Onko alumiiniruoste？

1. Esittely

Kysymys ”Ruostuuko alumiinia?" syntyy usein materiaalitekniikassa, teollisuussuunnittelu, Ja jopa jokapäiväinen DIY -projekti.

Tarkkaan ottaen, ruoste viittaa rautaoksidiin, Raudan ja teräksen hiutaleinen punertavanruskea korroosiotuote.

Koska alumiini muodostaa erilaisen oksidin (alumiinioksidi), se ei teknisesti ruosteta tapaa, jolla Iron tekee. Silti, alumiini voi syövyttää tietyissä olosuhteissa.

Tämä artikkeli selittää alumiinin hapettumisen takana olevan kemian, vastakohtana raudan ruostuksella, tutkii erilaisia ​​korroosiotapoja, ja hahmottaa suojastrategiat.

2. Määritä "ruoste" vs.. Alumiinioksidi

Teknisesti, Rust viittaa punertavan ruskeaan hiutaleeseen-rautaoksidi- Se muodostuu, kun rauta reagoi hapen ja kosteuden kanssa.

Alumiini, ei-rautametalli, ei ruostu tällä tavalla. Sen sijaan, se tapahtuu hapetus, tuottaa kovaa, väritön, ja tarttuva kerros alumiinioksidi (Alkari).

Tämä oksidikerros muodostuu melkein heti ilman ja veden läsnä ollessa, Luonnollisen esteen luominen, joka estää lisäkorroosiota.

Vaikka tätä prosessia kutsutaan joskus ”valkoiseksi ruosteeksi” maallikkoina, se on pohjimmiltaan erilainen kuin teräksen ruostuminen.

3. Suojaava oksidikerros alumiinissa

Natiivi oksidin muodostuminen ja paksuus

Välittömästi ilma -altistumisen yhteydessä, Alumiini kehittää natiivien oksidin, jonka paksuus on ~ 2–5 nm. Elokuvantekijöiden tutkimukset (XPS, ellipsometria) Vahvista, että tämä kerros muodostuu sekunnissa.

Kuivassa ilmassa, paksuuspohja; kosteassa ympäristössä, se voi paksuntaa hieman (5–10 nm) mutta on edelleen suojaava.

Itsensivustomekanismi

Jos pieni naarmu rikkoo oksidia, Tuore alumiini hapettuu kalvon korjaamiseksi.

Tämä itseparannus Mekanismi varmistaa jatkuvan suojan niin kauan kuin riittävä happi tai vesihöyry on läsnä.

Rajoitetussa hapi-asetuksissa (ESIM., vedenalainen vedessä), Passivointi voi edelleen tapahtua, mutta voi olla hitaampaa.

Al₂o₃: n mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet

Alumiinioksidi on:

• Kovaa (Mohs ~ 9), Kasvava pinnan naarmunkestävyys.
• Kemiallisesti vakaa neutraalissa ja emäksisessä väliaineessa ~ pH: ta asti 9, vaikka hyökkäsi voimakkaasti happamassa (PHE < 4) tai alkali (PHE > 9) ympäristö.
• Alhainen sähkönjohtavuus, joka voi vaikuttaa paikalliseen korroosioon (ESIM., pistorasia) tietyissä olosuhteissa.

4. Alumiinin korroosiokäyttäytyminen eri ympäristöissä

Ilmakehän altistuminen

• Kuiva ilmasto: Minimaalinen lisähapetus alkuperäisen kalvon lisäksi; Ulkonäkö on edelleen kiiltävä.
• Kostea ilma: Oksidikerros paksunee hieman, suojan ylläpitäminen. Epäpuhtaudet (Niin, Ei) voi happea kasteen, aiheuttaen lievää pistoksia.
• Merialue: Kloridikuormitetut aerosolit hyökkäävät oksidiin, johtaen, jos suojapinnoitteita ei ole.

Vesipitoiset ympäristöt

• Makeanveden: Alumiini vastustaa lievää neutraalia vettä, vakaan al₂o₃ muodostaen.
• Merivettä: Korkea kloridi (~ 19 000 ppm) edistää korroosio. Pienet kaivot voivat muodostua, mutta yhtenäinen korroosio pysyy alhaisena.
• Happamat/alkaliset liuokset:

• • PHE < 4: Oksidi liukenee, Paljaiden metallin altistaminen nopealle hyökkäylle.
  • PHE > 9: Myös oksidi liukenee (Liukoisuus kasvaa), johtaa aktiiviseen korroosioon.

Korkean lämpötilan hapettuminen

Yli ~ 200 ° C ilmassa, oksidikerros kasvaa paksummaksi (Mikrometriin) parabolisessa nopeustrendissä.

Samalla edelleen suojaava, Eroa Al ja Al₂o₃: n välinen lämpölaajentuminen voi indusoida spallaaation, jos se jäähdytetään nopeasti. Moottorin komponenteissa (ESIM., mäntä), Suunnittelu vastaa valvotun oksidin kasvusta.

Galvaaninen korroosio

Kun alumiini koskettaa jalo -metallia (teräs, kupari) elektrolyytin läsnäollessa, Alumiinista tulee anodi ja syövyttää ensisijaisesti.

Oikea eristys tai katodinen suoja estää galvaanisen hyökkäyksen.

5. Alumiinikorroosiotyypit

Vaikka alumiinin kotoperäinen oksidikalvo tarjoaa huomattavan suojan monissa olosuhteissa, Erilaiset ympäristöt ja rasitukset voivat laukaista erilliset korroosiotavat.

Yhtenäinen korroosio

Yhtenäinen korroosio (joskus kutsutaan yleiseksi korroosioksi) Sisältää suhteellisen tasaisen metallin menetyksen paljaiden pintojen yli.

Alumiinissa, tasainen korroosio tapahtuu, kun suojaoksidi (Alkari) liukenee tai muuttuu kemiallisesti epävakaaksi, sallia alla olevan metallin hapettua lähes vakiona nopeudella.

Korroosio

Pyöritys alkaa, kun kloridi tai muut aggressiiviset anionit rikkovat passiivista al₂o₃ -estettä paikallisella paikalla.

Kerran kuoppa -ytimet, Paikallinen happamoituminen tapahtuu (liuenneen al³⁺: n hydrolyysin vuoksi), edelleen liuottaa alumiinioksidia ja kiihdyttämällä kaivon syvyyttä.

Pit -morfologia on usein kapeaa ja syvää, tekee siitä, että on haastavaa havaita ennen merkittävää tunkeutumista.

Rakeiden välinen korroosio

Rakeiden välinen korroosio (IGC) hyökkää viljan raja -alueeseen ensisijaisesti, usein missä seostavat elementit ovat saostuneet lämpökäsittelyn aikana (ESIM., lämpötiloissa 150–350 ° C).

Nämä sateet (Cu -rikas, Mg₂si, tai al₂cu) Käännä vierekkäinen seottavien liuenneiden aineiden matriisi, Kapea anodinen polku viljarajoja pitkin.

Kun upotetaan syövyttäviin ympäristöihin, Viljarajat syövyttävät ennen viljan sisätiloja, johtaa viljan pudotukseen tai hauras vikapolku.

Stressikorroosion halkeaminen (SCC)

SCC on synergistinen vikatila, joka vaatii kolme ehtoa: herkkä seos, syövyttävä ympäristö, ja vetolujuus (jäännös tai levitetty).

Näissä olosuhteissa, Halkeamat alkavat metalli-/oksidirajapinnalla ja leviävät rakeisesti tai transgranulaarisesti stressitasoilla selvästi saantolujuuden alapuolella.

Raon korroosio

Rakokorroosio kehittyy suojatuilla tai rajoitetuilla alueilla - tiivisteiden alle, niittipäät, tai LAP -nivelet - missä pysähtynyt elektrolyytti on ehtynyt happea.

Raon sisällä, Metallin liukeneminen tuottaa al³⁺ ja happaita paikallista ympäristöä (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Ohi).

Katodinen reaktio (hapen vähennys) tapahtuu raon ulkopuolella, Ajetaan edelleen anodista liukenemista sisälle.

Kloridi -ionit keskittyvät rakoon varauksen neutraalisuuden ylläpitämiseksi, hyökkäyksen kiihdyttäminen.

Yhteenvetotaulukko - alumiinikorroosiomekanismit

6. Seostavat vaikutukset korroosionkestävyyteen

Alumiinin luontainen korroosionkestävyys johtuu ohuen nopeasta muodostumisesta, tarttuva alumiinioksidi (Alkari) elokuva.

Kuitenkin, tekniikan käytännössä, Lähes kaikkia rakenteellisia alumiinia käytetään seostetussa muodossa, ja jokainen seostuselementti voi vaikuttaa merkittävästi oksidikerroksen stabiilisuuteen ja suojaukseen.

Puhdas alumiini vs.. Alumiiniseokset

• Puhdas alumiini (1100 sarja): Poikkeuksellinen korroosionkestävyys, joka johtuu minimaalisesta metallienvälisistä; Käytetään kemiallisiin laitteisiin.
• 2XXX -sarja (Al-cu): Alempi korroosionkestävyys, Erityisesti sademäärä kovetetut seokset (ESIM., 2024), altti.
• 5XXX -sarja (Al - Mg): Hyvä merikorroosioresistenssi; yleinen laivan runkoissa (ESIM., 5083, 5052).
• 6XXX -sarja (Al -mg -i): Tasapainoinen lujuus ja korroosionkestävyys; laajalti käytetty arkkitehtonisissa ekstruusioissa (ESIM., 6061).
• 7XXX -sarja (Al - zn - mg): Erittäin korkea vahvuus, mutta alttiina SCC: lle ilman asianmukaista hoitoa.

Kuparin rooli, Magnesium, Pii, Sinkki, ja muut elementit

• Kupari: Lisää lujuutta, mutta alentaa korroosionkestävyyttä ja pistävää resistanssia.
• Magnesium: Parantaa korroosioresistenssiä meriympäristöissä, mutta voi edistää rakeiden välistä korroosiota, jos sitä ei hallita.
• Pii: Parantaa juoksevuutta ja kestävyyttä; A356: n kaltaiset seokset osoittavat vaatimatonta korroosiosuorituskykyä.
• Sinkki: Lisää lujuutta, mutta vähentää yleistä korroosionkestävyyttä.
• Hivenainelementit (Fe, Mn, Cr): Minimoi haitalliset metallit; MN auttaa jalostamaan viljarakennetta, hyödyntää korroosiokäyttäytymistä.

Lämpökäsittely ja mikrorakenteen vaikutus

• Liuoslämpökäsittely ja ikääntyminen: Liukenee haitallisia saostumia, rakeiden välinen korroosion vähentäminen.
• Ylikuormitus: Karannetut sateet viljarajoilla voivat pahentaa korroosiota.
• Sademäärä kovettuminen: Vaatii huolellista hallintaa lujuuden ja korroosion tasapainottamiseksi.
• Lämpötyö: Kylmätyö (ESIM., liikkuva) voi tuottaa dislokaatioita, jotka parantavat paikallista korroosiota, ellei sitä seuraa asianmukaista hehkutusta.

7. Suojatoimenpiteet ja pintakäsittelyt

Anodisoiva

• Käsitellä: Elektrolyyttinen hapettuminen rakentaa paksumman al₂o₃ -kerroksen (10–25 μm).
• Tyypit:

• • Rikkihappo Anodisoiva (Tyyppi II): Yleinen arkkitehtuuri- ja kuluttajatuotteille (värillinen).
  • Kovaa anodisoivaa (Tyyppi III): Paksumpi (25–100 μm), korkea kulumiskestävyys; Käytetään koneissa ja ilmailu-.
  • Kromihappoanksoiva (Tyyppi I): Ohuempi (5–10 μm), Parempi korroosionkestävyys, minimaalinen mittamuutos; Käytetään ilmailu-.

• Hyöty: Parantunut korroosiosuojaus, parannettu maalien tarttuvuus, koristeelliset viimeistelyt.

Muuntamispinnoitteet

• Kromaattia muuntamispinnoite: Kuusiarvoinen tai kolmiulotteinen kromipohjainen; Tarjoaa hyvää korroosionkestävyyttä ja maalin tarttumista.
  Ympäristöongelmat ajavat kolmiulotteisia vaihtoehtoja.
• Fosfaattipinnoitteet: Vähemmän yleinen alumiinissa; Toisinaan käytetään maalin tarttuvuuden parantamiseen.
• Ei-kromi-vaihtoehdot: Fluoripohjainen, zirkonaatti, tai titaanikemiat, jotka tarjoavat korroosiosuojausta ilman heksavalenttia kromia.

Orgaaniset pinnoitteet

• Nestemäinen maalit: Epoksi -alukkeet, polyuretaanipintaiset, tai fluoropolymeerin viimeistelyt suojaavat kosteudelta ja UV: ltä.
• Jauhepäällyste: Polyesteri, epoksi, tai polyuretaanijauheita käytetään ja paistetaan kestävien kalvojen muodostamiseksi. Paksumpi peittokeskustuu korroosioon ja hankaukseen.

Katodinen suojaus ja uhrausanodit

• Uhrausanodit (Sinkki, Magnesium): Käytetään merivedessä upotettujen alumiinirakenteiden suojaamiseksi; Anodi syövyttää ensisijaisesti.
• Vaikuttunut virta: Vähemmän yleinen pienille alumiinitarveille; käytetään suuriin merirakenteisiin.

8. Johtopäätös

Alumiini ei ruoste tavanomaisessa mielessä, mutta se Kahvaa, tyypillisesti muodostaen vakaan oksidikerroksen, joka suojaa sitä lisähyökkäyksiltä.

Materiaalin vastus korroosiolle, yhdistettynä sen lujuus-painosuhteeseen, tekee siitä ihanteellisen teollisuudenaloille ilmailu- ja rakentamiseen.

Kuitenkin, sen korroosiomekanismien ymmärtäminen, ympäristörajoitukset, ja suojatoimenpiteet ovat ratkaisevan tärkeitä sen pitkäikäisyyden ja suorituskyvyn varmistamiseksi.

Yhdistämällä oikea seos, pintakäsittely, ja suunnittelun näkökohdat, Alumiini voi tarjota vuosikymmenien ajan huoltovapaa palvelua.

 

Yleiset väärinkäsitykset

Vaikka alumiinin korroosiokäyttäytymistä on tutkittu laajasti, Useita väärinkäsityksiä jatketaan sekä teollisuudessa että suositussa keskustelussa.

Näiden väärinkäsitysten käsitteleminen auttaa insinöörejä, suunnittelijat, ja loppukäyttäjät tekevät tietoisia päätöksiä valitessasi tai ylläpitää alumiinikomponentteja.

"Alumiini ei koskaan syöty"

Laajalle levinnyt uskomus väittää, että alumiini on läpäisemätön kaikenlaiselle korroosiolle. Todellisuudessa, Vaikka alumiini ei ruostu kuin terästä, se käy edelleen korroosiota.

Sen luonnollinen oksidikalvo (Alkari) muodostuu melkein heti altistumisen jälkeen, Erinomaisen tarjoaminen - mutta ei ehdoton - suoja.

Aggressiivisissa olosuhteissa, kuten kloridirikas ympäristö tai happamat viemärit, Tuo passiivinen kerros voi hajottaa, johtaen pistämiseen tai raon korroosioon.

Siksi, kun taas alumiini ylittää usein päällystämätöntä terästä, Se vaatii edelleen asianmukaista seosvalinta- ja pintakäsittelyä pitkäikäisyydelle.

"Alumiinin valkoinen jauhe on vaaraton"

Kun alumiinipinnat kehittyvät valkoiseksi, Jauhemainen jäännös, jota kutsutaan yleisesti nimellä "valkoinen ruoste" - olettaa, että se ei aiheuta uhkaa.

Kuitenkin, Tämä jauhe johtuu hydroksidi- tai karbonaattikerroksista, jotka muodostuvat suuressa kosteudessa tai kemiallisessa altistuksessa.

Vasemmalle osoittamaton, Nämä talletukset voivat säilyttää kosteuden metallia vastaan, paikallisen korroosion edistäminen muodostumisen alla.

Säännöllinen puhdistus ja suojapinnoitteen levitys ovat kriittisiä taustalla olevien vaurioiden estämiseksi, erityisesti paljaissa ohutlevy- tai rakenteellisissa jäsenissä.

"Kaikilla alumiiniseoksilla on sama korroosiokäyttäytyminen"

Toinen väärinkäsitys on, että kaikilla alumiiniseoksilla on tasainen korroosioresistenssi. Itse asiassa, Seostavat elementit muuttavat dramaattisesti suorituskykyä.

Esimerkiksi, 5XXX -sarja (Mg) Seokset osoittavat erinomaista vastustuskykyä meren asetuksissa,

kun taas 2xxx ja 7xxx -sarja (Cu- ja Zn-kantava) ovat alttiita pistämiseen ja stressikorroosion halkeamiseen, jos ne jätetään käsittelemättä.

Olettaen, että halpakustannus, Korkea luja seos riittää jokaisessa ympäristössä riskit ennenaikaisesta epäonnistumisesta.

Siten, Oikean sarjan ja malttin määrittäminen - ja mahdollisesti anodisoinnin tai verhouksen soveltaminen - lisää halutun käyttöikä.

"Galvaanisella korroosiolla on merkitystä vain äärimmäisissä olosuhteissa"

Jotkut suunnittelijat ajattelevat, että galvaaninen korroosio tapahtuu vain erittäin aggressiivisessa tai upotetussa palvelussa.

Totta, jopa jäljittää määriä kosteutta, kuten aamu kaste rannikkoilmastossa, voi luoda tarpeeksi johtavuutta

Galvaanisen solun aloittaminen alumiinikiinnitysten ja kuparin johdotuksen välillä, tai alumiini -koristeet kosketuksessa ruostumattomasta teräksestä.

Ajan myötä, Anodinen alumiini syövyttää ensisijaisesti, johtaa nivelten löystymiseen tai rakenteelliseen heikkenemiseen.

Tämän välttämiseksi, Insinöörien tulee aina eristää erilaiset metallit tai määrittää yhteensopivat kiinnittimet.

"Anodisointi tekee alumiinista täysin korroosionkestävän"

Anodisointi parantaa varmasti korroosionkestävyyttä sakeuttamalla oksidikerros, Mutta se ei tee alumiinista haavoittumattomia.

Kova anodisoidut pinnat voivat kehittää mikrohalkeamia, jos ne altistetaan lämpöjaksolle tai mekaaniselle rasitukselle, ja ilman asianmukaista tiivistystä, Ne ovat edelleen huokoisia aggressiivisille ioneille.

Siten, Pelkästään tavanomaiseen rikki happea-anodisoimiseen meriympäristölle voi johtaa pistorasiaan ajan myötä.

Yhdistäminen tiivisteiden kanssa, pintatakit, tai katodista suojaa on usein tarpeen vaatimuksiin.

"Korkea puhtaus alumiini lievittää kaikkia korroosioon liittyviä huolenaiheita"

Puhtaus parantaa alumiinin luontaista hapettumiskestävyyttä, vieläkin 99.99% Puhdas alumiini voi kärsiä raon korroosiosta tiivisteiden alla tai suljettujen koteloiden sisällä.

Hiven epäpuhtaudet - rauta, pii, Kupari - entistä keskittymään viljarajoihin, lokalisoitujen galvaanisten solujen luominen.

Käytännössä, Erittäin voimakkaat alumiiniseokset (ESIM., 1100) Löydä rajoitettua käyttöä rakennesovelluksissa juuri siksi, että niillä ei ole mekaanista lujuutta paikallisen hyökkäyksen kompensoimiseksi.

Puhtauden tasapainottaminen tarvittavilla seostuselementeillä on edelleen välttämätöntä.