铝锂合金明明由两个活泼金属组成为什么耐腐蚀？
铝锂合金，乍听之下，用铝和锂这两种都算得上是“活泼”的金属来做主导，会让人觉得它在腐蚀环境下肯定吃不消。毕竟，我们都知道铝在空气中会氧化，锂就更别提了，遇水都能剧烈反应。但事实恰恰相反，铝锂合金在很多严苛的应用环境中，展现出了令人惊叹的耐腐蚀性能。这背后的原因，可不是简单地说“它是合金所以就耐腐蚀”能概括的，而是多方面因素协同作用的结果，就像一位身怀绝技的武林高手，他的强大并非来自某一个招式，而是整体的功力。
首先，咱们得把“活泼”这个词掰开了揉碎了聊聊。金属的活泼性，很大程度上体现在它失去电子形成正离子的倾向。锂的电化学电位非常低，确实非常容易失去电子。铝的电化学电位也相对较低，容易形成三价铝离子。那么，为什么合在一起，还能变得“耐腐蚀”呢？
关键在于“氧化膜”这张保护伞。
这才是铝锂合金耐腐蚀的第一道，也是最重要的一道防线。虽然铝本身容易氧化，但它氧化的产物——氧化铝（Al₂O₃），可不是什么善茬。氧化铝是一种非常稳定、致密的陶瓷状物质，它会在铝的表面形成一层极薄（通常只有几个纳米到几十个纳米厚）但异常坚固的保护层。这层氧化铝膜就像给铝穿上了一件“铠甲”，将内部的金属基体与外界的腐蚀介质隔离开来。
在铝锂合金中，这个氧化膜的形成机制并没有根本性改变，铝依然会优先氧化。但锂的加入，对这层保护膜的质量和性能却有着意想不到的提升：
更致密、更均匀的氧化膜： 锂元素的加入，可能会影响氧化铝膜的晶体结构和生长方式，使其变得更加致密，减少了孔隙和裂纹。想象一下，一块布，有细密的针脚和松散的针脚，哪块更能挡风？铝锂合金的氧化膜就像那块针脚细密的布，更有效地阻止腐蚀介质渗透。
自愈合能力： 这是一个非常重要的特性。如果这层氧化膜在某个地方因为机械损伤（比如刮擦）而出现微小的破损，暴露出来的金属基体在有氧存在的环境下，会迅速再次氧化，填补破损处。研究表明，锂的加入可能会增强这种“自愈合”反应的速度和效率，让保护层能更快地“自我修复”，防止腐蚀沿着破损处深入。
对腐蚀性离子的阻碍作用： 很多时候，金属腐蚀是因为氯离子（Cl⁻）等侵蚀性离子穿透氧化膜，到达金属表面引发电化学反应。锂的加入，可能会影响氧化铝膜对这些侵蚀性离子的透过性，使其更难以穿透。
再往里走，看看合金内部的“小秘密”。
除了表面的保护膜，合金本身的微观结构和相分布也至关重要。铝锂合金之所以能耐腐蚀，也离不开其内部精巧的设计：
第二相粒子的析出： 铝锂合金通常会通过热处理形成一些微小的第二相粒子，比如富锂相、铜相、镁相等等，它们以非常细小的颗粒均匀地分布在铝基体中。这些第二相粒子本身具有一定的抗腐蚀性，更重要的是，它们对周围基体的电化学电位会产生影响，可能会改变局部区域的腐蚀倾向。
“牺牲阳极”的协同作用（某种程度上）： 虽然不是普遍现象，但某些合金体系中，一些形成的第二相粒子可能比铝基体更活泼一些，它们会优先腐蚀，就像“牺牲”自己来保护更重要的基体。这在某些局部区域可能会起到一定的“牺牲阳极”保护作用，但整体来说，铝锂合金的耐腐蚀性不是完全依赖于这个。
晶界（Grain Boundary）的优化： 金属材料的晶粒大小和晶界是影响腐蚀的重要因素。铝锂合金在设计和加工过程中，可以通过控制晶粒尺寸和优化晶界结构，来减少晶界腐蚀的倾向。晶界通常是原子排列比较疏松、能量较高的区域，更容易成为腐蚀的起点。通过特定的热处理工艺，可以改善晶界区的状态，使其更难被腐蚀。
还有，锂本身带来的“附加值”。
别小看那几克锂，它在合金体系中能干不少事：
降低密度，但并不一定完全牺牲强度： 锂的密度非常低，加入铝中可以显著降低合金的密度，这是它应用在航空航天领域的核心优势之一。虽然锂的加入可能会影响某些合金的强度，但通过精巧的合金设计和热处理，可以平衡密度和强度的关系，甚至在某些方面提升性能。
影响相变和析出行为： 锂作为一种小原子，它对铝基体原子的扩散和固溶度有影响，这会改变合金中其他元素（如铜、镁、锌）的溶解度和析出行为，进而影响第二相粒子的形成和分布，如前面提到的，这有助于优化其耐腐蚀性。
电化学电位的调整： 虽然锂本身活泼，但它在合金中的电化学行为是复杂的。在形成氧化膜的过程中，锂可能以某种形式存在于氧化层中，或者影响铝的氧化过程，从而间接地影响合金的整体电化学行为。
总结一下，铝锂合金之所以能够“以活泼治活泼”，其耐腐蚀性并非源于它不活泼，而是凭借以下几点：
1. 坚不可摧的氧化铝保护膜： 这是最核心的保护机制，而锂的加入让这层“铠甲”更加致密、均匀，并可能拥有更好的自愈合能力。
2. 精妙的微观结构设计： 通过控制第二相粒子的分布和晶界状态，优化了合金内部的抗腐蚀特性。
3. 锂元素的独特作用： 锂不仅降低了密度，还在合金相变和析出方面发挥重要作用，间接提升了材料的整体耐腐蚀性能。
所以，你看，铝锂合金的耐腐蚀性，是一个系统工程，是铝的固有优势（能形成保护性氧化膜）与锂的独特合金化作用相结合的杰作。它并非“不活泼”，而是通过精妙的设计，让“活泼”的元素在恰当的位置，以恰当的方式，共同构建起了一道强大的防腐蚀屏障。这就像一位身怀绝技的练武之人，他看似普通的动作，实则包含了深厚的内力和精妙的招式，才能在激烈的比拼中立于不败之地。
首先，咱们得把“活泼”这个词掰开了揉碎了聊聊。金属的活泼性，很大程度上体现在它失去电子形成正离子的倾向。锂的电化学电位非常低，确实非常容易失去电子。铝的电化学电位也相对较低，容易形成三价铝离子。那么，为什么合在一起，还能变得“耐腐蚀”呢？
关键在于“氧化膜”这张保护伞。
这才是铝锂合金耐腐蚀的第一道，也是最重要的一道防线。虽然铝本身容易氧化，但它氧化的产物——氧化铝（Al₂O₃），可不是什么善茬。氧化铝是一种非常稳定、致密的陶瓷状物质，它会在铝的表面形成一层极薄（通常只有几个纳米到几十个纳米厚）但异常坚固的保护层。这层氧化铝膜就像给铝穿上了一件“铠甲”，将内部的金属基体与外界的腐蚀介质隔离开来。
在铝锂合金中，这个氧化膜的形成机制并没有根本性改变，铝依然会优先氧化。但锂的加入，对这层保护膜的质量和性能却有着意想不到的提升：
更致密、更均匀的氧化膜： 锂元素的加入，可能会影响氧化铝膜的晶体结构和生长方式，使其变得更加致密，减少了孔隙和裂纹。想象一下，一块布，有细密的针脚和松散的针脚，哪块更能挡风？铝锂合金的氧化膜就像那块针脚细密的布，更有效地阻止腐蚀介质渗透。
自愈合能力： 这是一个非常重要的特性。如果这层氧化膜在某个地方因为机械损伤（比如刮擦）而出现微小的破损，暴露出来的金属基体在有氧存在的环境下，会迅速再次氧化，填补破损处。研究表明，锂的加入可能会增强这种“自愈合”反应的速度和效率，让保护层能更快地“自我修复”，防止腐蚀沿着破损处深入。
对腐蚀性离子的阻碍作用： 很多时候，金属腐蚀是因为氯离子（Cl⁻）等侵蚀性离子穿透氧化膜，到达金属表面引发电化学反应。锂的加入，可能会影响氧化铝膜对这些侵蚀性离子的透过性，使其更难以穿透。
再往里走，看看合金内部的“小秘密”。
除了表面的保护膜，合金本身的微观结构和相分布也至关重要。铝锂合金之所以能耐腐蚀，也离不开其内部精巧的设计：
第二相粒子的析出： 铝锂合金通常会通过热处理形成一些微小的第二相粒子，比如富锂相、铜相、镁相等等，它们以非常细小的颗粒均匀地分布在铝基体中。这些第二相粒子本身具有一定的抗腐蚀性，更重要的是，它们对周围基体的电化学电位会产生影响，可能会改变局部区域的腐蚀倾向。
“牺牲阳极”的协同作用（某种程度上）： 虽然不是普遍现象，但某些合金体系中，一些形成的第二相粒子可能比铝基体更活泼一些，它们会优先腐蚀，就像“牺牲”自己来保护更重要的基体。这在某些局部区域可能会起到一定的“牺牲阳极”保护作用，但整体来说，铝锂合金的耐腐蚀性不是完全依赖于这个。
晶界（Grain Boundary）的优化： 金属材料的晶粒大小和晶界是影响腐蚀的重要因素。铝锂合金在设计和加工过程中，可以通过控制晶粒尺寸和优化晶界结构，来减少晶界腐蚀的倾向。晶界通常是原子排列比较疏松、能量较高的区域，更容易成为腐蚀的起点。通过特定的热处理工艺，可以改善晶界区的状态，使其更难被腐蚀。
还有，锂本身带来的“附加值”。
别小看那几克锂，它在合金体系中能干不少事：
降低密度，但并不一定完全牺牲强度： 锂的密度非常低，加入铝中可以显著降低合金的密度，这是它应用在航空航天领域的核心优势之一。虽然锂的加入可能会影响某些合金的强度，但通过精巧的合金设计和热处理，可以平衡密度和强度的关系，甚至在某些方面提升性能。
影响相变和析出行为： 锂作为一种小原子，它对铝基体原子的扩散和固溶度有影响，这会改变合金中其他元素（如铜、镁、锌）的溶解度和析出行为，进而影响第二相粒子的形成和分布，如前面提到的，这有助于优化其耐腐蚀性。
电化学电位的调整： 虽然锂本身活泼，但它在合金中的电化学行为是复杂的。在形成氧化膜的过程中，锂可能以某种形式存在于氧化层中，或者影响铝的氧化过程，从而间接地影响合金的整体电化学行为。
总结一下，铝锂合金之所以能够“以活泼治活泼”，其耐腐蚀性并非源于它不活泼，而是凭借以下几点：
1. 坚不可摧的氧化铝保护膜： 这是最核心的保护机制，而锂的加入让这层“铠甲”更加致密、均匀，并可能拥有更好的自愈合能力。
2. 精妙的微观结构设计： 通过控制第二相粒子的分布和晶界状态，优化了合金内部的抗腐蚀特性。
3. 锂元素的独特作用： 锂不仅降低了密度，还在合金相变和析出方面发挥重要作用，间接提升了材料的整体耐腐蚀性能。
所以，你看，铝锂合金的耐腐蚀性，是一个系统工程，是铝的固有优势（能形成保护性氧化膜）与锂的独特合金化作用相结合的杰作。它并非“不活泼”，而是通过精妙的设计，让“活泼”的元素在恰当的位置，以恰当的方式，共同构建起了一道强大的防腐蚀屏障。这就像一位身怀绝技的练武之人，他看似普通的动作，实则包含了深厚的内力和精妙的招式，才能在激烈的比拼中立于不败之地。
网友意见
铝的活性确实很高，所以铝其实是会被氧化，从而形成氧化铝的。
但是氧化铝和纯铝的共格度比较高。换句话说，二者黏在在一起时，不会因为一边大一边小而互生嫌隙。
因此铝在被氧化的时候，不会像铁锈那样一片片脱落下来，而是会像下图[1]一样形成一层完整致密的氧化层。此时想要继续氧化过程，氧原子就必须扩散并穿透这层氧化层，才能跟铝进一步反应。而这样的扩散比较困难，所以氧化过程很大程度上就被阻断了，铝也就有了较好的抗氧化性能。
顺便说一句，不锈钢抗氧化其实也是依靠类似的原理。
至于铝-锂合金，当锂元素含量比较低的时候，锂会随机溶解在铝中间。这种随机分布不会改变铝本身的晶体结构，自然也就不会影响表面氧化膜的形成，因此依然有较好的抗氧化性[2]。
但当锂的含量稍微高一些，锂就有可能发生局部偏析，在晶界等位置形成AlLi第二相颗粒。如果这种颗粒暴露在表面上，它是无法像纯铝那样形成致密氧化膜的，往往会引发局部氧化和腐蚀。
所以铝锂合金的抗腐蚀性能往往会比纯铝弱。
其实铝合金的耐腐蚀和强度往往是两个不易兼得的性质：纯铝较软但耐腐蚀；而铝合金提升强度往往又依赖于AlLi这类第二相颗粒，因此高强度的铝合金耐腐蚀性往往也差一些。如何在保证强度的同时提升铝合金的耐腐蚀性能，也是现在很多研究的重点。
参考
- ^Lai, Xin, Lisheng Liu, Hai Mei, and Pengcheng Zhai. "Molecular dynamics study on the mechanical characteristics of Al-terminated Al/α-Al 2 O 3 interface under tensile loading." International Journal of Materials and Product Technology 42, no. 1-2 (2011): 74-86. https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJMPT.2011.044916
- ^Holroyd, N.J.H., Scamans, G.M., Newman, R.C. and Vasudevan, A.K., 2014. Corrosion and stress corrosion of aluminum–lithium alloys. In Aluminum-lithium Alloys (pp. 457-500). Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-401698-9.00014-8
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