Dělá hliník rez？

1. Zavedení

Otázka "Má hliníková rez."?“ Často vzniká v materiálovém inženýrství, průmyslový design, A dokonce i každodenní projekty pro kutily.

V přesném slova smyslu, rzi odkazuje na oxid železa, Pravděpodobná červenohnědá korozní produkt železa a oceli.

Protože hliník tvoří jiný oxid (Oxid hlinitý), Technicky to nerezil ve způsobu, jakým to železo dělá. Nicméně, hliník může za určitých podmínek korodovat.

Tento článek vysvětluje chemii za oxidací hliníku, Kontrastuje to s rezavou železnou, Zkoumá různé režimy koroze, a nastiňuje ochranné strategie.

2. Definování „rzi“ vs.. Oxid hlinitý

Technicky, Rust odkazuje na červenohnědou šupinatou látku-oxid železa- To se formuje, když železo reaguje s kyslíkem a vlhkostí.

Hliník, Být neželelený kov, Tímto způsobem nezrezí. Místo toho, podléhá oxidace, produkovat tvrdé, bezbarvý, a adherentní vrstva Oxid hlinitý (Al₂o₃).

Tato oxidová vrstva se tvoří téměř okamžitě v přítomnosti vzduchu a vody, vytvoření přirozené bariéry, která brání další korozi.

Zatímco tento proces je někdy označován jako „bílá rez“, je to zásadně odlišné od rezavění oceli.

3. Ochranný oxidová vrstva na hliníku

Tvorba a tvorba oxidu nativního

Ihned po expozici vzduchu, Hliník vyvíjí nativní oxid tloušťky ~ 2–5 nm. Filmové studie (XPS, elipsometrie) Potvrďte, že tato vrstva se tvoří během několika sekund.

V suchém vzduchu, Tloušťka plošiny; Ve vlhkém prostředí, Může mírně zahušťovat (5–10 nm) ale zůstává ochranný.

Mechanismus sebepřisivace

Pokud malý škrábanec poruší oxid, čerstvý hliník pod oxidace k opravě filmu.

Tento samoléčení Mechanismus zajišťuje trvalou ochranu, pokud je přítomen dostatečný kyslík nebo vodní pára.

V nastavení s omezeným kyslíkem (NAPŘ., pod vodou ve stojaté vodě), Pasivace může stále nastat, ale může být pomalejší.

Mechanické a chemické vlastnosti al₂o₃

Oxid hlinitý je:

• Tvrdý (Mohs ~ 9), Zvýšení odolnosti proti poškrábání povrchu.
• Chemicky stabilní v neutrálních a alkalických médiích až do ~ pH 9, Přestože je napaden silně kyselý (ph < 4) nebo alkalické (ph > 9) prostředí.
• Nízká elektrická vodivost, což může přispět k lokalizované korozi (NAPŘ., Pitting) za určitých podmínek.

4. Korozní chování hliníku v různých prostředích

Atmosférická expozice

• Suché klima: Minimální další oxidace za nativní film; Vzhled zůstává lesklý.
• Vlhký vzduch: Oxidová vrstva mírně zhoustne, udržování ochrany. Znečišťující látky (Takže, Neₓ) může okyselit rosu, způsobující mírné jámy.
• Mořská atmosféra: Aerosoly naložené chloridem útoku, Vede k jámu, pokud ochranné povlaky chybí.

Vodná prostředí

• Sladkovodní: Hliník odolává mírné neutrální vodě, Formování stabilního al₂o₃.
• Mořská voda: Vysoký chlorid (~ 19 000 ppm) propaguje koroze. Malé jámy se mohou tvořit, ale jednotná koroze zůstává nízká.
• Kyselé/alkalické roztoky:

• • ph < 4: Oxid se rozpustí, Vystavení holého kovu rychlému útoku.
  • ph > 9: Oxid se také rozpouští (Rozpustnost al₂o₃ se zvyšuje), vedoucí k aktivní korozi.

Oxidace vysokoteplotních

Nad ~ 200 ° C ve vzduchu, oxidová vrstva roste silnější (až do mikrometrů) v parabolickém trendu rychlosti.

Zatímco stále ochranný, Diferenciální tepelná roztažení mezi AL a Al₂o₃ může vyvolat rozpouštědlo, pokud se rychle ochladí. V komponentách motoru (NAPŘ., písty), Konstrukční představuje růst oxidu s kontrolovaným oxidem.

Galvanická koroze

Když hliník kontaktuje více vznešeného kovu (ocel, měď) v přítomnosti elektrolytu, hliník se stává anodou a koroduje přednostně.

Správná izolace nebo katodická ochrana zabraňuje galvanickému útoku.

5. Typy koroze hliníku

Přestože film nativního oxidu z hliníku poskytuje za mnoho podmínek značnou ochranu, Různá prostředí a napětí mohou vyvolat odlišné režimy koroze.

Jednotná koroze

Jednotná koroze (Někdy se nazývá obecná koroze) zahrnuje relativně rovnoměrnou ztrátu kovu na exponovaných površích.

V hliníku, jednotná koroze nastává, když ochranný oxid (Al₂o₃) Rozpustí se nebo se stává chemicky nestabilním, umožňující podkladovou kov oxidovat téměř konstantní rychlostí.

Koroze

Pitting začíná, když chlorid nebo jiné agresivní anionty poruší pasivní bariéru Al₂o₃ na lokalizovaném místě.

Jednou nukleaci jámy, dochází k místnímu okyselení (Kvůli hydrolýze rozpuštěného al³⁺), Další rozpuštění oxidu hlinitého a zrychlení hloubky jámy.

Morfologie jámy je často úzká a hluboká, je náročné detekovat před významnou penetrací.

Intergranulární koroze

Intergranulární koroze (IGC) Útočí na hranici zrna přednostně, často tam, kde se při tepelném zpracování vyvolaly legované prvky (NAPŘ., Při teplotách 150–350 ° C).

Tyto sraženiny (Cu -Borich, Mg₂si, nebo al₂cu) vyčerpat sousední matici legovacích solutů, Vytváření úzké anodické cesty podél hranic zrn.

Když se ponoří do korozivního prostředí, Hranice zrn korodují před interiéry obilí, což má za následek kapky z obilí nebo křehkých selhání.

Praskání napětí (SCC)

SCC je režim synergického selhání, který vyžaduje tři podmínky: citlivá slitina, korozivní prostředí, a tahové stres (zbytkové nebo aplikované).

Za těchto podmínek, Trhliny iniciují na rozhraní kovového/oxidu a šíří se intergranulárně nebo transgranulárně při hladinách stresu hluboko pod výnosovou pevností.

Koroze štěrbiny

Korozi štěrbiny se vyvíjí v chráněných nebo omezených oblastech - pod těsněním, Rivet Heads, nebo klouby na klíně - kde se stagnující elektrolyt vyčerpá kyslíkem.

Uvnitř štěrbiny, Rozpuštění kovů generuje al³⁺ a okyseluje místní prostředí (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Oh⁻).

Katodická reakce (redukce kyslíku) vyskytuje se mimo štěrbinu, Jízda další anodické rozpuštění uvnitř.

Chloridové ionty se koncentrují ve štěrbině, aby se udržovala neutralita náboje, zrychlení útoku.

Souhrnná tabulka - mechanismy koroze hliníku

6. Účinky na odolnost proti korozi

Hliníková vnitřní odolnost proti korozi pramení z rychlé formace tenké, Adherentní oxid hliníku (Al₂o₃) film.

Však, V inženýrské praxi, Téměř veškerý strukturální hliník se používá ve legované formě, a každý prvek z lečení může významně ovlivnit stabilitu a ochranu oxidové vrstvy.

Čistý hliník vs.. Hliníkové slitiny

• Čistý hliník (1100 série): Výjimečná odolnost proti korozi v důsledku minimální intermeliky; Používá se pro chemická zařízení.
• 2XXX série (Al-Cu): Nižší odolnost proti korozi, Zejména slitiny tvrdé srážení (NAPŘ., 2024), náchylný k SCC a intergranulárnímu útoku.
• 5XXX série (Al - MG): Dobrá odolnost proti mořské korozi; běžné v lodních trupách (NAPŘ., 5083, 5052).
• 6XXX série (Al -mg -i): Vyvážená odolnost proti síle a korozi; široce používané v architektonických extruzích (NAPŘ., 6061).
• 7XXX série (Al - Zn - Mg): Velmi vysoká pevnost, ale zranitelná vůči SCC bez řádného léčby.

Role mědi, Hořčík, Křemík, Zinek, a další prvky

• Měď: Zvyšuje sílu, ale snižuje odolnost proti korozi a odolnost proti důchodům.
• Hořčík: Zvyšuje odolnost proti korozi v mořském prostředí, ale může podporovat intergranulární korozi, pokud není kontrolována.
• Křemík: Zlepšuje plynulost a sešitelnost; slitiny jako A356 ukazují skromný výkon koroze.
• Zinek: Přispívá k síle, ale snižuje obecnou odolnost proti korozi.
• Stopové prvky (Fe, Mn, Cr): Minimalizovat škodlivou intermetaliku; MN pomáhá zdokonalovat strukturu zrn, prospěšná korozní chování.

Tepelné zpracování a vliv mikrostruktury

• Tepelné zpracování a stárnutí řešení: Rozpustí škodlivé sraženiny, Snížení intergranulární koroze.
• Překročení: Hrubé sraženiny na hranicích zrn mohou zhoršit korozi.
• Kalení srážek: Vyžaduje pečlivou kontrolu, aby vyvážila sílu a korozi.
• Tepelná práce: Zacházení (NAPŘ., válcování) může způsobit dislokace, které zvyšují místní korozi, pokud nebude následovat vhodné žíhání.

7. Ochranná opatření a povrchové ošetření

Eloxování

• Proces: Elektrolytická oxidace vytváří silnější vrstvu Al₂o₃ (10–25 μm).
• Typy:

• • Kyselina sírová Eloxování (Typ II): Společné pro architektonické a spotřebitelské výrobky (barevné).
  • Tvrdé eloxování (Typ III): Silnější (25–100 μm), vysoký odpor opotřebení; Používá se ve strojích a letectví.
  • Eloxování kyseliny chromové (Typ I.): Ředidlo (5–10 μm), Lepší odolnost proti korozi, minimální rozměrová změna; Používá se pro letecké komponenty.

• Výhody: Zvýšená ochrana proti korozi, zlepšená adheze pro barvy, dekorativní povrchové úpravy.

Konverzní povlaky

• Chromátová konverzní povlak: Hexavalentní nebo trivalentní chrom na bázi chromu; Poskytuje dobrou odolnost proti korozi a adhezi barvy.
  Environmentální obavy řídí trivalentní alternativy.
• Fosfátové povlaky: Méně běžné na hliníku; Občas se používá ke zlepšení adheze barvy.
• Alternativy bez chromu: Na bázi fluoridu, zirkan, nebo titanátové chemiky, které nabízejí ochranu proti korozi bez hexavalentního chromu.

Organické povlaky

• Tekuté barvy: Epoxidové primery, Polyuretanové horní vrstvy, nebo fluoropolymer povrchové úpravy chrání před vlhkostí a UV.
• Práškové lakování: Polyester, epoxid, nebo polyuretanové prášky jsou aplikovány a pečeny za účelem vytváření trvanlivých filmů. Silnější pokrytí odolává korozi a otěru.

Katodická ochrana a obětní anody

• Obětní anody (Zinek, Hořčík): Používá se v mořské vodě k ochraně ponořených hliníkových struktur; Anoda koroduje přednostně.
• Ohromen aktuální: Méně běžné pro malé hliníkové předměty; Používá se pro velké mořské struktury.

8. Závěr

Hliník ano ne rzi v konvenčním smyslu, Ale to koroduje, obvykle tvoří stabilní oxidovou vrstvu, která ji chrání před dalším útokem.

Odolnost materiálu vůči korozi, v kombinaci s poměrem pevnosti k hmotnosti, činí to ideální pro průmyslová odvětví od letectví po výstavbu.

Však, Pochopení jeho korozních mechanismů, Omezení životního prostředí, a ochranná opatření je zásadní pro zajištění jeho dlouhověkosti a výkonu.

Kombinace správné slitiny, povrchové úpravy, a úvahy o designu, Hliník může poskytovat desetiletí bez údržby.

 

Běžné mylné představy

Přestože bylo korozní chování hliníku rozsáhle studováno, Několik nedorozumění přetrvává v průmyslu i populárním diskurzu.

Řešení těchto mylných představ pomáhá inženýrům, návrháři, a koncoví uživatelé při výběru nebo údržbě hliníkových komponent činí informovaná rozhodnutí.

"Hliník nikdy nekoroduje"

Rozsáhlá víra tvrdí, že hliník je nepropustný pro všechny formy koroze. Ve skutečnosti, Ačkoli hliník nerezil jako ocel, Stále podléhá korozi.

Jeho přirozený oxidový film (Al₂o₃) formy téměř ihned po vystavení vzduchu, Poskytování vynikajícího - ale ne absolutního - ochrany.

Za agresivních podmínek, jako je prostředí bohatá na chloridy nebo kyselé odtoky, Tato pasivní vrstva se může rozpadat, vedoucí k korozi nebo korozi štěrbiny.

Proto, Zatímco hliník často překonává nepotaženou ocel, Stále vyžaduje vhodný výběr slitiny a povrchové ošetření pro dlouhověkost.

„Bílý prášek na hliníku je neškodný“

Když se povrchy hliníku vyvinou bílou, zbytky prášku - běžně označované jako „bílá rzi“ - předpokládejme, že nepředstavuje žádnou hrozbu.

Však, Tento prášek je výsledkem usazenin hydroxidu nebo uhličitanu, které se tvoří při vysoké vlhkosti nebo chemické expozici.

Ponechán neadresovaný, Tato ložiska si mohou udržet vlhkost proti kovu, podpora lokalizované koroze pod nahromaděním.

Pravidelné aplikace čištění a ochranné povlaky jsou rozhodující pro zabránění základního poškození, zejména na exponovaných plechových nebo strukturálních členech.

"Všechny slitiny hliníku mají stejné chování koroze"

Další mylná představa je, že všechny slitiny hliníku vykazují rovnoměrnou odolnost proti korozi. Ve skutečnosti, legovací prvky dramaticky mění výkon.

Například, 5XXX série (Mg-lov) slitiny vykazují vynikající odpor v mořském prostředí,

zatímco série 2xxx a 7xxx (Cu- a lov Zn) jsou náchylné k praskání a korozí napětí, pokud se neléčí.

Za předpokladu nízkonákladu, V každém prostředí bude stačit slitina s vysokou pevností.

Tedy, Specifikace správné série a temperamentu - a možná použití eloxování nebo pláště - zadržuje požadovanou životnost.

"Galvanická koroze je důležitá pouze v extrémních podmínkách"

Někteří designéři si myslí, že galvanická koroze se vyskytuje pouze ve vysoce agresivní nebo ponořené službě.

Ve pravdě, Dokonce i stopová množství vlhkosti, jako je ranní rosa v pobřežním klimatu, může vytvořit dostatek vodivosti

Zahájení galvanické buňky mezi upevňovacími prvky hliníku a mědinou kabeláží, nebo hliníkový obložení v kontaktu s nerezovou ocelí.

V průběhu času, Anodický hliník bude přednostně korodovat, vedoucí k uvolnění kloubů nebo strukturálnímu oslabení.

Aby tomu zabránilo, Inženýři by měli vždy izolovat odlišné kovy nebo specifikovat kompatibilní upevňovací prvky.

„Eloxování způsobuje, že hliník zcela odolný proti korozi“

Eloxování jistě zlepšuje odolnost proti korozi zesílením oxidové vrstvy, ale nezpůsobuje to nezranitelný hliník.

Hard-enodizované povrchy mohou vyvinout mikrokracty, pokud jsou vystaveny tepelnému cyklování nebo mechanickému stresu, a bez řádného utěsnění, zůstávají porézní vůči agresivním iontům.

V důsledku toho, Spoléhání se pouze na standardní anodizaci kyselé síry pro mořské prostředí může v průběhu času vést k jámu.

Kombinace eloxování s tmely, Topcoats, nebo katodická ochrana je často nezbytná pro náročné aplikace.

„Hliník s vysokou čistotou zmírňuje všechny obavy o korozi“

Čistota zvyšuje vrozenou odolnost proti oxidaci hliníku, přesto dokonce 99.99% Čistý hliník může trpět korozí štěrbiny pod těsněním nebo uvnitř zapečetěných krytů.

Stopy nečistoty - želeh, křemík, Měď - tušení soustředit se na hranice zrn, Vytváření lokalizovaných galvanických buněk.

V praxi, Velmi vysoce čisté slitiny hliníku (NAPŘ., 1100) Najděte omezené použití ve strukturálních aplikacích přesně proto, že jim chybí mechanická síla, aby kompenzovala lokalizovaný útok.

Vyvážení čistoty s nezbytnými legovacími prvky zůstává nezbytné.