Príčiny korózie hliníkovej zliatiny a jej ochranné opatrenia

Súčasný stav korózie hliníkových zliatin

Ako kovový materiál s vynikajúcim výkonom, hliníková zliatina sa široko používa v mnohých oblastiach, ako je stavba lodí a vysokorýchlostné vlaky. Avšak, hliníková zliatina čelí vážnym problémom s koróziou v rôznych prostrediach.

V suchom atmosférickom prostredí, pasivačný film na povrchu hliníkovej zliatiny je stabilný a nie je ľahké ho zničiť. Avšak, ak je dlhodobo vystavený vonkajšiemu atmosférickému prostrediu, dôjde k lokálnej jamkovej jamke. Napríklad, po usadení prachových iónov na povrchu, na povrchu kovu vo vodnom filme pod iónmi prachu sa vytvorí zóna s nedostatkom kyslíka, čo vedie k deštrukcii pasivačného filmu a zníženiu schopnosti samopasivácie.

Korózia zliatiny hliníka

V industriálnej atmosfére, ochranný film sa ľahko poškodí a odolnosť proti korózii sa zníži. Najmä v oblastiach znečistených kyslými dažďami oxidu síry, odolnosť proti korózii výrazne klesá, a predná strana hliníkového materiálu je vo všeobecnosti čierna, čierna s bielymi škvrnami alebo sivá s čiernymi škvrnami.

V morskej atmosfére, CL- má silný deštruktívny účinok na pasivačný film. Pasívny stav hliníkovej zliatiny v morskej vode je nestabilný, a lokálna korózia je jej hlavnou formou korózie. Bežná lokálna korózia zahŕňa jamkovú a štrbinovú koróziu. Čistý hliník nevyvoláva medzikryštalickú koróziu, zatiaľ čo hliníková zliatina má väčšiu citlivosť na medzikryštalickú koróziu. Napäťová korózia sa vyskytuje hlavne v tepelne spracovaných hliníkových zliatinách s vysokou pevnosťou, a všetky sú typu medzikryštalického praskania. Keď sú hliníkové zliatiny v kontakte s väčšinou kovov v morskej vode, sú anodické, čo urýchli koróziu hliníka. V oblasti úplného ponorenia alebo oblasti prílivu, povrchové morské biologické znečistenie je vážnejšie ako iné kovy, čo zhorší lokálnu koróziu hliníkových zliatin.

V rôznych koróznych prostrediach, priemerný stupeň bodkovania hliníkových zliatin v 20 rokov je vážny. Vo vidieckom prostredí, je to 10~55μm; v mestskom prostredí, je to 100 ~ 190 μm; v morskom prostredí, je to 85~260μm. Keď je hliník v kontakte s kovmi, ako je oceľ, meď a nehrdzavejúca oceľ, hrozí galvanická korózia.

Problém korózie hliníkových zliatin ovplyvňuje nielen ich estetiku, ale zároveň znižuje jeho pevnosť a životnosť, a dokonca ohrozuje jeho bezpečnosť pri používaní. Napríklad, pri stavbe lodí, korózia konštrukcií hliníkových zliatin môže spôsobiť prerazenie trupu, ovplyvňujúce bezpečnosť plavby lode; vo vysokorýchlostných vlakoch, korózia hliníkových zliatin môže ovplyvniť jazdnú stabilitu a bezpečnosť vlaku. Preto, je rozhodujúce vyriešiť problém korózie hliníkových zliatin.

„Prirodzený nepriateľ“ korózie hliníkových zliatin

(ja) Strach z chemických látok

Zliatiny hliníka sú veľmi citlivé na chemické látky, ako sú alkálie, kyselina, a chlorid, a sú náchylné na korózne reakcie. Keď sa hliníkové zliatiny stretnú so silnými alkalickými látkami, ako je hydroxid sodný, ochranný film na jeho povrchu sa zničí, a hliník sa v ňom rozpustí, čím sú korodované kyslíkom. Zriedená kyselina sírová tiež koroduje hustý ochranný film na povrchu hliníkových zliatin. Chemický vzorec je Al₂O3+3H2SO₄═Al₂(SO₄)3 + 3 H20. Okrem toho, jedna z korózií, ktorej sa hliníkové zliatiny obávajú najviac, je chlorid. Hoci hliníkové zliatiny sú preferovaným materiálom pri výrobe námorného vybavenia, mosty, automobiloch, a lode, chloridová slaná voda má silný korozívny účinok na hliníkové zliatiny. Keď je povrch hliníkových zliatin kontaminovaný chloridovou slanou vodou, pôsobením chloridov stratí svoju húževnatosť a opakovaným mechanickým namáhaním sa ľahko poškodí.

Príčiny korózie hliníkových zliatin

(II) Obavy z podradných profilov

Recyklované hliníkové profily s obsahom nečistôt vyrábané neformálnymi výrobcami sú hlavným skrytým nebezpečenstvom korózie hliníkových zliatin. Ak hliníkové profily používané na dvere a okná z hliníkových zliatin nevyrábajú bežní výrobcovia a nespĺňajú národné normy, ale recyklovaný hliník obsahujúci nečistoty sa používa na lov v problémových vodách, potom sú takéto hliníkové dvere a okná náchylné na hrdzu a koróziu. Tento podradný profil má chyby vo výrobnom procese a kvalite materiálu, a jeho povrchová oxidová vrstva sa ľahko poškodí, ktoré nemôžu poskytnúť účinnú ochranu hliníkovej zliatiny, čím sa zvyšuje riziko hrdze a korózie hliníkovej zliatiny.

(III) Riziká špeciálnych prostredí

V špeciálnych prostrediach, ako sú oceány a priemyselné odvetvia, hliníkové zliatiny čelia vážnym problémom s koróziou. V morskom prostredí, hliníkové zliatiny sú náchylné na oxidáciu, sulfid, a chloridová korózia. Korózia hliníkových zliatin v oceáne je spôsobená najmä oxidačnými reakciami a pôsobením chloridových iónov. Chloridové ióny v morskej vode preniknú do povrchu zliatiny a vytvoria vrstvu oxidu s povrchom hliníka. Avšak, pri dlhodobej expozícii, chloridové ióny zničia vrstvu oxidu, čo vedie k zvýšenej korózii hliníkových zliatin. V rovnakom čase, sulfid je tiež hlavným „prirodzeným nepriateľom“ hliníkových zliatin v morskom prostredí. Sulfid je zlúčenina s mimoriadne silnou elektrónovou afinitou, ktoré môžu ľahko korodovať povrch hliníkových zliatin. V oblasti letectva a kozmonautiky, keď sú diely z hliníkovej zliatiny používané v raketách ovládané na diaľku, prostredia chudobné na kyslík, sulfidy vytvoria na povrchu materiálu stabilný povlak, vážne ovplyvňujúce vlastnosti materiálu. V priemyselných prostrediach, najmä v oblastiach znečistených kyslými dažďami oxidu síry, ochranný film hliníkových zliatin sa ľahko poškodí a odolnosť proti korózii sa zníži. Predná strana hliníkových materiálov je vo všeobecnosti čierna, čierna s bielymi škvrnami alebo sivá s čiernymi škvrnami.

Príčiny korózie hliníkových zliatin

(ja) Všeobecná korózia a lokálna korózia

Od vzhľadu korózie, koróziu hliníka možno rozdeliť na všeobecnú koróziu a lokálnu koróziu. Všeobecná korózia sa tiež nazýva celková korózia alebo rovnomerná korózia, čo sa týka rovnomernej korózie a straty povrchu materiálu v kontakte s prostredím. Korózia hliníka v alkalickom roztoku je bežná rovnomerná korózia, ako je alkalické umývanie. Výsledkom korózie je, že povrch hliníka sa stenčuje podobnou rýchlosťou a znižuje sa hmotnosť. Ale absolútne rovnomerná korózia neexistuje, a zníženie hrúbky je na rôznych miestach rôzne.

Pitting z hliníkovej zliatiny

Lokálna korózia sa vzťahuje na výskyt korózie obmedzenej na špeciálny rozsah alebo polohu konštrukcie. Existujú najmä nasledujúce typy:

1. Pitting: Pitting sa vyskytuje vo veľmi lokálnom rozsahu alebo polohe kovového povrchu, výsledkom sú jaskyne alebo jamy a rozširujúce sa dovnútra, a dokonca spôsobuje perforáciu. Hliník je často jamkovaný vo vodných roztokoch obsahujúcich chloridy. Medzi koróziu hliníka, pitting je najbežnejší, ktorý je spôsobený rozdielom medzi potenciálom určitého rozsahu hliníka a potenciálom substrátu, alebo prítomnosťou nečistôt s potenciálom odlišným od potenciálu hliníkového substrátu.

Medzikryštalická korózia zliatiny hliníka

2. Medzikryštalická korózia: Typ selektívnej korózie, ktorá sa vyskytuje na hraniciach zŕn kovov alebo zliatin, keď samotné zrná alebo kryštály nie sú výrazne skorodované, čo spôsobí prudký pokles mechanických vlastností materiálu, čo vedie k poškodeniu konštrukcie alebo nehodám. Tento typ korózie sa môže vyskytnúť v hliníku vysokej čistoty v kyseline chlorovodíkovej a vo vode s vysokou teplotou. Al-Mg, Al-Zn-Mg, To-mg-si, a zliatiny AI-Cu sú relatívne citlivé na medzikryštalickú koróziu. Dôvodom medzikryštalickej korózie je, že hranice zŕn sú za určitých podmienok veľmi aktívne, ako sú nečistoty na hraniciach zŕn, alebo zvýšenie alebo zníženie určitého legujúceho prvku na hraniciach zŕn. Inými slovami, na hraniciach zŕn musí byť tenká vrstva, ktorá je elektronegatívna voči zvyšku hliníka, a najskôr koroduje.

3. Galvanická korózia: Keď pomerne aktívny kov, ako je hliník (anóda) sa dotýka menej aktívneho kovu v rovnakom prostredí alebo je spojený vodičom, vzniká galvanický pár a preteká prúd, čo vedie ku galvanickej korózii. Prirodzený potenciál hliníka je negatívny. Keď sa hliník dotýka iných kovov, hliník je vždy anóda, a korózia sa urýchli. Takmer každému hliníku a hliníkovej zliatine je ťažké vyhnúť sa galvanickej korózii. Keď je potenciálny rozdiel medzi dvoma kovmi v kontakte väčší, galvanická korózia je zreteľnejšia. Pri galvanickej korózii, faktor plochy je mimoriadne dôležitý, a veľká katóda a malá anóda sú najnepriaznivejšia kombinácia.

Galvanická korózia zliatiny hliníka

4. Štrbinová korózia: Keď sa rovnaké alebo rôzne kovy navzájom dotýkajú, alebo sa kov a nekov navzájom dotýkajú, vytvorí sa medzera, a v medzere alebo jej blízkosti sa vytvorí korózia. Mimo medzery nie je žiadna korózia, čo je spôsobené nedostatkom kyslíka v medzere, pretože v tomto čase vzniká koncentračná bunka. Štrbinová korózia nemá takmer nič spoločné s typom zliatiny, a dokonca sa vyskytnú zliatiny veľmi odolné voči korózii. Kyslé prostredie v hornej časti medzery je hnacou silou korózie. Je to druh korózie pod usadeninami (stupnica). Korózia pod maltou na povrchu 6063 zliatinové architektonické hliníkové profily sú veľmi bežným typom štrbinovej korózie pod vodným kameňom.

5. Korózne praskanie pod napätím: Korózne praskanie spôsobené koexistenciou ťahového napätia a špeciálnych korozívnych médií. Napätie môže byť vonkajšie alebo zvyškové napätie vo vnútri kovu. Ten môže byť vytvorený deformáciou počas spracovania a výroby, alebo prudkými zmenami teploty počas kalenia, alebo objemovými zmenami spôsobenými zmenami vnútornej štruktúry. Stres spôsobený nitovaním, skrutkovanie, lisovanie, a nasadenie za tepla je tiež zvyškové napätie. Keď ťahové napätie kovového povrchu dosiahne medzu klzu Rpo.2, dôjde k praskaniu koróziou pod napätím. Či už je 7000 séria hliníková zliatina hrubý plech príp 2000 séria, pri kalení sa vytvorí zvyškové napätie. Malo by sa eliminovať predbežným roztiahnutím pred ošetrením starnutím, aby sa zabránilo deformácii alebo dokonca vneseniu do častí počas spracovania častí lietadla.

Korózne praskanie pod napätím

6. Vrstvená korózia: Táto korózia sa nazýva aj odlupovanie, odlupovanie, a vrstvená korózia, ktorý možno zjednodušene označiť ako peeling. Ide o špeciálny typ koróznej formy 2000 séria, 5000 séria, 6000 séria, a 7000 sériové zliatiny. Častejšie sa vyskytuje v extrudovaných materiáloch. Akonáhle sa objaví, dá sa odlupovať vrstva po vrstve ako sľuda.

Laminárna korózia

7. Nitková korózia: Ide o koróziu podvrstvy, ktorá sa pod fóliou vyvíja v červíkovom tvare. Tento film môže byť náterový film alebo iné vrstvy. Vo všeobecnosti sa nevyskytuje pod eloxovaným filmom. Nitková korózia súvisí so zložením zliatiny, predúprava pred náterom, a environmentálnych faktorov. Medzi faktory prostredia patrí vlhkosť, teplota, chlorid, atď.

Nitková korózia

(II) Analýza ovplyvňujúcich faktorov

Faktory ovplyvňujúce koróziu hliníkových zliatin sú najmä životné prostredie, metalurgia a stres.

• 1. Environmentálne faktory: Medzi faktory prostredia, ktoré ovplyvňujú koróziu hliníka pod napätím, patrí najmä typ iónov, koncentrácia iónov, pH roztoku, kyslík a iné plyny, inhibítory korózie, okolitej teplote, okolitý tlak, atď. Napríklad, v rôznych atmosférických prostrediach, citlivosť zliatin hliníka 2A12 a 7A04 na koróziu pod napätím je odlišná, a sú citlivejšie v morskom prostredí. Morské prostredie obsahuje veľké množstvo soli, a Cl- prenikne cez ochranný film na povrchu hliníkovej zliatiny a dostane sa do interiéru, spôsobuje jej koróziu. Keď je hmotnostná koncentrácia roztoku HNO3 medzi 20% a 40%, korózia hliníkovej zliatiny sa zintenzívňuje, a rýchlosť korózie hliníkovej zliatiny dosahuje najvyšší bod, keď je koncentrácia približne 35%. V koncentrovanom roztoku HNO3, korózia hliníkovej zliatiny pod napätím nie je zrejmá, pretože na povrchu hliníkovej zliatiny sa vytvorí hustý oxidový film, čo zabraňuje ďalšej korózii HNO3.
• 2. Metalurgické faktory: Medzi metalurgické faktory patrí hlavne spôsob odlievania, spôsob spracovania a tepelného spracovania. Rôzne metalurgické faktory menia typ povrchového filmu z hliníkovej zliatiny, a spôsobujú rôzne vnútorné organizácie a zmeny v kryštálovej štruktúre hliníkovej zliatiny, čím ovplyvňuje elektrochemické správanie a mechanické správanie hliníkovej zliatiny, čo vedie k rozdielnej citlivosti hliníkovej zliatiny na koróziu napätia. Napríklad, katódová polarizácia zvyšuje citlivosť hliníkovej zliatiny na koróziu pod napätím, a citlivosť na koróziu pod napätím pri trecom premiešavaní je nižšia ako pri tavnom zváraní. Všeobecne sa verí, že správne liečené 6061-T6 a 3004 zliatiny hliníka nebudú mať SCC.
• 3. Stresové faktory: Medzi stresové faktory patrí najmä typ záťaže, veľkosť nákladu, smer nakladania, rýchlosť načítania, atď. Čo sa týka SCC, smer napätia musí byť kolmý na hranicu zŕn, aby sa dal oddeliť. Jedným z kľúčových faktorov pri vytváraní stresovej korózie je stres. Rôzne účinky stresu budú mať rôzne účinky. Striedavé napätie a prostredie spolupracujú pri vytváraní koróznej únavy, ktorý sa zvyčajne výrazne líši od korózneho praskania spôsobeného pevným napätím. Zvyčajne, korózna únava má vážnejšie následky ako korózia z napätia. Okrem toho, rôzne rýchlosti zaťaženia ovplyvnia aj citlivosť korózie z hliníkovej zliatiny.

Metóda ochrany hliníkovej zliatiny

(ja) Zlepšenie odolnosti materiálov proti korózii

Výber rozumného zloženia a procesu tepelného spracovania je dôležitou metódou na zlepšenie odolnosti hliníkovej zliatiny proti korózii. Napríklad, niektoré prvky odolné voči korózii, ako je meď, horčík, zinok, atď. môže byť pridaný do hliníkovej zliatiny na vytvorenie zliatiny odolnej voči korózii. Tieto prvky môžu zlepšiť odolnosť hliníkovej zliatiny proti korózii a zlepšiť jej stabilitu v drsnom prostredí. V rovnakom čase, primeraný proces tepelného spracovania môže zmeniť vnútornú organizáciu a kryštálovú štruktúru hliníkovej zliatiny, čím sa zlepší jeho odolnosť proti korózii. Napríklad, prostredníctvom liečby v roztoku a liečby starnutím, spevňujúca fáza v hliníkovej zliatine môže byť rovnomerne rozložená, zlepšenie jeho odolnosti proti korózii.

Antikorózna zliatina hliníka

(II) Stratégia povrchovej úpravy

• 1. Eloxovanie: Eloxovanie je spôsob vytvárania silného oxidového filmu na povrchu hliníkovej zliatiny, čo môže účinne zlepšiť odolnosť hliníkovej zliatiny proti korózii. Proces anodizácie môže upraviť hrúbku a kvalitu oxidového filmu riadením parametrov procesu, aby sa ďalej zvýšila jeho odolnosť proti korózii.
• 2. Maľovanie: Maľovanie je bežná metóda povrchovej úpravy, ktorá môže vytvoriť ochranný film na povrchu hliníkovej zliatiny, aby sa zabránilo kontaktu hliníkovej zliatiny s vonkajším prostredím, čím sa zlepší jeho odolnosť proti korózii. Pri výbere povlaku, mal by sa zvoliť náter s dobrou odolnosťou proti korózii a priľnavosťou.
• 3. Čistý hliník potiahnutý na povrchu tvrdého hliníka: Čistý hliník potiahnutý na povrchu tvrdého hliníka môže zlepšiť odolnosť tvrdého hliníka proti korózii. Čistý hliník vytvorí vo vzduchu hustý oxidový film, ktoré môžu účinne zabrániť kontaktu hliníkovej zliatiny s vonkajším prostredím, čím sa zlepší jeho odolnosť proti korózii.

(III) Vodotesné a prachotesné opatrenia

• 1. Dizajn produktu: Dizajn produktu musí zodpovedať úrovni IP, aby sa zabránilo nesplneniu požiadaviek na detekciu IP. V počiatočnom štádiu dizajnu, je dôležité stanoviť si cieľ, ktorý hliníkový plášť potrebuje na dosiahnutie ideálnej úrovne ochrany.
• 2. Výber materiálu: Vyberte si eloxovaný hliník. Hliníková zliatina vytvorí po kontakte so vzduchom oxidový film, ktoré môžu zohrávať úlohu pri izolácii vzduchu. Ak sa ďalšie súvisiace procesy vykonajú neskôr, výhody oxidového filmu sa posilnia.
• 3. Výber komponentov: V štruktúre komponentov plášťa, Vodotesný a prachotesný efekt je možné zlepšiť pomocou niekoľkých komponentov ochranného dizajnu. Napríklad, tesniaci silikónový krúžok má vysoko kvalitný tesniaci výkon, pevnosť v ťahu, odolnosť voči koróne, odolnosť voči oblúku, odolnosť voči vysokým a nízkym teplotám, a dobrý elektrický izolačný výkon.
• 4. Opakované testovanie: Vyrobená vodotesná škrupina musí byť testovaná podľa príslušných noriem, aby sa dosiahla spoločensky uznávaná kvalifikácia. Vodotesné hliníkové puzdro série Yonggu L/M získalo certifikát IP68 od Shenzhen Bureau Veritas International Testing Group (momentálne testované, aby boli úplne v poriadku na ponorenie 1.5 metrov vody po dobu pol hodiny).

(IV) Technika katódovej ochrany

Katódová ochrana je metóda prevencie korózie kovu poskytovaním elektrónov chránenému kovu, aby sa z neho stala katóda. Pri ochrane hliníkových zliatin, obetná anódová ochrana je bežne používaná metóda katódovej ochrany. Obetované anódy zvyčajne používajú kovy, ako je zinok, horčík, a hliník. Tieto kovy majú negatívnejší potenciál ako hliníkové zliatiny. Prednostne sa rozpúšťajú ako anódy v koróznych článkoch, uvoľniť elektróny, a prúdi do chránenej hliníkovej zliatiny, urobiť z nej katódu, čím sa zabráni korózii hliníkovej zliatiny. Napríklad, v morskom prostredí, kovová konštrukcia lode je náchylná na koróziu, a obetná anóda z hliníkovej zliatiny môže účinne predĺžiť životnosť lode. Veľké námorné inžinierske štruktúry, ako sú pobrežné plošiny a podmorské potrubia, sú dlhodobo v morskej vode a morskej atmosfére., a obetné anódy z hliníkovej zliatiny im tiež môžu poskytnúť spoľahlivú katódovú ochranu.

(V) Metóda zinkového fosfátovania

Zinkové fosfátovanie je spôsob vytvárania fosfátovacieho filmu na povrchu hliníkových zliatin, čo môže zlepšiť odolnosť hliníkových zliatin proti korózii. Proces zinkového fosfátovania zahŕňa odmasťovanie, odstránenie hrdze, alkalické leptanie, leptanie kyselinou, fosfátovanie, pranie a sušenie. Počas procesu fosfátovania, povrch hliníkovej zliatiny reaguje s dihydrogenfosforečnanom zinočnatým, dusičnan, kyselina fosforečná a ďalšie zložky vo fosfátovacom roztoku na vytvorenie fosfátovacieho filmu. Tento fosfátovací film má dobrú odolnosť proti korózii a priľnavosť, a môže účinne zabrániť korózii z hliníkovej zliatiny. Napríklad, v povrchovej ochrane podvozku z hliníkovej zliatiny, Na zlepšenie odolnosti podvozku proti korózii a životnosti je možné použiť zinkové fosfátovanie.

Zhrnúť

Zliatiny hliníka sú široko používané v modernom priemysle, ale problémy s koróziou vážne ovplyvňujú ich výkon a životnosť. Tento článok analyzuje prirodzených nepriateľov, príčiny a spôsoby ochrany korózie hliníkových zliatin, aby poskytli referenciu na riešenie problémov s koróziou hliníkových zliatin. Zlepšenie odolnosti materiálu proti korózii, povrchová úprava, prijať vodotesné a prachotesné opatrenia, použitie metód katódovej ochrany a zinkového fosfátovania môže účinne znížiť koróziu hliníkovej zliatiny a predĺžiť jej životnosť.