Apakah aluminium karat？

1. Perkenalan

Pertanyaannya “Apakah karat aluminium?” sering muncul dalam rekayasa material, Desain Industri, dan bahkan proyek DIY sehari -hari.

Sesungguhnya, Karat mengacu pada besi oksida, Produk korosi coklat kemerahan yang rapuh dari besi dan baja.

Karena aluminium membentuk oksida yang berbeda (aluminium oksida), Secara teknis tidak berkarat seperti yang dilakukan besi. Namun demikian, Aluminium dapat dikoreksi dalam kondisi tertentu.

Artikel ini menjelaskan chemistry di balik oksidasi aluminium, kontras dengan karat besi, memeriksa berbagai mode korosi, dan menguraikan strategi pelindung.

2. Mendefinisikan "karat" vs.. Aluminium oksida

Secara teknis, karat mengacu pada zat bersisik coklat kemerahan—oksida besi— Bahwa terbentuk saat besi bereaksi dengan oksigen dan kelembaban.

Aluminium, Menjadi logam non-ferrous, tidak berkarat dengan cara ini. Alih-alih, itu mengalami oksidasi, menghasilkan yang keras, tanpa warna, dan lapisan yang melekat aluminium oksida (Al₂o₃).

Lapisan oksida ini terbentuk hampir secara instan di hadapan udara dan air, menciptakan penghalang alami yang menghambat korosi lebih lanjut.

Sementara proses ini kadang -kadang disebut sebagai "karat putih" dalam istilah awam, pada dasarnya berbeda dari karat baja.

3. Lapisan oksida pelindung pada aluminium

Pembentukan dan ketebalan oksida asli

Segera setelah paparan udara, Aluminium mengembangkan oksida asli dengan ketebalan ~ 2–5 nm. Studi Pembuatan Film (XPS, ellipsometry) Konfirmasikan bahwa lapisan ini terbentuk dalam hitungan detik.

Di udara kering, ketebalan dataran tinggi; di lingkungan yang lembab, itu bisa sedikit menebal (5–10 nm) tetapi tetap protektif.

Mekanisme penegasan diri

Jika goresan kecil melanggar oksida, aluminium segar di bawah teroksidasi untuk memperbaiki film.

Ini penyembuhan diri sendiri Mekanisme memastikan perlindungan berkelanjutan selama oksigen atau uap air yang cukup.

Dalam pengaturan oksigen terbatas (MISALNYA., di bawah air dalam air yang stagnan), pasif masih bisa terjadi tetapi mungkin lebih lambat.

Sifat mekanik dan kimia al₂o₃

Aluminium oksida adalah:

• Keras (Mohs ~ 9), Meningkatkan resistansi goresan permukaan.
• Stabil secara kimia di media netral dan alkali hingga ~ pH 9, meskipun diserang sangat asam (ph < 4) atau alkali (ph > 9) lingkungan.
• Konduktivitas listrik yang rendah, yang dapat berkontribusi pada korosi lokal (MISALNYA., pitting) dalam kondisi tertentu.

4. Perilaku korosi aluminium di berbagai lingkungan

Paparan atmosfer

• Iklim kering: Oksidasi lebih lanjut minim di luar film asli; Penampilan tetap berkilau.
• Udara lembab: Lapisan oksida sedikit mengental, menjaga perlindungan. Polutan (So₂, Tidak) dapat mengasamkan embun, menyebabkan lubang ringan.
• Suasana laut: Aerosol yang sarat klorida menyerang oksida, mengarah ke pitting jika pelapis pelindung tidak ada.

Lingkungan berair

• Air tawar: Aluminium menolak air netral ringan, membentuk al₂o₃ yang stabil.
• Air laut: Klorida tinggi (~ 19.000 ppm) mempromosikan Korosi pitting. Lubang kecil bisa terbentuk, tetapi korosi seragam tetap rendah.
• Larutan asam/alkali:

• • ph < 4: Oksida larut, Mengekspos logam telanjang untuk serangan cepat.
  • ph > 9: Oksida juga larut (Al₂o₃ kelarutan meningkat), mengarah ke korosi aktif.

Oksidasi suhu tinggi

Di atas ~ 200 ° C di udara, Lapisan oksida tumbuh lebih tebal (hingga mikrometer) Dalam tren tingkat parabola.

Sambil masih protektif, Ekspansi termal diferensial antara Al dan Al₂o₃ dapat menginduksi spallation jika didinginkan dengan cepat. Dalam komponen mesin (MISALNYA., Piston), Design Accounts untuk pertumbuhan oksida terkontrol.

Korosi galvanik

Saat aluminium menghubungi logam yang lebih mulia (baja, tembaga) di hadapan elektrolit, aluminium menjadi anoda dan berkorban secara istimewa.

Isolasi yang tepat atau perlindungan katodik mencegah serangan galvanik.

5. Jenis Korosi Aluminium

Meskipun film oksida asli aluminium memberi perlindungan besar dalam banyak kondisi, Berbagai lingkungan dan tekanan dapat memicu mode korosi yang berbeda.

Korosi seragam

Korosi seragam (terkadang disebut korosi umum) melibatkan kehilangan logam yang relatif merata di permukaan yang terbuka.

Di aluminium, Korosi seragam terjadi saat oksida pelindung (Al₂o₃) larut atau menjadi tidak stabil secara kimia, memungkinkan logam yang mendasari teroksidasi pada tingkat yang hampir konstan.

Korosi pitting

Pitting dimulai ketika klorida atau anion agresif lainnya melanggar penghalang al₂o₃ pasif di tempat yang terlokalisasi.

Sekali lubang nukleat, pengasaman lokal terjadi (karena hidrolisis al³⁺ terlarut), lebih lanjut melarutkan alumina dan mempercepat kedalaman lubang.

Morfologi lubang sering kali sempit dan dalam, membuatnya menantang untuk mendeteksi sebelum penetrasi yang signifikan.

Korosi intergranular

Korosi intergranular (IGC) menyerang wilayah batas gandum secara istimewa, Seringkali di mana elemen paduan telah diendapkan selama perlakuan panas (MISALNYA., pada suhu 150–350 ° C).

Endapan ini (Cu -rich, Mg₂si, atau al₂cu) Kuras matriks yang berdekatan dari zat terlarut paduan, menciptakan jalur anodik yang sempit di sepanjang batas gandum.

Saat direndam dalam lingkungan korosif, batas gandum mengikat di depan interior biji -bijian, mengakibatkan jalur drop -out atau kegagalan rapuh.

Retak korosi stres (SCC)

SCC adalah mode kegagalan sinergis yang membutuhkan tiga kondisi: paduan yang rentan, lingkungan korosif, dan stres tarik (residual atau diterapkan).

Dalam kondisi ini, retak dimulai pada antarmuka logam/oksida dan merambat secara intergranular atau transgranular pada tingkat stres jauh di bawah kekuatan luluh.

Korosi celah

Korosi celah berkembang di daerah terlindung atau terbatas - di bawah gasket, Kepala paku keling, atau sendi pangkuan - di mana elektrolit stagnan menjadi terkuras oksigen.

Di dalam celah, Pembubaran logam menghasilkan al³⁺ dan mengasamkan lingkungan lokal (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Oh⁻).

Reaksi katodik (Pengurangan oksigen) terjadi di luar celah, Mengemudi lebih lanjut pembubaran anodik di dalam.

Ion klorida berkonsentrasi di celah untuk mempertahankan netralitas muatan, mempercepat serangan.

Tabel Ringkasan - Mekanisme Korosi Aluminium

6. Efek paduan pada resistensi korosi

Resistensi korosi intrinsik aluminium berasal dari pembentukan cepat tipis, Aluminium oksida yang melekat (Al₂o₃) film.

Namun, dalam praktik teknik, Hampir semua aluminium struktural digunakan dalam bentuk paduan, dan setiap elemen paduan dapat secara signifikan mempengaruhi stabilitas dan perlindungan lapisan oksida.

Aluminium murni vs.. Paduan Aluminium

• Aluminium murni (1100 seri): Resistensi korosi yang luar biasa karena intermetalik minimal; digunakan untuk peralatan kimia.
• 2Seri XXX (Al-cu): Resistensi korosi yang lebih rendah, terutama paduan yang dikerjakan dengan presipitasi (MISALNYA., 2024), rentan terhadap SCC dan serangan intergranular.
• 5Seri XXX (Al -mg): Resistensi korosi kelautan yang baik; Umum di lambung kapal (MISALNYA., 5083, 5052).
• 6Seri XXX (Al -mg -i): Kekuatan seimbang dan resistensi korosi; banyak digunakan dalam ekstrusi arsitektur (MISALNYA., 6061).
• 7Seri XXX (Al - Zn - Mg): Kekuatan yang sangat tinggi tetapi rentan terhadap SCC tanpa perawatan yang tepat.

Peran tembaga, Magnesium, Silikon, Seng, dan elemen lainnya

• Tembaga: Meningkatkan kekuatan tetapi menurunkan resistensi korosi dan resistensi pitting.
• Magnesium: Meningkatkan resistensi korosi di lingkungan laut tetapi dapat meningkatkan korosi intergranular jika tidak dikendalikan.
• Silikon: Meningkatkan fluiditas dan castability; Paduan seperti A356 menunjukkan kinerja korosi sederhana.
• Seng: Berkontribusi terhadap kekuatan tetapi mengurangi resistensi korosi umum.
• Lacak elemen (Fe, M N, Cr): Meminimalkan intermetalik yang merugikan; MN membantu memperbaiki struktur biji -bijian, Menguntungkan perilaku korosi.

Perlakuan panas dan pengaruh mikrostruktur

• Solusi Perlakuan Panas dan Penuaan: Larut endapan berbahaya, mengurangi korosi intergranular.
• Overaging: Endapan kasar pada batas butir dapat memperburuk korosi.
• Pengerasan presipitasi: Membutuhkan kontrol yang cermat untuk menyeimbangkan kekuatan dan korosi.
• Pekerjaan termal: Bekerja dingin (MISALNYA., bergulir) dapat menghasilkan dislokasi yang meningkatkan korosi lokal kecuali diikuti dengan anil yang tepat.

7. Langkah -langkah pelindung dan perawatan permukaan

Anodisasi

• Proses: Oksidasi elektrolitik membangun lapisan al₂o₃ yang lebih tebal (10–25 μm).
• Tipe:

• • Asam sulfat Anodisasi (Tipe II): Umum untuk produk arsitektur dan konsumen (yg berhasil baik).
  • Anodisasi keras (Tipe III): Lebih tebal (25–100 μm), Resistensi keausan tinggi; digunakan dalam mesin dan kedirgantaraan.
  • Anodisasi asam kromik (Tipe I.): Lebih tipis (5–10 μm), resistensi korosi yang lebih baik, Perubahan dimensi minimal; digunakan untuk komponen aerospace.

• Manfaat: Perlindungan korosi yang ditingkatkan, Adhesi yang lebih baik untuk cat, Hasil akhir dekoratif.

Pelapis konversi

• Lapisan konversi kromat: Berbasis kromium heksavalen atau trivalen; memberikan ketahanan korosi yang baik dan adhesi cat.
  Kekhawatiran lingkungan mendorong alternatif trivalen.
• Pelapis fosfat: Kurang umum pada aluminium; sesekali digunakan untuk meningkatkan adhesi cat.
• Alternatif non-krom: Berbasis fluoride, zirkonat, atau kimia titanate yang menawarkan perlindungan korosi tanpa kromium heksavalen.

Pelapis organik

• Cat cair: Primer Epoksi, Mantel poliuretan, atau finishing fluoropolymer melindungi terhadap kelembaban dan UV.
• Lapisan Serbuk: Poliester, epoksi, atau bubuk poliuretan diterapkan dan dipanggang untuk membentuk film yang tahan lama. Cakupan yang lebih tebal menolak korosi dan abrasi.

Perlindungan katodik dan anoda pengorbanan

• Anoda pengorbanan (Seng, Magnesium): Digunakan dalam air laut untuk melindungi struktur aluminium yang terendam; Anoda berkorban secara istimewa.
• Arus terkesan: Kurang umum untuk item aluminium kecil; digunakan untuk struktur laut besar.

8. Kesimpulan

Aluminium melakukannya bukan karat dalam arti konvensional, Tapi itu tidak mengikat, biasanya membentuk lapisan oksida stabil yang melindunginya dari serangan lebih lanjut.

Ketahanan material terhadap korosi, dikombinasikan dengan rasio kekuatan-ke-beratnya, membuatnya ideal untuk industri mulai dari ruang angkasa hingga konstruksi.

Namun, Memahami mekanisme korosiasinya, Keterbatasan Lingkungan, dan langkah -langkah perlindungan sangat penting untuk memastikan umur panjang dan kinerjanya.

Dengan menggabungkan paduan yang tepat, Perawatan permukaan, dan pertimbangan desain, Aluminium dapat memberikan layanan bebas pemeliharaan selama puluhan tahun.

 

Kesalahpahaman umum

Meskipun perilaku korosi aluminium telah dipelajari secara luas, Beberapa kesalahpahaman bertahan dalam industri dan wacana populer.

Mengatasi kesalahpahaman ini membantu para insinyur, desainer, dan pengguna akhir membuat keputusan yang tepat saat memilih atau memelihara komponen aluminium.

“Aluminium tidak pernah terkorosi”

Keyakinan yang meluas menyatakan bahwa aluminium tidak tahan terhadap semua bentuk korosi. Pada kenyataannya, Meskipun aluminium tidak berkarat seperti baja, itu masih mengalami korosi.

Film oksida alami (Al₂o₃) Bentuk segera setelah terpapar udara, memberikan perlindungan yang sangat baik - tetapi bukan absolut.

Dalam kondisi agresif seperti lingkungan yang kaya klorida atau saluran asam, Lapisan pasif itu bisa rusak, mengarah ke korosi pitting atau celah.

Karena itu, sementara aluminium sering mengungguli baja yang tidak dilapisi, masih membutuhkan pemilihan paduan yang tepat dan perawatan permukaan untuk umur panjang.

“Bubuk putih pada aluminium tidak berbahaya”

Saat permukaan aluminium berkembang putih, Residu bubuk - umumnya disebut sebagai "karat putih" - banyak menganggap itu tidak menimbulkan ancaman.

Namun, Bubuk ini dihasilkan dari endapan hidroksida atau karbonat yang terbentuk di bawah kelembaban tinggi atau paparan kimia.

Dibiarkan tidak tertangani, Deposit ini dapat mempertahankan kelembaban terhadap logam, Membina korosi lokal di bawah penumpukan.

Aplikasi pembersihan dan pelapis pelindung secara teratur sangat penting untuk mencegah kerusakan yang mendasarinya, khususnya pada lembaran logam yang terbuka atau anggota struktural.

“Semua paduan aluminium memiliki perilaku korosi yang sama”

Kesalahpahaman lainnya adalah bahwa semua paduan aluminium menunjukkan resistensi korosi yang seragam. nyatanya, elemen paduan secara dramatis mengubah kinerja.

Misalnya, 5Seri XXX (MG-BEARING) Paduan menunjukkan perlawanan yang sangat baik dalam pengaturan kelautan,

Sedangkan seri 2xxx dan 7xxx (Cu- dan Zn-Bearing) rentan terhadap retak dan stres korosi jika tidak diobati.

Dengan asumsi berbiaya rendah, Paduan kekuatan tinggi akan cukup di setiap lingkungan berisiko kegagalan dini.

Dengan demikian, Menentukan seri dan temperamen yang benar - dan mungkin menerapkan anodisasi atau kelongsong - memastikan masa pakai yang diinginkan.

“Korosi galvanik hanya penting dalam kondisi ekstrem”

Beberapa desainer berpikir korosi galvanik hanya terjadi dalam layanan yang sangat agresif atau terendam.

Sebenarnya, Bahkan melacak kelembaban, seperti embun pagi di iklim pesisir, dapat membuat konduktivitas yang cukup

Untuk memulai sel galvanik antara pengencang aluminium dan kabel tembaga, atau trim aluminium yang bersentuhan dengan stainless steel.

Seiring waktu, Aluminium anodik akan berkoreksikan secara istimewa, menyebabkan pelonggaran sendi atau melemahnya struktural.

Untuk menghindari ini, Insinyur harus selalu mengisolasi logam yang berbeda atau menentukan pengencang yang kompatibel.

“Anodizing membuat aluminium benar-benar tahan korosi”

Anodisasi tentu saja meningkatkan resistensi korosi dengan menebalkan lapisan oksida, Tapi itu tidak membuat aluminium kebal.

Permukaan anodized yang keras dapat mengembangkan microcrack jika terpapar siklus termal atau tegangan mekanik, dan tanpa penyegelan yang tepat, mereka tetap berpori hingga ion agresif.

Akibatnya, hanya mengandalkan anodize asam sulfat standar untuk lingkungan laut dapat menyebabkan pitting seiring waktu.

Menggabungkan anodisasi dengan sealer, Mantel, atau perlindungan katodik sering menjadi perlu untuk menuntut aplikasi.

“Aluminium kemurnian tinggi mengurangi semua masalah korosi”

Kemurnian memang meningkatkan ketahanan bawaan aluminium terhadap oksidasi, Bahkan 99.99% Aluminium murni dapat menderita korosi celah di bawah gasket atau selungkup yang disegel di dalam.

Lacak kotoran - besi, silikon, Tembaga - cenderung berkonsentrasi pada batas gandum, membuat sel galvanik terlokalisasi.

Dalam praktiknya, paduan aluminium yang sangat tinggi (MISALNYA., 1100) Temukan penggunaan terbatas dalam aplikasi struktural justru karena mereka tidak memiliki kekuatan mekanik untuk mengimbangi serangan lokal.

Menyeimbangkan kemurnian dengan elemen paduan yang diperlukan tetap penting.