0.概述
与其他门窗材料相比，铝合金门窗具有耐老化，不变色，耐蚀性好，结实轻便等优点，在我国建筑门窗特别是高层建筑的门窗，铝合金门窗已经得到了大量的应用。但是目前我国沿海或大气污染环境较严重的潮湿地区，仍出现不少铝合金门窗发生腐蚀的问题，因此有必要分析其腐蚀成因，为铝合金门窗的腐蚀与防护提出建议。本次失效分析样品是北方沿海某建筑公司委托送检的发生腐蚀失效的铝合金推拉窗，该铝合金推拉窗窗框采用的粉末喷涂断桥铝合金隔热型材，铝合金窗框通过硅酮密封胶将水泥抹面及上面的腻子与窗框密封修饰在一起。安装腐蚀失效的铝合金推拉窗的房屋是新建住宅，装修时间大致在1年左右，还未交付使用，便在窗框室内一侧靠近墙面位置的施胶处发生了严重的腐蚀行为。本文仅针对发生严重腐蚀的铝合金推拉窗框料及墙体样品进行宏观、微观的分析测试，结合调研结果，最终得出铝合金推拉窗发生局部严重腐蚀失效的直接原因及间接原因，并提出了改进建议。
1.分析测试过程与结果
1.1 宏观观察
首先查看失效推拉窗的安装位置环境条件，如图3所示，可见室外一侧的铝合金窗框未见明显腐蚀痕迹，而室内一侧腐蚀程度已经非常严重，部分区域已经腐蚀穿透，同时可见墙体表面的涂料已经因潮湿而起皱痕迹非常明显。
腐蚀失效窗料室内一侧的硅酮密封胶颜色发黄，脆性大，失去了应有的弹性，而室外一侧呈白色且富有弹性，如图4所示。揭去失效的硅酮密封胶，可见白色半透明的腐蚀产物已经将铝合金推拉窗料表面的塑料涂层薄膜顶裂，仔细观察发现该处塑料膜裂纹突出并向外卷起，但是开裂的涂层两侧对偶。图5所示为将推拉窗从墙体上卸下后，可见室内一侧密封胶处产生了大量的白色腐蚀产物，严重处已经将铝合金腐蚀穿透，而室外侧密封胶处的窗框完好，硅酮密封胶呈正常的乳白色，弹性很好。
图3 铝合金窗料与接触墙体部位失效 图4 窗内侧失效部位失去弹性的硅酮密封胶
图5 窗料腐蚀穿透处的腐蚀产物近照 图6 室内一侧墙体转角处墙体截面结构
取样连带墙体，从其横截面上看，水泥墙体及表面腻子各层非常清晰，由最外层腻子粉层和其下的抹面砂浆层及内层的水泥砖组成。敲碎墙体可知该水泥墙湿度较大，如图6所示。
1.2 电镜形貌观察及微区能谱成分分析
1.2.1 腐蚀产物形貌及微区成分分析
将半透明状的腐蚀产物取出一小块，可见该腐蚀物呈半透明胶体形态，含有少量的水分，经过烘培干燥后呈黄白色脆硬颗粒状。在电镜下进行微观观察并作微区成分分析，如图7所示。可见腐蚀产物处于潮湿状态，可塑性很好，从微区能谱谱线上看，主要特征峰为Al、O、Cl三种元素，其余还含有少量的K、Ca、Mg等微量元素，说明腐蚀产物除了铝氧化腐蚀外，还存在较高含量的腐蚀性元素成分Cl，这一腐蚀性元素可能是造成铝合金推拉窗严重腐蚀的主要原因。
图7 半透明状的腐蚀产物表面形态及微区能谱谱线
1.2.2 室内外侧的窗框硅酮密封胶截面形貌及微区能谱成分
失效铝合金推拉窗室内外均在铝合金推拉窗框和墙体表面均采用硅酮密封胶作了密封，对两个区域的密封胶进行了横截面能谱微区成分作分析测试。
图8 室内侧密封胶截面形态及微区能谱谱线
图9 室外侧密封胶截面形态及微区能谱谱线
图8和图9所示分别为室内、外侧硅酮密封胶横截面形态及能谱特征谱线。可见室内一侧密封胶颗粒粉状，主要能谱特征峰为Ca、Cl、C、O、Mg、Al、Si，S，其中较高谱峰Cl可能为腐蚀性元素渗入到密封胶内的，同时可见钙、镁两种元素含量较高。而室外侧的硅酮密封胶横截面细腻光滑，因导电性差，无法聚焦成像，能谱显示其主要组成元素C含量较高，无机填料主要是以硅氧化合物为主成分，氯元素特征峰很低。
由于是同一施工现场，同一工序，因此室内外密封胶应该是相同型号的，只能说明室内侧密封胶因成分与相邻物质发生成分交换而失效变性，导致Cl、Mg、Ca的含量显著增加，可见一定存在可溶性的氯离子及钙镁离子进入到了密封胶内。
1.2.3 室内一侧腻子能谱微区分析
通过铝合金窗料出现腐蚀的位置不仅和硅酮密封胶相接触还和墙体表面的腻子相接触，因此有必要对临近腐蚀产物处的涂料腻子粉层、以及远离窗户在墙体拐角处腻子（采样点据拐角70mm处）进行形貌及微区成分分析，获得腐蚀性元素是否来源于腻子及涂料的信息。
图10 紧靠腐蚀产物的腻子显微形貌及微区能谱谱线
图11 距离腐蚀产物较远处的表面涂料（腻子）显微形貌及微区能谱谱线
图10和图11分别所示为室内侧靠近腐蚀产物及距离腐蚀产物约70mm处的表面腻子形貌及微区成分，可见靠近腐蚀产物处Cl特征峰较高，而70mm处的腻子粉层内部Cl特征峰较低。两者为同一施工过程完成的，这种氯离子成分的差异只能是施工完成后氯离子迁移富集程度不同导致的。
1.2.4 室内一侧墙体水泥能谱微区分析
为了验证腐蚀产物中氯元素来源问题，对墙体的表层腻子粉层做了分析，发现氯元素存在但含量并不高，墙体横截面可见水泥分为三层，表层抹面砂浆层中间水泥砖和两者之间的嵌缝水泥层，我们进一步对墙体的各个水泥层取样作氯元素分析，证明氯元素是否来源于水泥。
图12 表层的蓝灰色抹面水泥显微形貌及对应微区能谱谱线
图13 内层水泥砖显微形貌及微区能谱谱线
图14 中间嵌缝水泥显微形貌及微区能谱谱线
图12和图13分别所示表层抹面水泥砂浆及内层水泥砖的随机位置的显微形貌及对应微区能谱谱线，可见，这两种水泥块内均存Cl的特征谱线，较高放大倍数下，在空泡边缘处可见絮状物质，微区能谱显示Na，Cl两元素的特征峰较高，说明水泥中存在可溶性的氯化物盐。图14为内层水泥砖和表层抹面水泥砂浆中间的水泥砖嵌缝水泥，也存在Cl元素，但Cl元素特征谱峰高度较前两种水泥的Cl的特征谱峰低一些。
1.3 失效铝型材表面形貌
为了分析铝合金窗框耐腐蚀性，有必要观察型材表面涂层显微形貌，分析可能引起失效的相关信息。
图15 失效样品表面显微形貌 200× 图16 失效样品表面显微形貌 100×
图15和图16是产生腐蚀失效窗框取下的小样，可见表面塑料涂层比较致密，未见明显裂纹，但表面层大块的无机填料埋藏很浅，同时还发现了一个小孔，但这些小孔并不多见。
1.4 失效铝合金涂层横截面金相形貌观察
为了说明分析涂层内部的情况，对失效铝合金窗料进行了金相横截面热镶制备金相样，并采用扫描电镜进行观察其涂层及基体横截面形貌。
图17截面金相抛光态形貌（其中a，b为失效样品热镶，c未使用样热镶，d未使用样冷镶）
图17中，a,b所示为失效样品的横截面金相样品抛光态，可见靠近涂层处铝合金型材基体部分区域出现腐蚀现象，对应该处表面涂层内一般存在气孔或者涂层与基体脱开等现象，说明该处涂层可能存在缝隙等非致密缺陷而导致基体发生腐蚀。
图17中的c,d分别为未使用的其他样品的热镶和冷镶金相，可见较高加热温度下会涂层出现气孔，而冷镶样品未见气孔痕迹，说明即使是合格的粉末喷涂涂层也并不致密，印证了粉末涂层不能完全起到密封隔绝环境介质的作用[2]。
2.5 水泥样品氯含量的化学成分分析
由能谱微区分析可知，在固定窗框的墙体各层水泥断面上发现了很多的水溶性的氯化钠痕迹，因此有必要分析水泥的水溶性氯含量，用以调查氯可能的来源。按照GB/T50344-2004中附录C所推荐的混凝土中氯离子含量的取样和分析方法，分析得到蓝灰色抹面水泥砂浆的氯含量为0.64%，嵌缝水泥氯含量0.38%，而墙体主要构成物墙砖内的氯含量为0.62%，由此可知，来自抹面砂浆及墙体的水泥含有较多氯离子，在墙体潮湿的环境中氯离子会发生迁移。
3.讨论：
通过对送检样品的综合分析测试可知，房屋装修时房间并未干透，墙体仍然处于潮湿状态，铝合金粉末喷涂推拉窗框直接与抹面砂浆水泥及腻子相接触，两者采用硅酮密封胶密封，墙体材料主要由占主体地位的水泥砖，嵌缝水泥砂浆、找平及抹面水泥砂浆以及表层的腻子构成，其中作为主体水泥砖中含有大量的氯离子，最表层的抹面水泥砂浆层也含大致相同的氯离子，可见对腐蚀产生重要作用的氯离子主要来源于墙体水泥砖中，其次是抹面水泥砂浆层中。墙体水泥内含有大量可溶性氯化物，特别是氯化钠，而且在环境上也具备水溶性条件，可见氯离子在这种潮湿的环境中通过水膜不断迁移到铝合金窗框附近，可在该处有条件形成富集。
从铝合金窗框及对比样涂层铝合金材料的热镶横向截面金相抛光态上看，失效样品和对比样品的涂层内部均存在一定量的非致密区域，在这些位置对应基体也存在腐蚀现象，说明腐蚀与涂层的致密性存在一定关联关系。
作为窗框和墙体间的密封材料的建筑用硅酮密封胶主要有两类，一种是酸性硅酮胶，另一类是中性胶，酸性胶价格较低，粘结力较强，但是应用范围受到限制，不可以直接粘结金属，并能够与碱性的建筑材料发生反应[3]。酸性胶固化时间较长，完全固化时间一般不超过一周，其固化时间与环境的关系较大，温度低，湿度大，施胶厚时则完全固化时间会显著变长，有时长达至数个月。酸性硅酮密封胶在凝固过程中会放出少量的乙酸，因此在通风状况较差的，环境较为潮湿的情况下，粉末喷涂铝合金窗框表面的硅酮密封胶密封部位一直处于潮湿的酸性环境，由于墙体整体处于潮湿状态，墙体水泥中的可溶性氯盐向墙体表面缓慢迁移并在水份变化波动较大的墙体表面，特别是室内温差变化最大处的窗框附近富集，因此在粉末喷涂的铝合金隔热型材加工的推拉窗框密封胶位置处形成一个强腐蚀性的乙酸浓盐溶液局部环境，造成了铝合金粉末喷涂窗框快速发生严重的腐蚀。
GB50164-2011关于混凝土搅拌物中要求在湿环境下氯离子含量不得超过0.2%，可见本次分析的墙体材料中的氯离子含量过高。这些氯离子可能来源于所用不合格的淡化海砂，也可能来源于建筑施工过程中加入的含氯无机防冻剂，无机防冻剂一般主要由氯化钠和氯化钙等组分构成。
综上可知铝合金推拉窗发生严重腐蚀与以下几种因素关系较大：1.首先房屋装修后未做通风干燥处理，室内长期处于一个较为潮湿的环境，同时因室内侧昼夜温差小，而室外温差较大，窗框位置是室内温差最大的位置，因此气温低时，过饱和水蒸气易在该处结露，形成了产生铝合金腐蚀的水介质环境。2.水泥砖中存在含量较高的氯离子，可溶性的氯离子可随墙体缝隙及物质表层水膜产生缓慢迁移，在冷热交替作用下可溶性盐被浓缩富集到温差较大的窗框位置处，导致该处氯离子浓度处于较高的水平。3. 如果硅酮密封胶是酸性的，在湿度较高的前提下腻子中的碳酸钙与硅酮密封胶中的反应产物乙酸可发生反应，如果所用密封胶是中性的则不存在酸碱反应这一问题。4.失效粉末喷涂窗料的表面涂层存在不致密缺陷，且当存在含氯离子的酸性液体介质通过该这些非致密区域渗入涂层并与铝合金基体接触时，铝合金的腐蚀将不可避免。
4.结论：
通过上述分析测试及综合讨论，可知本次分析的推拉窗窗框发生严重腐蚀失效的直接原因及间接原因如下：
1)墙体水泥中含有大量的氯离子及潮湿的室内环境是铝合金推拉窗窗框产生腐蚀穿孔的直接原因。
2)铝合金推拉窗表面涂层内存在非致密缺陷，这是产生腐蚀的另一可能的重要原因。
3)安装窗户时采用的硅酮密封胶可能是酸性的，这种微环境是铝合金推拉窗框腐蚀的重要促进因素。
4)氯离子主要来源于墙体中的水泥砖及表面的抹面水泥砂浆。
5.建议：
北方沿海某建筑公司送检的建筑铝合金隔热型材窗框发生严重腐蚀，本文采用宏观观察、化学成分分析、金相组织观察、扫描电镜及能谱分析等方法对腐蚀失效样品进行了分析测试，结果表明，高氯离子含量的水泥墙体、酸性硅酮密封胶及潮湿环境是这次腐蚀产生的主要原因，为此提出了合理的整改措施。
1)采用符合国家相关建筑标准的建筑材料，如采用氯离子含量应符合要求的混凝土或砂子，中性硅酮密封胶等；
2)密封施工应在墙体及表面的抹面砂浆及腻子完全干燥时施工。
3)墙体施工过程中当环境温度过低，必须采用防冻剂时，不应选用富含氯化物的防冻剂。
