Przyczyny korozji stopów aluminium i środki zabezpieczające

Aktualny stan korozji stopów aluminium

Jako materiał metaliczny o doskonałych parametrach, Stop aluminium jest szeroko stosowany w wielu dziedzinach, takich jak przemysł stoczniowy i koleje dużych prędkości. Jednakże, stop aluminium napotyka poważne problemy z korozją w różnych środowiskach.

W suchym środowisku atmosferycznym, folia pasywacyjna na powierzchni stopu aluminium jest stabilna i niełatwa do zniszczenia. Jednakże, W przypadku długotrwałego wystawienia na działanie zewnętrznego środowiska atmosferycznego wystąpią lokalne wżery. Na przykład, po osadzeniu się jonów pyłu na powierzchni, na powierzchni metalu w warstwie wody pod jonami pyłu tworzy się strefa niedoboru tlenu, co powoduje zniszczenie filmu pasywacyjnego i zmniejszenie zdolności do samopasywacji.

Korozja stopu aluminium

W industrialnej atmosferze, folia ochronna łatwo ulega uszkodzeniu i zmniejsza się odporność na korozję. Zwłaszcza na obszarach zanieczyszczonych kwaśnymi deszczami z tlenku siarki, odporność na korozję znacznie spada, a przód materiału aluminiowego jest zazwyczaj czarny, czarny z białymi plamami lub szary z czarnymi plamami.

W atmosferze morskiej, KL- działa silnie destrukcyjnie na warstwę pasywacyjną. Stan pasywny stopu aluminium w wodzie morskiej jest niestabilny, a korozja lokalna jest jej główną formą korozji. Typowa korozja miejscowa obejmuje korozję wżerową i szczelinową. Czyste aluminium nie powoduje korozji międzykrystalicznej, podczas gdy stop aluminium ma większą wrażliwość na korozję międzykrystaliczną. Korozja naprężeniowa występuje głównie w obrabianych cieplnie stopach aluminium o wysokiej wytrzymałości, i wszystkie są typu pękania międzykrystalicznego. Gdy stopy aluminium mają kontakt z większością metali w wodzie morskiej, są anodowe, co przyspieszy korozję aluminium. W obszarze pełnego zanurzenia lub w obszarze zasięgu pływów, biofouling na powierzchni morza jest poważniejszy niż w przypadku innych metali, co pogorszy lokalną korozję stopów aluminium.

W różnych środowiskach korozyjnych, średni stopień wżerów stopów aluminium 20 lat to poważna sprawa. W środowiskach wiejskich, wynosi 10 ~ 55 μm; w środowiskach miejskich, wynosi 100 ~ 190 μm; w środowiskach morskich, wynosi 85 ~ 260 μm. Kiedy aluminium styka się z metalami, takimi jak stal, miedź i stal nierdzewna, istnieje ryzyko korozji galwanicznej.

Problem korozji stopów aluminium wpływa nie tylko na ich estetykę, ale także zmniejsza jego wytrzymałość i żywotność, a nawet zagraża bezpieczeństwu użytkowania. Na przykład, w budowie statków, korozja konstrukcji ze stopów aluminium może spowodować przebicie kadłuba, mających wpływ na bezpieczeństwo żeglugi statku; w pociągach dużych prędkości, korozja stopów aluminium może mieć wpływ na stabilność jazdy i bezpieczeństwo pociągu. Dlatego, niezwykle istotne jest rozwiązanie problemu korozji stopów aluminium.

„Naturalny wróg” korozji stopów aluminium

(I) Strach przed substancjami chemicznymi

Stopy aluminium są bardzo wrażliwe na substancje chemiczne, takie jak zasady, kwas, i chlorek, i są podatne na reakcje korozyjne. Gdy stopy aluminium napotykają silne substancje alkaliczne, takie jak wodorotlenek sodu, warstwa ochronna na jego powierzchni ulegnie zniszczeniu, i aluminium się w nim rozpuści, ulegając w ten sposób korozji pod wpływem tlenu. Rozcieńczony kwas siarkowy powoduje również korozję gęstej warstwy ochronnej na powierzchni stopów aluminium. Wzór chemiczny to Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂(SO₄)₃+3H₂O. Ponadto, jedną z korozji, której stopy aluminium najbardziej się obawiają, jest chlorek. Chociaż stopy aluminium są preferowanym materiałem do produkcji sprzętu morskiego, mosty, samochody, i statki, słona woda chlorkowa ma silne działanie korozyjne na stopy aluminium. Gdy powierzchnia stopów aluminium jest zanieczyszczona słoną wodą chlorkową, straci swoją wytrzymałość w wyniku działania chlorków i łatwo ulega uszkodzeniu w wyniku powtarzających się naprężeń mechanicznych.

Przyczyny korozji stopów aluminium

(II) Obawy dotyczące gorszych profili

Profile aluminiowe zawierające zanieczyszczenia, produkowane przez nieformalnych producentów, stanowią główne ukryte ryzyko korozji stopu aluminium. Jeśli profile aluminiowe stosowane do drzwi i okien ze stopów aluminium nie są produkowane przez zwykłych producentów i nie spełniają norm krajowych, ale aluminium pochodzące z recyklingu zawierające zanieczyszczenia jest wykorzystywane do połowów w wzburzonych wodach, wówczas takie aluminiowe drzwi i okna są podatne na rdzę i korozję. Ten gorszy profil ma wady w procesie produkcyjnym i jakości materiału, a jego powierzchniowa warstwa tlenku łatwo ulega uszkodzeniu, które nie mogą zapewnić skutecznej ochrony stopu aluminium, zwiększając w ten sposób ryzyko rdzy i korozji stopu aluminium.

(III) Zagrożenia w środowiskach specjalnych

W specjalnych środowiskach, takich jak oceany i przemysł, stopy aluminium stoją w obliczu poważnych wyzwań związanych z korozją. W środowiskach morskich, stopy aluminium są podatne na utlenianie, siarczek, i korozję chlorkową. Korozja stopów aluminium w oceanie wynika głównie z reakcji utleniania i działania jonów chlorkowych. Jony chlorkowe w wodzie morskiej wnikają w powierzchnię stopu i tworzą warstwę tlenku z powierzchnią aluminium. Jednakże, w przypadku długotrwałego narażenia, jony chlorkowe zniszczą warstwę tlenkową, powodując wzmożoną korozję stopów aluminium. W tym samym czasie, siarczek jest także głównym „naturalnym wrogiem” stopów aluminium w środowisku morskim. Siarczek jest związkiem o niezwykle silnym powinowactwie elektronowym, które mogą łatwo powodować korozję powierzchni stopów aluminium. W dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki, gdy części ze stopu aluminium stosowane w rakietach są obsługiwane zdalnie, środowiska ubogie w tlen, siarczki utworzą stabilną powłokę na powierzchni materiału, poważnie wpływające na działanie materiału. W środowiskach przemysłowych, szczególnie na obszarach zanieczyszczonych kwaśnymi deszczami z tlenku siarki, warstwa ochronna stopów aluminium łatwo ulega uszkodzeniu i zmniejsza się odporność na korozję. Przód materiałów aluminiowych jest zazwyczaj czarny, czarny z białymi plamami lub szary z czarnymi plamami.

Przyczyny korozji stopów aluminium

(I) Korozja ogólna i korozja miejscowa

Od pojawienia się korozji, korozję aluminium można podzielić na korozję ogólną i korozję lokalną. Korozja ogólna nazywana jest również korozją ogólną lub korozją równomierną, co odnosi się do równomiernej korozji i utraty powierzchni materiału w kontakcie z otoczeniem. Korozja aluminium w roztworze zasadowym jest powszechną korozją równomierną, takie jak mycie alkaliami. W wyniku korozji powierzchnia aluminium staje się cieńsza w podobnym tempie, a ciężar ulega zmniejszeniu. Ale absolutnie jednolita korozja nie istnieje, a redukcja grubości jest różna w różnych miejscach.

Wżery ze stopu aluminium

Korozja lokalna odnosi się do występowania korozji ograniczonej do specjalnego zakresu lub położenia konstrukcji. Istnieją głównie następujące typy:

1. Wżery: Wżery występują w bardzo lokalnym zakresie lub położeniu powierzchni metalu, tworząc jaskinie lub doły i rozciągając się do wewnątrz, a nawet spowodować perforację. Aluminium często wżera się w wodnych roztworach zawierających chlorki. Wśród korozji aluminium, najczęstsze są wżery, co jest spowodowane różnicą pomiędzy potencjałem pewnego zakresu aluminium a potencjałem podłoża, lub przez obecność zanieczyszczeń o potencjale innym niż potencjał podłoża aluminiowego.

Korozja międzykrystaliczna stopu aluminium

2. Korozja międzykrystaliczna: Rodzaj korozji selektywnej, która występuje na granicach ziaren metali lub stopów, gdy same ziarna lub kryształy nie są znacząco skorodowane, co spowoduje gwałtowny spadek właściwości mechanicznych materiału, prowadzące do uszkodzeń konstrukcji lub wypadków. Ten rodzaj korozji może wystąpić w aluminium o wysokiej czystości w kwasie solnym i wodzie o wysokiej temperaturze. Al-Mg, Al-Zn-Mg, AI-Mg-Si, i stopy AI-Cu są stosunkowo wrażliwe na korozję międzykrystaliczną. Przyczyną korozji międzykrystalicznej jest to, że granice ziaren są bardzo aktywne w pewnych warunkach, takie jak zanieczyszczenia na granicach ziaren, lub wzrost lub spadek zawartości określonego pierwiastka stopowego na granicach ziaren. Innymi słowy, na granicach ziaren musi znajdować się cienka warstwa, która jest elektroujemna w stosunku do reszty aluminium, i najpierw koroduje.

3. Korozja galwaniczna: Gdy stosunkowo aktywny metal, taki jak aluminium (anoda) dotyka mniej aktywnego metalu w tym samym środowisku lub jest połączony przewodnikiem, powstaje para galwaniczna i płynie prąd, co prowadzi do korozji galwanicznej. Naturalny potencjał aluminium jest ujemny. Kiedy aluminium styka się z innymi metalami, aluminium jest zawsze anodą, i korozja ulega przyspieszeniu. Prawie każdemu aluminium i stopowi aluminium trudno jest uniknąć korozji galwanicznej. Kiedy różnica potencjałów między dwoma stykającymi się metalami jest większa, korozja galwaniczna jest bardziej widoczna. W korozji galwanicznej, współczynnik powierzchni jest niezwykle ważny, a duża katoda i mała anoda to najbardziej niekorzystna kombinacja.

Korozja galwaniczna stopu aluminium

4. Korozja szczelinowa: Kiedy te same lub różne metale stykają się ze sobą, lub metal i niemetal stykają się ze sobą, powstanie luka, a korozja utworzy się w szczelinie lub w jej pobliżu. Na zewnątrz szczeliny nie ma korozji, co jest spowodowane brakiem tlenu w szczelinie, ponieważ w tym czasie tworzy się komórka koncentracyjna. Korozja szczelinowa nie ma prawie nic wspólnego z rodzajem stopu, a nawet stopy bardzo odporne na korozję. Siłą napędową korozji jest środowisko kwasowe w górnej części szczeliny. Jest to rodzaj korozji pod osadami (skala). Korozja pod zaprawą na powierzchni 6063 architektoniczne profile aluminiowe ze stopów są bardzo powszechnym rodzajem korozji szczelinowej pod wpływem kamienia.

5. Pękanie korozyjne naprężeniowe: Pękanie korozyjne spowodowane współistnieniem naprężeń rozciągających i specjalnych mediów korozyjnych. Naprężenie może być naprężeniem zewnętrznym lub szczątkowym wewnątrz metalu. Te ostatnie mogą powstać w wyniku odkształcenia podczas przetwarzania i wytwarzania, lub przez drastyczne zmiany temperatury podczas hartowania, lub zmianami objętości spowodowanymi zmianami w strukturze wewnętrznej. Naprężenia spowodowane nitowaniem, sworzniowy, wciskanie, a dopasowanie skurczowe jest również naprężeniem szczątkowym. Kiedy naprężenie rozciągające powierzchni metalu osiąga granicę plastyczności Rpo.2, nastąpi pękanie korozyjne naprężeniowe. Czy tak jest 7000 seria gruba płyta ze stopu aluminium lub 2000 seria, podczas hartowania powstaną naprężenia szczątkowe. Należy go wyeliminować poprzez wstępne rozciąganie przed starzeniem, aby uniknąć deformacji lub nawet wprowadzenia go w części podczas obróbki części samolotów.

Pękanie korozyjne naprężeniowe

6. Korozja warstwowa: Korozja ta nazywana jest również łuszczeniem się, łuszczenie się, i korozja warstwowa, co można po prostu określić mianem peelingu. Jest to specjalny rodzaj korozji 2000 seria, 5000 seria, 6000 seria, I 7000 stopy szeregowe. Częściej występuje w materiałach wytłaczanych. Gdy się pojawi, można go zdzierać warstwa po warstwie, jak mikę.

Korozja laminarna

7. Korozja nitkowata: Jest to korozja podpowłokowa, która rozwija się pod powłoką w kształcie robaka. Ta folia może być powłoką farby lub innymi warstwami. Zwykle nie występuje pod powłoką anodowaną. Korozja nitkowa jest związana ze składem stopu, obróbka wstępna powłoki, i czynniki środowiskowe. Czynniki środowiskowe obejmują wilgotność, temperatura, chlorek, itp.

Korozja nitkowata

(II) Analiza czynników wpływających

Czynnikami wpływającymi na korozję stopów aluminium są głównie środowisko, metalurgia i stres.

• 1. Czynniki środowiskowe: Czynniki środowiskowe wpływające na korozję naprężeniową stopu aluminium obejmują głównie rodzaj jonów, stężenie jonów, pH roztworu, tlen i inne gazy, inhibitory korozji, temperatura otoczenia, ciśnienie otoczenia, itp. Na przykład, w różnych środowiskach atmosferycznych, wrażliwość na korozję naprężeniową stopów aluminium 2A12 i 7A04 jest inna, i są bardziej wrażliwe w środowiskach morskich. Środowisko morskie zawiera duże ilości soli, i kl- przeniknie przez warstwę ochronną na powierzchni stopu aluminium i przedostanie się do wnętrza, powodując jego korozję. Gdy stężenie masowe roztworu HNO3 mieści się pomiędzy 20% I 40%, korozja stopów aluminium nasila się, a szybkość korozji stopu aluminium osiąga najwyższy punkt, gdy stężenie wynosi około 35%. W stężonym roztworze HNO3, korozja naprężeniowa stopu aluminium nie jest oczywista, ponieważ na powierzchni stopu aluminium tworzy się gęsta warstwa tlenku, co zapobiega dalszej korozji HNO3.
• 2. Czynniki metalurgiczne: Czynniki metalurgiczne obejmują głównie metodę odlewania, sposób przetwarzania i obróbka cieplna. Różne czynniki metalurgiczne zmieniają rodzaj folii powierzchniowej ze stopu aluminium, i powodują różne organizacje wewnętrzne i zmiany w strukturze krystalicznej stopu aluminium, wpływając w ten sposób na zachowanie elektrochemiczne i mechaniczne stopu aluminium, co powoduje różną wrażliwość stopu aluminium na korozję naprężeniową. Na przykład, Polaryzacja katodowa zwiększa wrażliwość stopu aluminium na korozję naprężeniową, a wrażliwość na korozję naprężeniową podczas zgrzewania tarciowego z przemieszaniem jest niższa niż w przypadku zgrzewania statycznego. Powszechnie uważa się, że odpowiednio leczone 6061-T6 I 3004 stopy aluminium nie będą miały SCC.
• 3. Czynniki stresowe: Czynniki naprężające obejmują głównie rodzaj obciążenia, rozmiar ładunku, kierunek ładowania, prędkość ładowania, itp. Jeśli chodzi o SCC, kierunek naprężenia musi być prostopadły do ​​granicy ziaren, aby można było je oddzielić. Jednym z kluczowych czynników powodujących korozję naprężeniową jest naprężenie. Różne skutki stresu będą powodować różne skutki. Naprężenia przemienne i środowisko współdziałają, powodując zmęczenie korozyjne, które zwykle znacznie różni się od pękania korozyjnego naprężeniowego spowodowanego naprężeniem stałym. Zazwyczaj, zmęczenie korozyjne ma poważniejsze konsekwencje niż korozja naprężeniowa. Ponadto, różne prędkości ładowania będą również wpływać na wrażliwość korozji naprężeniowej stopu aluminium.

Metoda ochrony stopu aluminium

(I) Poprawa odporności materiałów na korozję

Wybór rozsądnego składu i procesu obróbki cieplnej jest ważną metodą poprawy odporności stopu aluminium na korozję. Na przykład, niektóre elementy odporne na korozję, takie jak miedź, magnez, cynk, itp. można dodać do stopu aluminium, tworząc stop odporny na korozję. Elementy te mogą poprawić odporność na korozję stopu aluminium i poprawić jego stabilność w trudnych warunkach. W tym samym czasie, rozsądny proces obróbki cieplnej może zmienić wewnętrzną organizację i strukturę krystaliczną stopu aluminium, poprawiając w ten sposób jego odporność na korozję. Na przykład, poprzez obróbkę roztworową i obróbkę starzenia, faza wzmacniająca w stopie aluminium może być równomiernie rozłożona, poprawiając jego odporność na korozję.

Stop aluminium antykorozyjny

(II) Strategia obróbki powierzchni

• 1. Anodowanie: Anodowanie to metoda tworzenia grubej warstwy tlenku na powierzchni stopu aluminium, które mogą skutecznie poprawić odporność na korozję stopu aluminium. Proces anodowania może regulować grubość i jakość warstwy tlenku poprzez kontrolowanie parametrów procesu w celu dalszego zwiększenia jej odporności na korozję.
• 2. Malarstwo: Malowanie to powszechna metoda obróbki powierzchni, która może utworzyć warstwę ochronną na powierzchni stopu aluminium, aby zapobiec kontaktowi stopu aluminium ze środowiskiem zewnętrznym, poprawiając w ten sposób jego odporność na korozję. Przy wyborze powłoki, należy wybrać powłokę o dobrej odporności na korozję i dobrej przyczepności.
• 3. Czyste aluminium powlekane na powierzchni twardego aluminium: Czyste aluminium pokryte powierzchnią twardego aluminium może poprawić odporność twardego aluminium na korozję. Czyste aluminium utworzy w powietrzu gęstą warstwę tlenku, co może skutecznie zapobiegać kontaktowi stopu aluminium ze środowiskiem zewnętrznym, poprawiając w ten sposób jego odporność na korozję.

(III) Środki wodoodporne i pyłoszczelne

• 1. Projekt produktu: Projekt produktu musi być zgodny z poziomem IP, aby zapobiec niespełnieniu wymagań dotyczących wykrywania IP. Na wczesnym etapie projektowania, ważne jest, aby wyznaczyć cel, jaki musi osiągnąć aluminiowa powłoka, aby osiągnąć idealny poziom ochrony.
• 2. Wybór materiału: Wybierz aluminium anodowane. Stop aluminium po kontakcie z powietrzem utworzy warstwę tlenku, które mogą odgrywać rolę w izolowaniu powietrza. Jeśli inne powiązane procesy zostaną przeprowadzone później, zalety folii tlenkowej zostaną wzmocnione.
• 3. Wybór komponentów: W strukturze składowej powłoki, Efekt wodoodporności i pyłoszczelności można poprawić dzięki kilku elementom ochronnym. Na przykład, uszczelniający pierścień silikonowy ma wysokiej jakości właściwości uszczelniające, odporność na rozciąganie, odporność na koronę, odporność na łuk, odporność na wysokie i niskie temperatury, i dobra izolacja elektryczna.
• 4. Powtarzane testowanie: Wyprodukowana wodoodporna skorupa musi zostać przetestowana zgodnie z odpowiednimi normami, aby uzyskać uznane społecznie kwalifikacje. Wodoodporna aluminiowa obudowa serii Yonggu L/M uzyskała certyfikat IP68 od Shenzhen Bureau Veritas International Testing Group (obecnie testowany pod kątem całkowitego zanurzenia 1.5 metrów wody przez pół godziny).

(IV) Technika ochrony katodowej

Ochrona katodowa to metoda zapobiegania korozji metalu poprzez dostarczanie elektronów do chronionego metalu, aby uczynić go katodą. W ochronie stopów aluminium, Powszechnie stosowaną metodą ochrony katodowej jest protektorowa ochrona anodowa. Anody protektorowe zwykle wykorzystują metale, takie jak cynk, magnez, i aluminium. Metale te mają bardziej ujemny potencjał niż stopy aluminium. Są one korzystnie rozpuszczane jako anody w ogniwach korozyjnych, uwolnić elektrony, i spływa do zabezpieczonego stopu aluminium, czyniąc z niego katodę, zapobiegając w ten sposób korozji stopu aluminium. Na przykład, w środowisku morskim, metalowa konstrukcja statku jest podatna na korozję, a anoda protektorowa ze stopu aluminium może skutecznie przedłużyć żywotność statku. Duże konstrukcje inżynierii morskiej, takie jak platformy wiertnicze i rurociągi podmorskie, przez długi czas znajdują się w środowisku wody morskiej i atmosfery morskiej, i anody protektorowe ze stopu aluminium mogą również zapewnić im niezawodną ochronę katodową.

(V) Metoda fosforanowania cynkowego

Fosforanowanie cynkiem to metoda tworzenia filmu fosforanującego na powierzchni stopów aluminium, które mogą poprawić odporność na korozję stopów aluminium. Proces fosforanowania cynku obejmuje odtłuszczanie, usuwanie rdzy, trawienie alkaliczne, trawienie kwasem, fosforanowanie, mycie i suszenie. Podczas procesu fosforanowania, powierzchnia stopu aluminium reaguje z diwodorofosforanem cynku, azotan, kwasu fosforowego i innych składników roztworu fosforanującego w celu utworzenia błony fosforanowej. Ta folia fosforanowa ma dobrą odporność na korozję i przyczepność, i może skutecznie zapobiegać korozji stopu aluminium. Na przykład, w ochronie powierzchni podwozia ze stopu aluminium, Aby poprawić odporność na korozję i żywotność podwozia, można zastosować fosforanowanie cynkowe.

Podsumować

Stopy aluminium są szeroko stosowane w nowoczesnym przemyśle, jednak problemy z korozją poważnie wpływają na ich wydajność i żywotność. W tym artykule dokonano analizy wrogów naturalnych, przyczyny i metody ochrony przed korozją stopów aluminium, aby zapewnić punkt odniesienia przy rozwiązywaniu problemów związanych z korozją stopów aluminium. Poprawa odporności materiału na korozję, obróbka powierzchniowa, stosując środki wodoodporne i pyłoszczelne, stosowanie metod ochrony katodowej i fosforanowania cynku może skutecznie zmniejszyć korozję stopu aluminium i wydłużyć jego żywotność.