Causas da corrosão da liga de alumínio e suas medidas de proteção

Estado atual da corrosão da liga de alumínio

Como um material metálico com desempenho superior, a liga de alumínio tem sido amplamente utilizada em muitos campos, como construção naval e trens de alta velocidade. No entanto, liga de alumínio enfrenta sérios problemas de corrosão em diferentes ambientes.

Em um ambiente atmosférico seco, o filme de passivação na superfície da liga de alumínio é estável e não é fácil de ser destruído. No entanto, ocorrerá corrosão local se for exposto ao ambiente atmosférico externo por um longo período de tempo. Por exemplo, depois que os íons de poeira são depositados na superfície, uma zona deficiente em oxigênio é formada na superfície do metal no filme de água sob os íons de poeira, resultando na destruição do filme de passivação e na diminuição da capacidade de autopassivação.

Corrosão da liga de alumínio

Na atmosfera industrial, O filme de proteção é facilmente danificado e a resistência à corrosão diminui. Especialmente em áreas poluídas pela chuva ácida com óxido de enxofre, A resistência à corrosão diminui significativamente, e a frente do material de alumínio geralmente é preto, preto com manchas brancas ou cinza com manchas pretas.

Na atmosfera marinha, Cl- tem um forte efeito destrutivo no filme de passivação. O estado passivo de liga de alumínio na água do mar é instável, e a corrosão local é sua principal forma de corrosão. A corrosão local comum inclui corrosão de picada e fenda. O alumínio puro não produz corrosão intergranular, Enquanto a liga de alumínio tem uma sensibilidade maior à corrosão intergranular. A corrosão do estresse ocorre principalmente em ligas de alumínio de alta resistência tratadas termicamente, e todos eles são do tipo intergranular de rachaduras. Quando as ligas de alumínio estão em contato com a maioria dos metais na água do mar, eles são anódicos, que irá acelerar a corrosão do alumínio. Na área de imersão total ou área de amplitude de maré, a bioincrustação marinha de superfície é mais grave do que outros metais, o que agravará a corrosão local das ligas de alumínio.

Sob diferentes ambientes de corrosão, o grau médio de corrosão das ligas de alumínio em 20 anos é sério. Em ambientes rurais, é 10~55μm; em ambientes urbanos, é 100~190μm; em ambientes marinhos, é 85 ~ 260μm. Quando o alumínio está em contato com metais como o aço, cobre e aço inoxidável, existe risco de corrosão galvânica.

O problema de corrosão das ligas de alumínio não afeta apenas a sua estética, mas também reduz sua resistência e vida útil, e até ameaça sua segurança em uso. Por exemplo, na construção naval, a corrosão das estruturas de liga de alumínio pode causar perfuração do casco, afetando a segurança da navegação do navio; em trens de alta velocidade, a corrosão das ligas de alumínio pode afetar a estabilidade de funcionamento e a segurança do trem. Portanto, é crucial resolver o problema de corrosão das ligas de alumínio.

O “inimigo natural” da corrosão da liga de alumínio

(EU) Medo de substâncias químicas

As ligas de alumínio são muito sensíveis a substâncias químicas como álcalis, ácido, e cloreto, e são propensos a reações de corrosão. Quando as ligas de alumínio encontram substâncias alcalinas fortes, como hidróxido de sódio, a película protetora em sua superfície será destruída, e o alumínio se dissolverá nele, sendo assim corroído pelo oxigênio. O ácido sulfúrico diluído também corroerá a densa película protetora na superfície das ligas de alumínio.. A fórmula química é Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂(SO₄)₃+3H₂O. Além disso, uma das corrosões que as ligas de alumínio mais temem é o cloreto. Embora as ligas de alumínio sejam o material preferido na fabricação de equipamentos marítimos, pontes, automóveis, e navios, a água salgada com cloreto tem um forte efeito corrosivo nas ligas de alumínio. Quando a superfície das ligas de alumínio está contaminada por água salgada com cloreto, perderá sua tenacidade devido ao ataque de cloretos e será facilmente danificado por esforços mecânicos repetidos.

Causas da corrosão da liga de alumínio

(II) Preocupações com perfis inferiores

Perfis de alumínio reciclado contendo impurezas produzidos por fabricantes informais são um grande perigo oculto de corrosão da liga de alumínio. Se os perfis de alumínio utilizados para portas e janelas de liga de alumínio não forem produzidos por fabricantes regulares e não atenderem aos padrões nacionais, mas o alumínio reciclado contendo impurezas é utilizado para pescar em águas turbulentas, então essas portas e janelas de alumínio estão sujeitas a ferrugem e corrosão. Este perfil inferior apresenta defeitos no processo de fabricação e na qualidade do material, e sua camada de óxido superficial é facilmente danificada, que não pode fornecer proteção eficaz para ligas de alumínio, aumentando assim o risco de ferrugem e corrosão da liga de alumínio.

(III) Riscos de ambientes especiais

Em ambientes especiais, como oceanos e indústrias, ligas de alumínio enfrentam graves desafios de corrosão. Em ambientes marinhos, ligas de alumínio são suscetíveis à oxidação, sulfureto, e corrosão por cloreto. A corrosão das ligas de alumínio no oceano se deve principalmente às reações de oxidação e à ação dos íons cloreto. Os íons cloreto na água do mar penetrarão na superfície da liga e formarão uma camada de óxido com a superfície do alumínio.. No entanto, sob exposição de longo prazo, íons cloreto destruirão a camada de óxido, resultando em corrosão agravada de ligas de alumínio. Ao mesmo tempo, o sulfeto também é um grande “inimigo natural” das ligas de alumínio no ambiente marinho. O sulfeto é um composto com afinidade eletrônica extremamente forte, que pode facilmente corroer a superfície das ligas de alumínio. No campo da aviação e aeroespacial, quando peças de liga de alumínio usadas em foguetes são operadas remotamente, ambientes pobres em oxigênio, sulfetos formarão um revestimento estável na superfície do material, afetando seriamente o desempenho do material. Em ambientes industriais, Especialmente em áreas poluídas pela chuva ácida com óxido de enxofre, O filme protetor das ligas de alumínio é facilmente danificado e a resistência à corrosão é reduzida. A frente dos materiais de alumínio é geralmente preta, preto com manchas brancas ou cinza com manchas pretas.

Causas da corrosão da liga de alumínio

(EU) Corrosão geral e corrosão local

Do aparecimento de corrosão, A corrosão de alumínio pode ser dividida em corrosão geral e corrosão local. A corrosão geral também é chamada de corrosão geral ou corrosão uniforme, que se refere à corrosão e perda uniformes da superfície do material em contato com o ambiente. A corrosão do alumínio na solução alcalina é uma corrosão uniforme comum, como lavagem de álcalis. O resultado da corrosão é que a superfície do alumínio se torna mais fina a uma taxa semelhante e o peso é reduzido. Mas não existe corrosão absolutamente uniforme, e a redução da espessura é diferente em lugares diferentes.

Corrosão de liga de alumínio

A corrosão local refere-se à ocorrência de corrosão limitada a uma faixa ou posição especial da estrutura.. Existem principalmente os seguintes tipos:

1. Pitting: A corrosão por corrosão ocorre em uma faixa ou posição muito local da superfície do metal, resultando em cavernas ou poços e estendendo-se para dentro, e até mesmo causando perfuração. O alumínio é frequentemente contaminado em soluções aquosas contendo cloretos. Entre a corrosão do alumínio, pitting é o mais comum, que é causado pela diferença entre o potencial de uma determinada faixa de alumínio e o potencial do substrato, ou pela presença de impurezas com potencial diferente do potencial do substrato de alumínio.

Corrosão intergranular de liga de alumínio

2. Corrosão intergranular: Um tipo de corrosão seletiva que ocorre nos limites dos grãos de metais ou ligas quando os grãos ou cristais em si não estão significativamente corroídos., o que causará uma queda acentuada nas propriedades mecânicas do material, levando a danos estruturais ou acidentes. Este tipo de corrosão pode ocorrer em alumínio de alta pureza em ácido clorídrico e água em alta temperatura. Al-Mg, Al-Zn-Mg, AI-Mg-Si, e ligas AI-Cu são relativamente sensíveis à corrosão intergranular. A razão para a corrosão intergranular é que os contornos dos grãos são muito ativos sob certas condições., como impurezas nos limites dos grãos, ou um aumento ou diminuição de um determinado elemento de liga nos limites dos grãos. Em outras palavras, deve haver uma camada fina nos limites dos grãos que seja eletronegativa ao resto do alumínio, e corrói primeiro.

3. Corrosão galvânica: Quando um metal relativamente ativo como o alumínio (ânodo) toca um metal menos ativo no mesmo ambiente ou está conectado por um condutor, um par galvânico é formado e a corrente flui, levando à corrosão galvânica. O potencial natural do alumínio é negativo. Quando o alumínio toca outros metais, alumínio é sempre ânodo, e a corrosão é acelerada. Quase qualquer alumínio e liga de alumínio é difícil de evitar a corrosão galvânica. Quando a diferença de potencial entre os dois metais em contato é maior, a corrosão galvânica é mais óbvia. Na corrosão galvânica, o fator área é extremamente importante, e um cátodo grande e um ânodo pequeno são a combinação mais desfavorável.

Corrosão galvânica de liga de alumínio

4. Corrosão em fendas: Quando metais iguais ou diferentes se tocam, ou metal e não metal se tocam, uma lacuna será formada, e a corrosão será formada na lacuna ou em sua vizinhança. Não há corrosão fora da lacuna, que é causado pela falta de oxigênio na lacuna, porque uma célula de concentração é formada neste momento. A corrosão em frestas não tem quase nada a ver com o tipo de liga, e mesmo ligas muito resistentes à corrosão ocorrerão. O ambiente ácido no topo da lacuna é a força motriz da corrosão. É um tipo de corrosão sob depósitos (escala). A corrosão sob a argamassa na superfície de 6063 perfis arquitetônicos de liga de alumínio são um tipo muito comum de corrosão em fendas em escala.

5. Fissuração por corrosão sob tensão: Fissuração por corrosão causada pela coexistência de tensão de tração e meios corrosivos especiais. A tensão pode ser uma tensão externa ou residual dentro do metal. Este último pode ser formado por deformação durante o processamento e fabricação, ou por mudanças drásticas de temperatura durante a têmpera, ou por alterações de volume causadas por alterações na estrutura interna. O estresse causado pela rebitagem, aparafusamento, ajuste de pressão, e o ajuste por encolhimento também é tensão residual. Quando a tensão de tração da superfície do metal atinge o limite de escoamento Rpo.2, ocorrerá rachadura por corrosão sob tensão. Quer seja 7000 placa grossa de liga de alumínio em série ou 2000 Series, tensão residual será formada durante a têmpera. Deve ser eliminado por pré-alongamento antes do tratamento de envelhecimento para evitar deformação ou mesmo trazê-lo para dentro das peças durante o processamento de peças de aeronaves.

Fissuração por corrosão sob tensão

6. Corrosão em camadas: Esta corrosão também é chamada de peeling, descamação, e corrosão em camadas, que pode ser simplesmente referido como peeling. É um tipo especial de forma de corrosão de 2000 Series, 5000 Series, 6000 Series, e 7000 ligas em série. É mais comum em materiais extrudados. Assim que aparecer, pode ser removido camada por camada como mica.

Corrosão laminar

7. Corrosão filiforme: É uma corrosão subfilme que se desenvolve sob o filme em forma de verme. Este filme pode ser um filme de tinta ou outras camadas. Geralmente não ocorre sob o filme anodizado. A corrosão filiforme está relacionada à composição da liga, pré-tratamento de pré-revestimento, e fatores ambientais. Fatores ambientais incluem umidade, temperatura, cloreto, etc.

Corrosão filiforme

(II) Análise de fatores de influência

Os fatores que influenciam a corrosão da liga de alumínio são principalmente ambientais, metalurgia e estresse.

• 1. Fatores ambientais: Os fatores ambientais que afetam a corrosão sob tensão da liga de alumínio incluem principalmente o tipo de íon, concentração de íons, pH da solução, oxigênio e outros gases, inibidores de corrosão, temperatura ambiente, pressão ambiente, etc. Por exemplo, em diferentes ambientes atmosféricos, a sensibilidade à corrosão sob tensão das ligas de alumínio 2A12 e 7A04 é diferente, e são mais sensíveis em ambientes marinhos. O ambiente marinho contém uma grande quantidade de sal, e Cl- penetrará na película protetora na superfície da liga de alumínio e entrará no interior, causando corrosão nele. Quando a concentração em massa da solução de HNO3 está entre 20% e 40%, a corrosão da liga de alumínio se intensifica, e a taxa de corrosão da liga de alumínio atinge o ponto mais alto quando a concentração é de cerca de 35%. Em solução concentrada de HNO3, a corrosão sob tensão da liga de alumínio não é óbvia, porque um filme denso de óxido é formado na superfície da liga de alumínio, que evita mais corrosão do HNO3.
• 2. Fatores metalúrgicos: Fatores metalúrgicos incluem principalmente método de fundição, método de processamento e tratamento térmico. Diferentes fatores metalúrgicos alteram o tipo de filme superficial de liga de alumínio, e causar diferentes organizações internas e mudanças na estrutura cristalina da liga de alumínio, afetando assim o comportamento eletroquímico e o comportamento mecânico da liga de alumínio, resultando em diferentes sensibilidades à corrosão sob tensão da liga de alumínio. Por exemplo, a polarização catódica aumenta a sensibilidade à corrosão sob tensão da liga de alumínio, e a sensibilidade à corrosão sob tensão da soldagem por fricção é menor do que a da soldagem por fusão. Acredita-se geralmente que o tratamento adequado 6061-T6 e 3004 ligas de alumínio não terão SCC.
• 3. Fatores de estresse: Os fatores de estresse incluem principalmente o tipo de carga, tamanho da carga, direção de carregamento, velocidade de carregamento, etc. No que diz respeito ao SCC, a direção da tensão deve ser perpendicular ao limite do grão para que possa ser separada. Um dos fatores-chave na geração de corrosão sob tensão é o estresse. Diferentes efeitos de estresse produzirão efeitos diferentes. A tensão alternada e o ambiente trabalham juntos para produzir fadiga por corrosão, que geralmente é significativamente diferente da fissuração por corrosão sob tensão causada por tensão fixa. Geralmente, a fadiga por corrosão tem consequências mais sérias do que a corrosão sob tensão. Além disso, diferentes velocidades de carregamento também afetarão a sensibilidade da corrosão sob tensão da liga de alumínio.

Método de proteção de liga de alumínio

(EU) Melhorando a resistência à corrosão dos materiais

A escolha razoável da composição e do processo de tratamento térmico é um método importante para melhorar a resistência à corrosão da liga de alumínio. Por exemplo, alguns elementos resistentes à corrosão, como cobre, magnésio, zinco, etc. pode ser adicionado à liga de alumínio para formar uma liga resistente à corrosão. Esses elementos podem melhorar a resistência à corrosão da liga de alumínio e melhorar sua estabilidade em ambientes agressivos.. Ao mesmo tempo, um processo de tratamento térmico razoável pode alterar a organização interna e a estrutura cristalina da liga de alumínio, melhorando assim sua resistência à corrosão. Por exemplo, através de tratamento de solução e tratamento de envelhecimento, a fase de reforço na liga de alumínio pode ser distribuída uniformemente, melhorando sua resistência à corrosão.

Liga de alumínio anticorrosão

(II) Estratégia de tratamento de superfície

• 1. anodização: A anodização é um método de formação de uma película espessa de óxido na superfície da liga de alumínio., que pode efetivamente melhorar a resistência à corrosão da liga de alumínio. O processo de anodização pode ajustar a espessura e a qualidade do filme de óxido, controlando os parâmetros do processo para aumentar ainda mais sua resistência à corrosão..
• 2. Pintura: A pintura é um método comum de tratamento de superfície que pode formar uma película protetora na superfície da liga de alumínio para evitar que a liga de alumínio entre em contato com o ambiente externo., melhorando assim sua resistência à corrosão. Ao escolher um revestimento, um revestimento com boa resistência à corrosão e adesão deve ser selecionado.
• 3. Alumínio puro revestido na superfície de alumínio duro: O alumínio puro revestido na superfície do alumínio duro pode melhorar a resistência à corrosão do alumínio duro. O alumínio puro formará uma densa película de óxido no ar, o que pode efetivamente impedir que a liga de alumínio entre em contato com o ambiente externo, melhorando assim sua resistência à corrosão.

(III) Medidas à prova d'água e à prova de poeira

• 1. Design de produto: O design do produto deve estar em conformidade com o nível IP para evitar falhas no cumprimento dos requisitos de detecção de IP. Na fase inicial do design, é crucial definir a meta que a carcaça de alumínio precisa para atingir o nível de proteção ideal.
• 2. Seleção de materiais: Escolha alumínio anodizado. A liga de alumínio formará uma película de óxido após entrar em contato com o ar, que pode desempenhar um papel no isolamento do ar. Se outros processos relacionados forem realizados posteriormente, as vantagens do filme de óxido serão reforçadas.
• 3. Seleção de componentes: Na estrutura de componentes do shell, o efeito à prova d'água e à prova de poeira pode ser melhorado através de vários componentes de design de proteção. Por exemplo, o anel de vedação de silicone tem desempenho de vedação de alta qualidade, resistência à tração, resistência corona, resistência ao arco, resistência a altas e baixas temperaturas, e bom desempenho de isolamento elétrico.
• 4. Testes repetidos: O invólucro impermeável produzido precisa ser testado de acordo com os padrões relevantes para obter qualificações socialmente reconhecidas. A caixa de alumínio à prova d'água da série Yonggu L/M obteve a certificação IP68 do Shenzhen Bureau Veritas International Testing Group (atualmente testado para ser completamente adequado para imersão em 1.5 metros de água por meia hora).

(4) Técnica de proteção catódica

A proteção catódica é um método de prevenir a corrosão do metal, fornecendo elétrons ao metal protegido para torná-lo um cátodo.. Na proteção de ligas de alumínio, a proteção do ânodo sacrificial é um método de proteção catódica comumente usado. Os ânodos de sacrifício geralmente usam metais como o zinco, magnésio, e alumínio. Esses metais têm um potencial mais negativo que as ligas de alumínio. Eles são preferencialmente dissolvidos como ânodos em células de corrosão, liberar elétrons, e fluir para a liga de alumínio protegida, tornando-o um cátodo, evitando assim a corrosão da liga de alumínio. Por exemplo, no ambiente marinho, a estrutura metálica do navio é suscetível à corrosão, e o ânodo sacrificial de liga de alumínio pode efetivamente prolongar a vida útil do navio. Grandes estruturas de engenharia marítima, como plataformas offshore e oleodutos submarinos, permanecem na água do mar e em ambientes atmosféricos marinhos há muito tempo., e ânodos sacrificiais de liga de alumínio também podem fornecer proteção catódica confiável.

(V) Método de fosfatização de zinco

A fosfatização de zinco é um método de formação de uma película de fosfatização na superfície de ligas de alumínio., o que pode melhorar a resistência à corrosão de ligas de alumínio. O processo de fosfatização de zinco inclui desengorduramento, remoção de ferrugem, gravação alcalina, ataque ácido, fosfatação, lavar e secar. Durante o processo de fosfatação, a superfície da liga de alumínio reage com o dihidrogenofosfato de zinco, nitrato, ácido fosfórico e outros componentes na solução de fosfatação para formar um filme de fosfatação. Este filme de fosfatação tem boa resistência à corrosão e adesão, e pode prevenir eficazmente a corrosão da liga de alumínio. Por exemplo, na proteção de superfície de chassis de liga de alumínio, a fosfatização de zinco pode ser usada para melhorar a resistência à corrosão e a vida útil do chassi.

Resumir

As ligas de alumínio são amplamente utilizadas na indústria moderna, mas os problemas de corrosão afectam seriamente o seu desempenho e vida útil. Este artigo analisa os inimigos naturais, causas e métodos de proteção da corrosão da liga de alumínio para fornecer uma referência para resolver problemas de corrosão da liga de alumínio. Melhorando a resistência à corrosão do material, tratamento da superfície, tomando medidas à prova d'água e à prova de poeira, o uso de métodos de proteção catódica e fosfatação de zinco pode efetivamente reduzir a corrosão da liga de alumínio e prolongar sua vida útil.