可知，來自抹面砂漿及墻體的水泥含有較多氯離子，在墻體潮濕的環境中氯離子會發生遷移。

3.討論：

通過對送檢樣品的綜合分析測試可知，房屋裝修時房間并未干透，墻體仍然處于潮濕狀態，鋁合金粉末噴涂推拉窗框直接與抹面砂漿水泥及膩子相接觸，兩者采用硅酮密封膠密封，墻體材料主要由占主體地位的水泥磚，嵌縫水泥砂漿、找平及抹面水泥砂漿以及表層的膩子構成，其中作為主體水泥磚中含有大量的氯離子，最表層的抹面水泥砂漿層也含大致相同的氯離子，可見對腐蝕產生重要作用的氯離子主要來源于墻體水泥磚中，其次是抹面水泥砂漿層中。墻體水泥內含有大量可溶性氯化物，特別是氯化鈉，而且在環境上也具備水溶性條件，可見氯離子在這種潮濕的環境中通過水膜不斷遷移到鋁合金窗框附近，可在該處有條件形成富集。

從鋁合金窗框及對比樣涂層鋁合金材料的熱鑲橫向截面金相拋光態上看，失效樣品和對比樣品的涂層內部均存在一定量的非致密區域，在這些位置對應基體也存在腐蝕現象，說明腐蝕與涂層的致密性存在一定關聯關系。

作為窗框和墻體間的密封材料的建筑用硅酮密封膠主要有兩類，一種是酸性硅酮膠，另一類是中性膠，酸性膠價格較低，粘結力較強，但是應用范圍受到限制，不可以直接粘結金屬，并能夠與堿性的建筑材料發生反應[3]。酸性膠固化時間較長，完全固化時間一般不超過一周，其固化時間與環境的關系較大，溫度低，濕度大，施膠厚時則完全固化時間會顯著變長，有時長達至數個月。酸性硅酮密封膠在凝固過程中會放出少量的乙酸，因此在通風狀況較差的，環境較為潮濕的情況下，粉末噴涂鋁合金窗框表面的硅酮密封膠密封部位一直處于潮濕的酸性環境，由于墻體整體處于潮濕狀態，墻體水泥中的可溶性氯鹽向墻體表面緩慢遷移并在水份變化波動較大的墻體表面，特別是室內溫差變化最大處的窗框附近富集，因此在粉末噴涂的鋁合金隔熱型材加工的推拉窗框密封膠位置處形成一個強腐蝕性的乙酸濃鹽溶液局部環境，造成了鋁合金粉末噴涂窗框快速發生嚴重的腐蝕。

GB50164-2011關于混凝土攪拌物中要求在濕環境下氯離子含量不得超過0.2%，可見本次分析的墻體材料中的氯離子含量過高。這些氯離子可能來源于所用不合格的淡化海砂，也可能來源于建筑施工過程中加入的含氯無機防凍劑，無機防凍劑一般主要由氯化鈉和氯化鈣等組分構成。

綜上可知鋁合金推拉窗發生嚴重腐蝕與以下幾種因素關系較大：1.首先房屋裝修后未做通風干燥處理，室內長期處于一個較為潮濕的環境，同時因室內側晝夜溫差小，而室外溫差較大，窗框位置是室內溫差最大的位置，因此氣溫低時，過飽和水蒸氣易在該處結露，形成了產生鋁合金腐蝕的水介質環境。2.水泥磚中存在含量較高的氯離子，可溶性的氯離子可隨墻體縫隙及物質表層水膜產生緩慢遷移，在冷熱交替作用下可溶性鹽被濃縮富集到溫差較大的窗框位置處，導致該處氯離子濃度處于較高的水平。3. 如果硅酮密封膠是酸性的，在濕度較高的前提下膩子中的碳酸鈣與硅酮密封膠中的反應產物乙酸可發生反應，如果所用密封膠是中性的則不存在酸堿反應這一問題。4.失效粉末噴涂窗料的表面涂層存在不致密缺陷，且當存在含氯離子的酸性液體介質通過該這些非致密區域滲入涂層并與鋁合金基體接觸時，鋁合金的腐蝕將不可避免。

4.結論：

通過上述分析測試及綜合討論，可知本次分析的推拉窗窗框發生嚴重腐蝕失效的直接原因及間接原因如下：

1)墻體水泥中含有大量的氯離子及潮濕的室內環境是鋁合金推拉窗窗框產生腐蝕穿孔的直接原因。

2)鋁合金推拉窗表面涂層內存在非致密缺陷，這是產生腐蝕的另一可能的重要原因。

3)安裝窗戶時采用的硅酮密封膠可能是酸性的，這種微環境是鋁合金推拉窗框腐蝕的重要促進因素。

4)氯離子主要來源于墻體中的水泥磚及表面的抹面水泥砂漿。

5.建議：

北方沿海某建筑公司送檢的建筑鋁合金隔熱型材窗框發生嚴重腐蝕，本文采用宏觀觀察、化學成分分析、金相組織觀察、掃描電鏡及能譜分析等方法對腐蝕失效樣品進行了分析測試，結果表明，高氯離子含量的水泥墻體、酸性硅酮密封膠及潮濕環境是這次腐蝕產生的主要原因，為此提出了合理的整改措施。

1)采用符合國家相關建筑標準的建筑材料，如采用氯離子含量應符合要求的混凝土或砂子，中性硅酮密封膠等；

2)密封施工應在墻體及表面的抹面砂漿及膩子完全干燥時施工。

3)墻體施工過程中當環境溫度過低，必須采用防凍劑時，不應選用富含氯化物的防凍劑。