Ar aliuminio rūdys？

1. Įvadas

Klausimas „Ar aliuminis rūdys?“ dažnai atsiranda medžiagų inžinerijoje, pramoninis dizainas, Ir net kasdieniai „pasidaryk pats“ projektai.

Griežtai tariant, Rūdis nurodo geležies oksidą, Geležies ir plieno rausvai rudos spalvos korozijos produktas.

Nes aliuminis sudaro skirtingą oksidą (aliuminio oksidas), Tai techniškai nerūdija taip, kaip tai daro geležis. Vis dėlto, Aliuminis gali koroduoti tam tikromis sąlygomis.

Šis straipsnis paaiškina aliuminio oksidacijos chemiją, kontrastuodamas su geležies rūdijimu, nagrinėja įvairius korozijos režimus, ir apibūdina apsaugos strategijas.

2. Apibrėžti „rūdis“ vs.. Aliuminio oksidas

Techniškai, Rūdis nurodo rausvai rudą dribsnių medžiagą-Geležies oksidas—Tai, kai geležis reaguoja su deguonimi ir drėgme.

Aliuminis, Būdamas neferišku metalu, tokiu būdu nerūdija. Vietoj, Tai patiria oksidacija, gamina sunkų, bespalvis, ir laikinasis sluoksnis aliuminio oksidas (Al₂o₃).

Šis oksido sluoksnis beveik akimirksniu susidaro esant orui ir vandeniui, Sukurti natūralų barjerą, kuris slopina tolesnį koroziją.

Nors šis procesas kartais vadinamas „balta rūdis“, Jis iš esmės skiriasi nuo plieno rūdžių.

3. Apsauginis oksido sluoksnis ant aliuminio

Vietinis oksido formavimasis ir storis

Iškart po oro, Aliuminis sukuria ~ 2–5 nm storio vietinį oksidą. Filmų kūrimo studijos (XPS, elipsometrija) Patvirtinkite, kad šis sluoksnis susidaro per kelias sekundes.

Sausame ore, storio plokščiakalnių; drėgnoje aplinkoje, Jis gali šiek tiek sutirštėti (5–10 nm) bet išlieka apsauginis.

Savarankiško pastilimo mechanizmas

Jei mažas įbrėžimas pažeidžia oksidą, Švieži aliuminis po oksiduojama, kad būtų galima taisyti plėvelę.

Tai savigyda Mechanizmas užtikrina nuolatinę apsaugą tol, kol yra pakankamai deguonies ar vandens garų.

Riboto deguonies nustatymuose (Pvz., povandeninis vandenyje), Pasyvavimas vis dar gali atsirasti, bet gali būti lėtesnis.

Al₂o₃ mechaninės ir cheminės savybės

Aliuminio oksidas yra:

• Sunku (Mohs ~ 9), Didėjantis atsparumas paviršiaus įbrėžimams.
• Chemiškai stabilus neutralioje ir šarminėje terpėje iki ~ pH 9, nors užpuolė stipriai rūgščiai (ph < 4) arba šarminis (ph > 9) aplinka.
• Mažas elektrinis laidumas, kuris gali prisidėti prie lokalios korozijos (Pvz., duobė) tam tikromis sąlygomis.

4. Aliuminio korozijos elgsena įvairiose aplinkose

Atmosferos poveikis

• Sausas klimatas: Minimali tolesnė oksidacija už gimtosios plėvelės ribų; Išvaizda išlieka blizganti.
• Drėgnas oras: Oksido sluoksnis šiek tiek sutirština, Apsaugos palaikymas. Teršalai (Taigi, Ne) gali parūgštinti rasą, sukelia švelnų duobę.
• Jūrų atmosfera: Chloridai apkrauti aerozoliai puola oksidą, veda prie duobių, jei nėra apsauginių dangų.

Vandeninė aplinka

• Gėlas vanduo: Aliuminis priešinasi švelniam neutraliam vandeniui, formuojanti stabilią al₂o₃.
• Jūros vanduo: Aukštas chloridas (~ 19 000 ppm) skatina Korozija. Mažos duobės gali susidaryti, Tačiau vienoda korozija išlieka žema.
• Rūgštiniai/šarminiai tirpalai:

• • ph < 4: Oksidas ištirpsta, Plikos metalo atidengimas greitam puolimui.
  • ph > 9: Oksidas taip pat ištirpsta (Al₂o₃ tirpumas didėja), sukelia aktyvią koroziją.

Aukštos temperatūros oksidacija

Virš ~ 200 ° C ore, oksido sluoksnis auga storesnis (iki mikrometrų) pagal parabolinį greičio tendenciją.

Nors vis dar apsaugo, Diferencinis šiluminis išsiplėtimas tarp AL ir Al₂o₃ gali sukelti spalliavimą, jei greitai atšaldoma. Variklio komponentuose (Pvz., stūmokliai), Projektavimo sąskaitos siekia kontroliuojamo oksido augimo.

Galvaninė korozija

Kai aliuminis liečiasi su kilnesniu metalu (plienas, Vario) Esant elektrolitui, Aliuminis tampa anodu ir pirmiausia korozija.

Tinkama izoliacija ar katodinė apsauga apsaugo nuo galvaninės atakos.

5. Aliuminio korozijos rūšys

Nors vietinė aliuminio oksido plėvelė daugeliu atvejų suteikia didelę apsaugą, Įvairios aplinkos ir įtempiai gali sukelti skirtingus korozijos režimus.

Vienoda korozija

Vienoda korozija (Kartais vadinama bendrąja korozija) apima santykinai tolygų metalo praradimą per eksponuotus paviršius.

Aliuminyje, Vienoda korozija atsiranda, kai apsauginis oksidas (Al₂o₃) ištirpsta arba tampa chemiškai nestabilus, leidžiant apatinį metalą oksiduoti beveik pastoviu greičiu.

Korozija

Įdėjimas prasideda tada.

Kartą duobė branduolinė, Vietos rūgštėjimas įvyksta (Dėl ištirpinto al³⁺ hidrolizės), Toliau tirpsta aliuminio oksidas ir pagreitinantis duobės gylį.

Pit morfologija dažnai yra siaura ir gili, todėl sunku aptikti prieš reikšmingą skverbimąsi.

Tarpgranuliuota korozija

Tarpgranuliuota korozija (IGC) Puola grūdų ribų regioną pirmiausia, Dažnai ten, kur legiruočių elementai nusodino terminio apdorojimo metu (Pvz., esant 150–350 ° C temperatūrai).

Šie krituliai (Cu turtas, Mg₂si, arba al₂cu) išeikvoti gretimą legiruotų tirpių matricą, Sukuriant siaurą anodinį kelią palei grūdų ribas.

Kai panardinamas į korozinę aplinką, Grūdų ribos koroduoja prieš grūdų interjerą, dėl to grūdų kritimo ar trapūs gedimo keliai.

Streso korozijos įtrūkimas (SCC)

SCC yra sinergetinis gedimo režimas, kuriam reikia trijų sąlygų: jautrus lydinys, Korozinė aplinka, ir tempimo stresas (likutis arba pritaikytas).

Tokiomis sąlygomis, Įtrūkimai prasideda metalo/oksido sąsajoje ir sklinda tarpgranuliškai arba transgranaliai esant įtempių lygiui, gerokai žemiau derlingumo stiprumo.

Įtrūkimų korozija

Plyšių korozija vystosi ekranuotose ar uždarose vietose - įkaitos tarpinės, Kniedės galvutės, arba juosmens sąnariai - kai sustingęs elektrolitas išeikvoja deguonį.

Viršelyje, Metalo tirpimas sukuria al³⁺ ir parūgština vietinę aplinką (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Oi).

Katodinė reakcija (Deguonies sumažėjimas) įvyksta už plyšio, Važiavimas toliau anodiniu tirpimu viduje.

Chlorido jonai koncentruojasi į plyšį, kad būtų išlaikytas krūvio neutralumas, pagreitindamas ataką.

Santraukos lentelė - aliuminio korozijos mechanizmai

6. Lydinis poveikis atsparumui korozijai

Aliuminio vidinis atsparumas korozijai kyla dėl greito plono susidarymo, Pritaikytas aliuminio oksidas (Al₂o₃) Filmas.

Tačiau, inžinerijos praktikoje, Beveik visas konstrukcinis aliuminis yra naudojamas lydinio pavidalu, ir kiekvienas lydinio elementas gali reikšmingai paveikti oksido sluoksnio stabilumą ir apsaugą.

Grynas aliuminis vs.. Aliuminio lydiniai

• Grynas aliuminis (1100 serija): Išskirtinis atsparumas korozijai dėl minimalių intermetalinių medžiagų; Naudojamas cheminei įrangai.
• 2xxx serija (Al-cu): Mažesnis atsparumas korozijai, ypač kritulių užkandžiavę lydiniai (Pvz., 2024), linkęs į SCC ir tarpgranuliuotą ataką.
• 5xxx serija (Al - mg): Geras atsparumas jūriniam korozijai; Dažnas laivų korpusuose (Pvz., 5083, 5052).
• 6xxx serija (Al -mg -i): Subalansuotas stiprumas ir atsparumas korozijai; plačiai naudojamas architektūrinėse išspaudimuose (Pvz., 6061).
• 7xxx serija (Al - Zn - mg): Labai didelis stiprumas, bet pažeidžiamas SCC, be tinkamo gydymo.

Vario vaidmuo, Magnis, Silicis, Cinkas, ir kiti elementai

• Vario: Padidina stiprumą, tačiau mažina atsparumą korozijai ir atsparumui.
• Magnis: Sustiprina atsparumą korozijai jūrų aplinkoje, tačiau gali skatinti tarpgranulinę koroziją, jei nebus kontroliuojama.
• Silicis: Pagerina sklandumą ir liejimą; Lydiniai, tokie kaip A356, rodo kuklų korozijos efektyvumą.
• Cinkas: Prisideda prie jėgos, tačiau sumažina bendrą atsparumą korozijai.
• Mikroelementai (Fe, Mn, Kr): Sumažinkite žalingą intermetalinę medžiagą; MN padeda patikslinti grūdų struktūrą, naudingas korozijos elgsena.

Šilumos apdorojimas ir mikrostruktūros įtaka

• Tirpalo terminas ir senėjimas: Ištirpsta kenksmingos nuosėdos, Sumažinus tarpkranuliuotą koroziją.
• Pervertinimas: Gruntos nuosėdos esant grūdų riboms gali pabloginti koroziją.
• Kritulių kietėjimas: Reikia kruopščios kontrolės, kad būtų galima subalansuoti stiprumą ir koroziją.
• Šiluminis darbas: Šaltai (Pvz., riedėjimas) gali sukelti dislokacijas, kurios sustiprina vietinę koroziją, nebent sektų tinkamas atkaitinimas.

7. Apsaugos priemonės ir paviršiaus apdorojimas

Anodavimas

• Procesas: Elektrolitinė oksidacija sukuria storesnį al₂o₃ sluoksnį (10–25 μm).
• Tipai:

• • Sieros rūgštis Anodavimas (II tipas): Įprasta architektūriniams ir vartojimo produktams (spalvota).
  • Sunkus anodavimas (III tipas): Storesnis (25–100 μm), Didelis atsparumas dilimui; Naudojamas mašinose ir kosmoso srityje.
  • Chromo rūgšties anodavimas (I tipas): Plonesnis (5–10 μm), Geresnis atsparumas korozijai, Minimalus matmenų pokytis; Naudojamas aviacijos ir kosmoso komponentams.

• Nauda: Sustiprinta apsauga nuo korozijos, Patobulintas dažų sukibimas, dekoratyvinės apdailos.

Konversijos dangos

• Chromato konversijos danga: Šešiakampis arba trivalentis chromo pagrindu; suteikia gerą atsparumą korozijai ir dažų sukibimui.
  Aplinkos problemos skatina trigubas alternatyvas.
• Fosfato dangos: Mažiau paplitusi aliuminio; Retkarčiais naudojamas dažų sukibimo gerinimui.
• Ne chromo alternatyvos: Fluoro pagrindu, Cirkonatas, arba titanato chemijos, siūlančios apsaugą nuo korozijos be heksavalentinio chromo.

Organinės dangos

• Skysti dažai: Epoksidiniai pradmenys, Poliuretano viršutiniai paltai, arba fluoropolimero apdaila apsaugo nuo drėgmės ir UV spindulių.
• Miltelių danga: Poliesteris, epoksidinė, arba poliuretano milteliai yra naudojami ir kepami, kad būtų patvarūs filmai. Storesnė aprėptis priešinasi korozijai ir dilimui.

Katodinė apsauga ir aukojimo anodai

• Aukojimo anodai (Cinkas, Magnis): Naudojamas jūros vandenyje siekiant apsaugoti panardintas aliuminio struktūras; anodas korozija pageidautina.
• Sužavėta srovė: Mažiau paplitęs mažų aliuminio elementų; Naudojamas didelėms jūrinėms konstrukcijoms.

8. Išvada

Aliuminis tai daro Ne rūdis įprastine prasme, Bet tai Ar korozija, Paprastai sudaro stabilų oksido sluoksnį, kuris apsaugo jį nuo tolesnės atakos.

Medžiagos atsparumas korozijai, kartu su jo stiprumo ir svorio santykiu, Tai idealiai tinka pramonės šakoms, pradedant nuo aviacijos ir kosmoso iki statybos.

Tačiau, Suprasti jo korozijos mechanizmus, Aplinkos apribojimai, ir apsaugos priemonės yra labai svarbios siekiant užtikrinti jos ilgaamžiškumą ir našumą.

Derinant tinkamą lydinį, paviršiaus apdorojimas, ir projektavimo aspektai, Aliuminis gali teikti dešimtmečius be priežiūros paslaugų.

 

Įprastos klaidingos nuomonės

Nors aliuminio elgesys korozija buvo išsamiai ištirtas, Keletas nesusipratimų išlieka tiek pramonėje, tiek populiariame diskurse.

Šių klaidingų nuomonių sprendimas padeda inžinieriams, Dizaineriai, ir galutiniai vartotojai priima pagrįstus sprendimus renkantis ar palaikant aliuminio komponentus.

„Aliuminis niekada nesukurs“

Plačiai paplitęs įsitikinimas, kad aliuminis yra nepralaidus visų formų korozijai. Realybėje, Nors aliuminis nerūdija kaip plienas, jis vis dar patiria koroziją.

Jos natūrali oksido plėvelė (Al₂o₃) formuojasi beveik iškart po oro, Teikti puikų, bet ne absoliučią apsaugą.

Agresyviomis sąlygomis, tokiomis kaip aplinka, kurioje gausu chlorido ar rūgščių kanalizacijos, tas pasyvus sluoksnis gali suskaidyti, veda į duobes ar plyšių koroziją.

Todėl, tuo tarpu aliuminis dažnai pralenkia nepadengtą plieną, Tam vis dar reikia tinkamo lydinio parinkimo ir paviršiaus apdorojimo ilgaamžiškumui.

„Balti milteliai ant aliuminio yra nekenksmingi“

Kai aliuminio paviršiai išsivysto balta, Miltelinė liekana - dažniausiai vadinama „balta rūdis“ - manoma, kad tai kelia jokią grėsmę.

Tačiau, Šie milteliai atsiranda dėl hidroksido ar karbonato nuosėdų, susidarančių esant dideliam drėgmei ar cheminiam poveikiui.

Paliktas be advokatų, Šie indėliai gali išlaikyti drėgmę nuo metalo, Plaukianti lokalizuotą koroziją po kaupimu.

Reguliarus valymas ir apsauginis dengimas yra labai svarbūs, kad būtų išvengta pagrindinės pažeidimo, Ypač ant eksponuotų lakštinių metalų ar konstrukcinių elementų.

„Visi aliuminio lydiniai turi tą patį korozijos elgseną“

Kita klaidinga nuomonė yra ta, kad visi aliuminio lydiniai pasižymi vienodu atsparumu korozijai. Tiesą sakant, Lydiniai elementai dramatiškai keičia našumą.

Pavyzdžiui, 5xxx serija (Mg-gearing) Lydiniai rodo puikų atsparumą jūrų parametruose,

kadangi 2xxx ir 7xxx serija (Cu- ir zn-gearing) yra linkę į duobes ir streso koroziją, jei liekate negydomi.

Darant prielaidą, kad pigus, Kiekvienoje aplinkoje pakaks aukšto stiprumo lydinio.

Taigi, Nurodant teisingą seriją ir nusiteikę, ir galbūt pritaikyti anodizavimą ar apvalkalą - tai nori norimo aptarnavimo gyvenimo.

„Galvaninė korozija yra svarbi tik ekstremaliomis sąlygomis“

Kai kurie dizaineriai mano,.

Tiesą sakant, net pėdsakų drėgmės kiekis, tokių kaip ryto rasa pakrantės klimate, gali sukurti pakankamai laidumo

Norėdami inicijuoti galvaninę ląstelę tarp aliuminio tvirtinimo detalių ir vario laidų, arba aliuminio apdaila liečiant nerūdijantį plieną.

Laikui bėgant, anodinis aliuminis pageidautina, sukelia sąnario atsipalaidavimą ar struktūrinį susilpnėjimą.

Norėdami to išvengti, Inžinieriai visada turėtų izoliuoti skirtingus metalus arba nurodyti suderinamas tvirtinimo detales.

„Anodavimas daro aliuminį visiškai atsparią korozijai“

Anodavimas neabejotinai pagerina atsparumą korozijai, sustorėjus oksido sluoksniui, Bet tai nepadaro aliuminio neliečiamo.

Kietai anoduoti paviršiai gali išsivystyti mikrotraumai, jei jie veikiami šiluminio ciklo ar mechaninio įtempio, Ir be tinkamo sandarinimo, Jie išlieka akinti agresyvūs jonai.

Todėl, Remdamiesi tik standartine sieros rūgšties anodizu jūrinei aplinkai.

Derinant anodavimą su sandarikliais, viršutiniai paltai, arba katodinė apsauga dažnai būtina reikalauti.

„Didelio grynumo aliuminis palengvina visus korozijos problemas“

Grynumas sustiprina įgimtą aliuminio atsparumą oksidacijai, dar net 99.99% Grynas aliuminis gali nukentėti į plyšių koroziją po tarpikliais arba vidiniais užklijuotais gaubtais.

Pėdsakų priemaišos - geležies, Silicis, VARIS - stenkitės susikoncentruoti ties grūdų ribomis, Sukurti lokalias galvanines ląsteles.

Praktiškai, labai didelio grynumo aliuminio lydiniai (Pvz., 1100) Raskite ribotą naudojimą struktūrinėse programose būtent todėl, kad jiems trūksta mechaninio stiprumo, kad būtų galima kompensuoti lokalizuotą ataką.

Subalansuoti grynumą su būtini lydiniais elementais išlieka būtina.