Причини корозії алюмінієвих сплавів і заходи захисту від них

Сучасний стан корозії алюмінієвих сплавів

Як металевий матеріал із чудовими характеристиками, алюмінієвий сплав широко використовується в багатьох галузях, таких як суднобудування та високошвидкісні поїзди. Однак, алюмінієвий сплав стикається з серйозними проблемами корозії в різних середовищах.

У сухому атмосферному середовищі, пасиваційна плівка на поверхні алюмінієвого сплаву є стабільною, і її важко зруйнувати. Однак, локальна піттинг може виникнути, якщо він піддається зовнішньому атмосферному середовищу протягом тривалого часу. Наприклад, після того, як іони пилу осідають на поверхні, на поверхні металу у водній плівці під іонами пилу утворюється зона дефіциту кисню, що призводить до руйнування пасиваційної плівки та зниження здатності до самопасивації.

Корозія алюмінієвих сплавів

У промисловій атмосфері, захисна плівка легко пошкоджується і стійкість до корозії знижується. Особливо в районах, забруднених кислотними дощами оксидом сірки, стійкість до корозії значно знижується, а передня частина алюмінієвого матеріалу зазвичай чорна, чорний з білими плямами або сірий з чорними плямами.

У морській атмосфері, CL- має сильну руйнівну дію на пасиваційну плівку. Пасивний стан алюмінієвого сплаву в морській воді нестійкий, і місцева корозія є її основною формою корозії. Загальна місцева корозія включає точкову та щілинну корозію. Чистий алюміній не викликає міжкристалітної корозії, при цьому алюмінієвий сплав має більшу чутливість до міжкристалітної корозії. Корозія під напругою в основному виникає в термооброблених високоміцних алюмінієвих сплавах, і всі вони типу міжзеренного розтріскування. Коли алюмінієві сплави контактують з більшістю металів у морській воді, вони анодні, що прискорить корозію алюмінію. У зоні повного занурення або зоні припливів, поверхневе морське біообростання є більш серйозним, ніж інші метали, що посилить локальну корозію алюмінієвих сплавів.

У різних корозійних середовищах, середній ступінь питтингу алюмінієвих сплавів в 20 років серйозно. У сільській місцевості, це 10~55 мкм; в міському середовищі, це 100~190 мкм; у морському середовищі, це 85~260 мкм. Коли алюміній контактує з такими металами, як сталь, мідь і нержавіюча сталь, існує ризик гальванічної корозії.

Проблема корозії алюмінієвих сплавів впливає не тільки на їх естетику, але також знижує його міцність і термін служби, і навіть загрожує безпеці використання. Наприклад, в суднобудуванні, корозія конструкцій з алюмінієвого сплаву може спричинити пробивання корпусу, що впливає на безпеку плавання судна; у швидкісних поїздах, корозія алюмінієвих сплавів може вплинути на стабільність руху та безпеку поїзда. Отже, це має вирішальне значення для вирішення проблеми корозії алюмінієвих сплавів.

«Природний ворог» корозії алюмінієвого сплаву

(Я) Страх хімічних речовин

Алюмінієві сплави дуже чутливі до хімічних речовин, таких як луги, кислота, і хлорид, і схильні до корозійних реакцій. Коли алюмінієві сплави стикаються з сильними лужними речовинами, такі як гідроксид натрію, захисна плівка на його поверхні буде зруйнована, і алюміній розчиниться в ньому, тим самим роз’їдаючись киснем. Розведена сірчана кислота також роз'їдає щільну захисну плівку на поверхні алюмінієвих сплавів.. Хімічна формула: Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂(SO₄)₃+3H₂O. На додаток, одна з корозій, якої найбільше бояться алюмінієві сплави, - це хлорид. Хоча алюмінієві сплави є кращим матеріалом у виробництві морського обладнання, мости, Автомобілі, і кораблі, хлоридна солона вода має сильну корозійну дію на алюмінієві сплави. При забрудненні поверхні алюмінієвих сплавів хлоридної солоної води, він втратить свою міцність через вплив хлоридів і легко пошкодиться повторним механічним впливом.

Причини корозії алюмінієвих сплавів

(II) Занепокоєння щодо неякісних профілів

Перероблені алюмінієві профілі, що містять домішки, виготовлені неофіційними виробниками, є основною прихованою небезпекою корозії алюмінієвих сплавів. Якщо алюмінієві профілі, які використовуються для дверей і вікон з алюмінієвого сплаву, не виробляються звичайними виробниками і не відповідають національним стандартам, але перероблений алюміній, що містить домішки, використовується для риболовлі в каламутній воді, то такі алюмінієві двері та вікна схильні до іржі та корозії. Цей неякісний профіль має дефекти виробничого процесу та якості матеріалів, і його поверхневий оксидний шар легко пошкодити, які не можуть забезпечити ефективний захист алюмінієвого сплаву, тим самим збільшуючи ризик іржі та корозії алюмінієвого сплаву.

(III) Ризики особливого середовища

В особливих середовищах, таких як океани та промисловість, алюмінієві сплави стикаються з серйозними проблемами корозії. У морських середовищах, Алюмінієві сплави схильні до окислення, сульфід, і хлоридна корозія. Корозія алюмінієвих сплавів в океані в основному зумовлена ​​реакціями окислення та дією іонів хлориду.. Іони хлориду в морській воді проникають у поверхню сплаву та утворюють шар оксиду з поверхнею алюмінію. Однак, при тривалому впливі, іони хлориду зруйнують оксидний шар, що призводить до посилення корозії алюмінієвих сплавів. В той же час, сульфід також є головним «природним ворогом» алюмінієвих сплавів у морському середовищі. Сульфід є сполукою з надзвичайно сильною спорідненістю до електрона, які можуть легко роз'їдати поверхню алюмінієвих сплавів. У галузі авіації та космонавтики, коли деталі з алюмінієвих сплавів, які використовуються в ракетах, працюють на відстані, середовища, бідні на кисень, сульфіди утворять стійке покриття на поверхні матеріалу, серйозно впливають на продуктивність матеріалу. У промислових умовах, особливо в районах, забруднених кислотними дощами оксиду сірки, захисна плівка алюмінієвих сплавів легко пошкоджується і корозійна стійкість знижується. Лицьова частина алюмінієвих матеріалів зазвичай чорна, чорний з білими плямами або сірий з чорними плямами.

Причини корозії алюмінієвих сплавів

(Я) Загальна і локальна корозія

Від появи корозії, корозію алюмінію можна розділити на загальну корозію та локальну корозію. Загальну корозію також називають загальною корозією або рівномірною корозією, що відноситься до рівномірної корозії та втрати поверхні матеріалу, що контактує з навколишнім середовищем. Корозія алюмінію в лужному розчині є звичайною рівномірною корозією, наприклад промивання лугом. Результатом корозії є те, що поверхня алюмінію стає тоншою з такою ж швидкістю, а вага зменшується. Але абсолютно рівномірної корозії не існує, і зменшення товщини різне в різних місцях.

Пітинг алюмінієвого сплаву

Локальна корозія стосується виникнення корозії, обмеженої особливим діапазоном або положенням конструкції. В основному розрізняють наступні види:

1. Піттинг: Пітінг виникає в дуже локальному діапазоні або положенні металевої поверхні, внаслідок чого утворюються печери або ями та простягаються всередину, і навіть спричиняє перфорацію. Алюміній часто питтують у водних розчинах, що містять хлориди. Серед корозії алюмінію, найбільш поширеним є піттинг, яка зумовлена ​​різницею між потенціалом певного діапазону алюмінію та потенціалом підкладки, або наявністю домішок з потенціалом, відмінним від потенціалу алюмінієвої підкладки.

Міжкристалітна корозія алюмінієвих сплавів

2. Міжкристалічна корозія: Тип селективної корозії, що виникає на межах зерен металів або сплавів, коли самі зерна або кристали не зазнають значної корозії, що призведе до різкого зниження механічних властивостей матеріалу, що призведе до структурних пошкоджень або аварій. Цей тип корозії може відбуватися в алюмінії високої чистоти в соляній кислоті та воді високої температури. Аль-мг, Al-Zn-Mg, То-мг-сі, і сплави AI-Cu відносно чутливі до міжкристалітної корозії. Причина міжкристалічної корозії полягає в тому, що межі зерен дуже активні за певних умов, наприклад домішки на границях зерен, або збільшення або зменшення певного легуючого елемента на межах зерен. Іншими словами, на межах зерен повинен бути тонкий шар, який є електронегативним до решти алюмінію, і він спочатку роз'їдається.

3. Гальванічна корозія: При цьому відносно активний метал, наприклад алюміній (анод) торкається менш активного металу в тому ж середовищі або з’єднується провідником, утворюється гальванічна пара і тече струм, що призводить до гальванічної корозії. Природний потенціал алюмінію негативний. При контакті алюмінію з іншими металами, Алюміній завжди є анодом, і корозія прискорюється. Практично будь-який алюміній і алюмінієві сплави важко уникнути гальванічної корозії. Коли різниця потенціалів між двома металами, що контактують, більша, гальванічна корозія більш очевидна. В гальванічної корозії, фактор площі надзвичайно важливий, а великий катод і маленький анод є найбільш несприятливим поєднанням.

Гальванічна корозія алюмінієвого сплаву

4. Щілинна корозія: Коли однакові або різні метали торкаються один одного, або метал і неметал торкаються один одного, утвориться щілина, і корозія буде утворюватися в розриві або поблизу нього. За межами зазору корозії немає, яка викликана нестачею кисню в розриві, оскільки в цей час утворюється концентраційна комірка. Щілинна корозія майже не залежить від типу сплаву, і навіть дуже стійкі до корозії сплави. Кисле середовище у верхній частині зазору є рушійною силою корозії. Це різновид корозії під відкладеннями (масштаб). Корозія під розчином на поверхні 6063 сплав архітектурних алюмінієвих профілів є дуже поширеним типом щілинної корозії під масштабом.

5. Корозійне розтріскування під напругою: Корозійне розтріскування, викликане співіснуванням напруги розтягування та спеціальних корозійних середовищ. Напруга може бути зовнішньою або залишковою напругою всередині металу. Останній може утворюватися внаслідок деформації під час обробки та виготовлення, або різкими змінами температури під час загартування, або змінами обсягу, викликаними змінами внутрішньої структури. Стрес, викликаний клепанням, болтове кріплення, прес-фітинг, і усадкова підгонка також є залишковою напругою. Коли розтягуюча напруга поверхні металу досягає межі текучості Rпо.2, відбудеться корозійне розтріскування під напругою. Чи так це 7000 товста пластина серії з алюмінієвого сплаву або 2000 серія, при загартуванні буде утворюватися залишкова напруга. Його слід усунути шляхом попереднього розтягування перед обробкою старінням, щоб уникнути деформації або навіть внесення його в деталі під час обробки деталей літака.

Корозійне розтріскування під напругою

6. Пошарова корозія: Цю корозію також називають відшаровуванням, лущення, і пошарова корозія, який можна просто назвати пілінгом. Це особливий тип корозійної форми 2000 серія, 5000 серія, 6000 серія, і 7000 сплави серії. Це частіше зустрічається в екструдованих матеріалах. Одного разу з'являється, її можна шар за шаром відшаровувати, як слюду.

Ламінарна корозія

7. Ниткоподібна корозія: Це підплівкова корозія, яка розвивається під плівкою у червоподібній формі. Цією плівкою може бути плівка фарби або інші шари. Як правило, це не відбувається під анодованою плівкою. Ниткоподібна корозія пов'язана зі складом сплаву, попередня обробка покриття, і фактори навколишнього середовища. До факторів навколишнього середовища відноситься вологість, температура, хлорид, тощо.

Ниткоподібна корозія

(II) Аналіз факторів впливу

Факторами, що впливають на корозію алюмінієвого сплаву, є переважно навколишнє середовище, металургія і стрес.

• 1. Фактори зовнішнього середовища: Фактори зовнішнього середовища, які впливають на корозію під напругою алюмінієвого сплаву, в основному включають іонний тип, концентрація іонів, pH розчину, кисень та інші гази, інгібітори корозії, температура навколишнього середовища, тиск навколишнього середовища, тощо. Наприклад, в різних атмосферних середовищах, чутливість до корозії під напругою алюмінієвих сплавів 2А12 і 7А04 різна, і вони більш чутливі в морському середовищі. Морське середовище містить велику кількість солі, і Кл- проникне через захисну плівку на поверхні алюмінієвого сплаву та потрапить усередину, викликаючи його корозію. Коли масова концентрація розчину HNO3 знаходиться між 20% і 40%, посилюється корозія алюмінієвого сплаву, і швидкість корозії алюмінієвого сплаву досягає найвищої точки, коли концентрація приблизно 35%. У концентрованому розчині HNO3, корозія під напругою алюмінієвого сплаву неочевидна, оскільки на поверхні алюмінієвого сплаву утворюється щільна оксидна плівка, що запобігає подальшій корозії HNO3.
• 2. Металургійні фактори: Металургійні фактори в основному включають метод лиття, спосіб обробки і термічної обробки. Різні металургійні фактори змінюють тип поверхневої плівки алюмінієвого сплаву, і викликають різні внутрішні організації та зміни кристалічної структури алюмінієвого сплаву, таким чином впливаючи на електрохімічну та механічну поведінку алюмінієвого сплаву, що призводить до різної корозійної чутливості алюмінієвого сплаву. Наприклад, катодна поляризація підвищує чутливість алюмінієвого сплаву до корозії під напругою, а чутливість до корозії під напругою при зварюванні тертям з перемішуванням нижча, ніж при зварюванні плавленням. Прийнято вважати, що правильно лікуватися 6061-T6 і 3004 алюмінієві сплави не матимуть SCC.
• 3. Фактори стресу: Фактори стресу в основному включають тип навантаження, розмір навантаження, напрямок завантаження, швидкість завантаження, тощо. Що стосується SCC, напрям напруги має бути перпендикулярним до межі зерна, щоб його можна було розділити. Одним із ключових факторів виникнення стресової корозії є напруга. Різні ефекти стресу призведуть до різних наслідків. Змінна напруга та навколишнє середовище працюють разом, щоб викликати корозійну втому, який зазвичай значно відрізняється від корозійного розтріскування під напругою, викликаного фіксованим напругою. Зазвичай, корозійна втома має більш серйозні наслідки, ніж корозія під напругою. На додаток, різні швидкості завантаження також впливатимуть на чутливість корозії алюмінієвого сплаву.

Спосіб захисту алюмінієвих сплавів

(Я) Підвищення корозійної стійкості матеріалів

Вибір розумного складу та процесу термічної обробки є важливим методом підвищення корозійної стійкості алюмінієвого сплаву. Наприклад, деякі корозійностійкі елементи, такі як мідь, магній, цинк, тощо. може бути доданий до алюмінієвого сплаву для утворення корозійностійкого сплаву. Ці елементи можуть покращити корозійну стійкість алюмінієвого сплаву та підвищити його стабільність у суворих умовах. В той же час, розумний процес термічної обробки може змінити внутрішню організацію та кристалічну структуру алюмінієвого сплаву, тим самим покращуючи його стійкість до корозії. Наприклад, шляхом обробки розчином і лікування старінням, фаза зміцнення в алюмінієвому сплаві може бути рівномірно розподілена, підвищення його стійкості до корозії.

Алюмінієвий сплав антикорозійний

(II) Стратегія обробки поверхні

• 1. Анодування: Анодування - це спосіб формування товстої оксидної плівки на поверхні алюмінієвого сплаву, що може ефективно покращити корозійну стійкість алюмінієвого сплаву. Процес анодування може регулювати товщину та якість оксидної плівки шляхом контролю параметрів процесу для подальшого підвищення її стійкості до корозії.
• 2. живопис: Фарбування - це звичайний метод обробки поверхні, який може утворювати захисну плівку на поверхні алюмінієвого сплаву, щоб запобігти контакту алюмінієвого сплаву із зовнішнім середовищем, тим самим покращуючи його стійкість до корозії. При виборі покриття, слід вибирати покриття з хорошою корозійною стійкістю та адгезією.
• 3. Чистий алюміній з покриттям на поверхні твердого алюмінію: Чистий алюміній, нанесений на поверхню твердого алюмінію, може покращити стійкість твердого алюмінію до корозії. Чистий алюміній утворює на повітрі щільну оксидну плівку, що може ефективно запобігти контакту алюмінієвого сплаву із зовнішнім середовищем, тим самим покращуючи його стійкість до корозії.

(III) Заходи захисту від води та пилу

• 1. Дизайн продукту: Конструкція продукту має відповідати рівню IP, щоб запобігти невиконанню вимог виявлення IP. На ранній стадії проектування, дуже важливо визначити мету, яка потрібна алюмінієвій оболонці для досягнення ідеального рівня захисту.
• 2. Вибір матеріалу: Вибирайте анодований алюміній. Алюмінієвий сплав утворює оксидну плівку після контакту з повітрям, які можуть зіграти роль в ізоляції повітря. Якщо інші пов’язані процеси виконуються пізніше, переваги оксидної плівки будуть посилені.
• 3. Вибір компонентів: В компонентній будові оболонки, водонепроникність і пилонепроникність можна покращити за допомогою кількох захисних компонентів конструкції. Наприклад, ущільнювальне силіконове кільце має високу якість ущільнення, опір розтягу, опір короні, опір дуги, стійкість до високих і низьких температур, і хороші показники електроізоляції.
• 4. Повторне тестування: Вироблена водонепроникна оболонка має бути перевірена відповідно до відповідних стандартів для отримання суспільно визнаних кваліфікацій. Водонепроникний алюмінієвий корпус серії Yonggu L/M отримав сертифікат IP68 від Shenzhen Bureau Veritas International Testing Group (наразі перевірено на те, що він повністю підходить для занурення 1.5 метрів води протягом півгодини).

(IV) Техніка катодного захисту

Катодний захист - це метод запобігання корозії металу шляхом надходження електронів до захищеного металу, щоб зробити його катодом. У захисті алюмінієвих сплавів, Захист жертовного анода є широко використовуваним методом катодного захисту. Жертвовані аноди зазвичай використовують такі метали, як цинк, магній, і алюміній. Ці метали мають більший негативний потенціал, ніж алюмінієві сплави. Вони переважно розчиняються як аноди в корозійних комірках, випускають електрони, і течуть до захищеного алюмінієвого сплаву, роблячи його катодом, тим самим запобігаючи корозії алюмінієвого сплаву. Наприклад, в морському середовищі, металева конструкція корабля схильна до корозії, і жертвувальний анод з алюмінієвого сплаву може ефективно продовжити термін служби корабля. Великі морські інженерні споруди, такі як морські платформи та підводні трубопроводи, протягом тривалого часу перебувають у морській воді та морській атмосфері., і жертвуючі аноди з алюмінієвих сплавів також можуть забезпечити їм надійний катодний захист.

(В) Метод фосфатування цинку

Цинкове фосфатування — спосіб формування фосфатуючої плівки на поверхні алюмінієвих сплавів, що може покращити корозійну стійкість алюмінієвих сплавів. Процес фосфатування цинку включає знежирення, видалення іржі, лужне травлення, травлення кислотою, фосфатування, прання і сушіння. Під час процесу фосфатування, поверхня алюмінієвого сплаву реагує з дигідрофосфатом цинку, селітра, фосфорної кислоти та інших компонентів у розчині фосфатування для утворення плівки фосфатування. Ця фосфатуюча плівка має хорошу стійкість до корозії та адгезію, і може ефективно запобігати корозії алюмінієвого сплаву. Наприклад, у захисті поверхні шасі з алюмінієвого сплаву, фосфатування цинку можна використовувати для підвищення стійкості до корозії та терміну служби шасі.

Узагальнювати

Алюмінієві сплави широко застосовуються в сучасній промисловості, але проблеми з корозією серйозно впливають на їх продуктивність і термін служби. У цій статті аналізуються природні вороги, причини та методи захисту від корозії алюмінієвого сплаву, щоб забезпечити посилання для вирішення проблем корозії алюмінієвого сплаву. Підвищення стійкості матеріалу до корозії, поверхнева обробка, вжиття заходів із захисту від води та пилу, використання методів катодного захисту та фосфатування цинку може ефективно зменшити корозію алюмінієвого сплаву та подовжити термін його служби.