Is-sadid tal-aluminju？

1. Introduzzjoni

Il-mistoqsija “Is-sadid tal-aluminju?” tqum ta 'spiss fl-inġinerija tal-materjali, Disinn industrijali, U anke proġetti DIY ta 'kuljum.

Strettament, Is-sadid jirreferi għall-ossidu tal-ħadid, Il-prodott tal-korrużjoni kannella ħamrani flaky tal-ħadid u l-azzar.

Minħabba li l-aluminju jifforma ossidu differenti (Ossidu tal-aluminju), Teknikament ma jissaddadx fil-mod kif il-ħadid jagħmel. Madankollu, L-aluminju jista 'jissaddad taħt ċerti kundizzjonijiet.

Dan l-artikolu jispjega l-kimika wara l-ossidazzjoni tal-aluminju, jikkuntrastawha ma 'rusting tal-ħadid, jeżamina diversi modi ta 'korrużjoni, u jiddeskrivi strateġiji protettivi.

2. Id-definizzjoni ta '"sadid" vs.. Ossidu tal-aluminju

Teknikament, Is-sadid jirreferi għas-sustanza flaky kannella ħamrani -ossidu tal-ħadid- Li tifforma meta l-ħadid jirreaġixxi bl-ossiġnu u l-umdità.

Aluminju, Li tkun metall mhux tal-ħadid, ma jissaddadx b'dan il-mod. Minflok, jgħaddi minn ossidazzjoni, tipproduċi iebsa, bla kulur, u saff aderenti ta ' Ossidu tal-aluminju (Al₂o₃).

Dan is-saff ta 'ossidu jifforma kważi istantanjament fil-preżenza ta' arja u ilma, Ħolqien ta 'barriera naturali li tinibixxi aktar korrużjoni.

Filwaqt li dan il-proċess xi kultant jissejjaħ “sadid abjad” f'termini lajċi, huwa fundamentalment differenti mill-sadid tal-azzar.

3. Saff ta 'ossidu protettiv fuq l-aluminju

Formazzjoni u ħxuna ta 'ossidu indiġeni

Immedjatament mal-espożizzjoni tal-arja, L-aluminju jiżviluppa ossidu nattiv ta '~ 2-5 nm ħxuna. Studji dwar il-produzzjoni tal-films (Xps, Elipsometrija) Ikkonferma li dan is-saff jifforma fi ftit sekondi.

Fl-arja niexfa, Plateaus tal-ħxuna; f'ambjenti umdi, Jista 'jeħxen xi ftit (5–10 nm) iżda jibqa 'protettiv.

Mekkaniżmu ta 'awto-konsistenza

Jekk scratch żgħir jikser l-ossidu, aluminju frisk taħt ossidizes biex isewwi l-film.

Dan awto-fejqan Il-mekkaniżmu jiżgura protezzjoni kontinwa sakemm ikun hemm biżżejjed ossiġnu jew fwar tal-ilma.

F'ambjenti ta 'ossiġnu limitat (E.g., taħt l-ilma f'ilma staġnat), Il-passivazzjoni xorta tista 'sseħħ imma tista' tkun aktar bil-mod.

Propjetajiet mekkaniċi u kimiċi ta 'al₂o₃

L-ossidu tal-aluminju huwa:

• Iebes (Mohs ~ 9), Żieda fir-reżistenza tal-bidu tal-wiċċ.
• Stabbli kimikament f'medja newtrali u alkalina sa ~ ph 9, għalkemm attakkat b’mod qawwi aċiduż (pH < 4) jew alkalini (pH > 9) ambjenti.
• Konduttività elettrika baxxa, li jista 'jikkontribwixxi għal korrużjoni lokalizzata (E.g., Pitting) taħt ċerti kundizzjonijiet.

4. Imġieba tal-korrużjoni tal-aluminju f'diversi ambjenti

Esponiment atmosferiku

• Klima niexfa: Ossidazzjoni ulterjuri minima lil hinn mill-film indiġenu; Id-dehra tibqa 'lustrous.
• Arja umda: Is-saff tal-ossidu jeħxien ftit, iż-żamma tal-protezzjoni. Sustanzi li jniġġsu (So₂, Noₓ) tista 'aċidifika d-nida, jikkawża pitting ħafif.
• Atmosfera tal-baħar: Aerosols mgħobbija bil-klorur jattakkaw l-ossidu, li jwassal għal pitting jekk kisi protettiv huwa assenti.

Ambjenti milwiema

• Ilma ħelu: L-aluminju jirreżisti ilma newtrali ħafif, jiffurmaw al₂o₃ stabbli.
• Ilma baħar: Klorur għoli (~ 19,000 ppm) jippromwovi Pitting korrużjoni. Fosos żgħar jistgħu jiffurmaw, Iżda l-korrużjoni uniformi tibqa 'baxxa.
• Soluzzjonijiet aċidużi / alkalini:

• • pH < 4: Ossidu jinħall, tesponi metall vojt għal attakk mgħaġġel.
  • pH > 9: L-ossidu jinħall ukoll (Is-solubilità al₂o₃ tiżdied), li twassal għal korrużjoni attiva.

Ossidazzjoni ta 'temperatura għolja

'Il fuq minn ~ 200 ° C fl-arja, Is-saff tal-ossidu jikber (sa mikrometri) Fix-xejra tar-rata parabolika.

Waqt li għadu protettiv, Espansjoni termali differenzjali bejn al u al₂o₃ tista 'twassal għal spallazzjoni jekk imkessaħ malajr. Fil-komponenti tal-magna (E.g., pistuni), Id-disinn jammonta għal tkabbir ta 'ossidu kkontrollat.

Korrużjoni galvanika

Meta l-aluminju jikkuntattja metall aktar nobbli (azzar, ram) Fil-preżenza ta 'elettrolit, L-aluminju jsir l-anodu u jikkorrodi b'mod preferenzjali.

Insulazzjoni xierqa jew protezzjoni katodika tipprevjeni attakk galvaniku.

5. Tipi ta 'korrużjoni tal-aluminju

Għalkemm il-film tal-ossidu indiġenu tal-aluminju joffri protezzjoni sostanzjali taħt ħafna kundizzjonijiet, Ambjenti u tensjonijiet varji jistgħu jikkawżaw modi ta 'korrużjoni distinti.

Korrużjoni uniformi

Korrużjoni uniformi (Kultant imsejħa korrużjoni ġenerali) tinvolvi telf relattivament uniformi tal-metall fuq uċuħ esposti.

Fl-aluminju, korrużjoni uniformi sseħħ meta l-ossidu protettiv (Al₂o₃) jinħall jew isir kimikament instabbli, li tippermetti li l-metall sottostanti jossida b'rata kważi kostanti.

Pitting korrużjoni

Pitting jibda meta l-klorur jew anjoni aggressivi oħra jiksru l-barriera passiva ta 'Al₂o₃ f'post lokalizzat.

Ladarba Pit Nucleates, L-aċidifikazzjoni lokali sseħħ (Minħabba l-idroliżi ta 'al³⁺ maħlul), tkompli tħoll l-alumina u tħaffef il-fond tal-fossa.

Il-morfoloġija tal-fossa ħafna drabi hija dejqa u profonda, tagħmilha ta 'sfida biex tiskopri qabel penetrazzjoni sinifikanti.

Korrużjoni intergranulari

Korrużjoni intergranulari (IGC) tattakka r-reġjun tal-konfini tal-qamħ preferenzjalment, Ħafna drabi fejn l-elementi tal-liga jkunu ppreċipitaw waqt it-trattament tas-sħana (E.g., f'temperaturi 150-350 ° C).

Dawn il-preċipitati (Cu-rich, Mg₂si, jew al₂cu) Tnaqqas il-matriċi li jmissu magħhom ta 'soluti tal-liga, Ħolqien ta 'triq anodika dejqa tul il-konfini tal-qamħ.

Meta mgħaddas f'ambjenti korrużivi, Il-konfini tal-qamħ jissaddad qabel l-interjuri tal-qamħ, li jirriżulta fi mogħdijiet ta 'falliment tal-qamħ jew fraġli.

Qsim tal-korrużjoni tal-istress (SCC)

SCC huwa mod ta 'falliment sinerġistiku li jeħtieġ tliet kundizzjonijiet: liga suxxettibbli, ambjent korrużiv, u tensjoni tat-tensjoni (residwu jew applikat).

Taħt dawn il-kundizzjonijiet, Ix-xquq jibdew fl-interface tal-metall / ossidu u jinfirxu intergranulari jew transgranulari fil-livelli ta 'tensjoni sew taħt is-saħħa tar-rendiment.

Korrużjoni tax-xquq

Il-korrużjoni tax-xquq tiżviluppa f'żoni protetti jew ristretti - taħt gaskits, Irjus tal-irbattuti, jew ġonot tal-ħoġor - fejn elettrolit staġnat isir mdgħajjef ta 'ossiġnu.

Fi ħdan il-xquq, Id-dissoluzzjoni tal-metall tiġġenera al³⁺ u aċidifika l-ambjent lokali (Al₂o₃ → Al³⁺ + 3Oh⁻).

Ir-reazzjoni katodika (Tnaqqis tal-ossiġnu) iseħħ barra l-xquq, isuq aktar dissoluzzjoni anodika ġewwa.

Il-jonji tal-klorur jikkonċentraw fil-xquq biex iżommu n-newtralità tal-ħlas, taċċellera l-attakk.

Tabella Sommarju - Mekkaniżmi ta 'korrużjoni tal-aluminju

6. Effetti tal-liga fuq ir-reżistenza għall-korrużjoni

Ir-reżistenza intrinsika tal-korrużjoni tal-aluminju toħroġ mill-formazzjoni rapida ta 'rqiqa, Ossidu tal-aluminju aderenti (Al₂o₃) film.

Madankollu, fil-prattika tal-inġinerija, Kważi l-aluminju strutturali kollu jintuża f'forma liga, u kull element tal-liga jista 'jinfluwenza b'mod sinifikanti l-istabbiltà u l-protezzjoni tas-saff tal-ossidu.

Aluminju pur vs.. Ligi tal-aluminju

• Aluminju pur (1100 Serje): Reżistenza eċċezzjonali għall-korrużjoni minħabba intermetalliċi minimi; Użat għal tagħmir kimiku.
• 2Serje XXX (Al-cu): Reżistenza għall-korrużjoni aktar baxxa, Speċjalment ligi mwebbsa mill-preċipitazzjoni (E.g., 2024), suxxettibbli għal SCC u attakk intergranulari.
• 5Serje XXX (Al - mg): Reżistenza tajba għall-korrużjoni tal-baħar; Komuni fil-bwieq tal-vapuri (E.g., 5083, 5052).
• 6Serje XXX (Al -mg -i): Saħħa bilanċjata u reżistenza għall-korrużjoni; Użati ħafna fl-estrużjonijiet arkitettoniċi (E.g., 6061).
• 7Serje XXX (Al - Zn - Mg): Qawwa għolja ħafna iżda vulnerabbli għal SCC mingħajr trattament xieraq.

Rwol tar-ram, Manjesju, Silikon, Żingu, u elementi oħra

• Ram: Iżid is-saħħa iżda jbaxxi r-reżistenza għall-korrużjoni u l-pitting reżistenza.
• Manjesju: Ittejjeb ir-reżistenza għall-korrużjoni f'ambjenti tal-baħar iżda tista 'tippromwovi korrużjoni intergranulari jekk mhux ikkontrollata.
• Silikon: Itejjeb il-fluwidità u l-kastabbiltà; Ligi bħal A356 juru prestazzjoni modesta tal-korrużjoni.
• Żingu: Jikkontribwixxi għas-saħħa iżda jnaqqas ir-reżistenza ġenerali għall-korrużjoni.
• Elementi ta 'Traċċa (Fe, Mn, Cr): Imminimizza l-intermetalliċi ta 'detriment; MN jgħin biex tirfina l-istruttura tal-qamħ, li jibbenefikaw imġieba tal-korrużjoni.

Trattament tas-sħana u influwenza tal-mikrostruttura

• Trattament tas-sħana u x-xjuħija tas-soluzzjoni: Tħoll il-preċipitati ta 'ħsara, Tnaqqis tal-korrużjoni intergranulari.
• Overaging: Il-preċipitati mqanqla fil-konfini tal-qamħ jistgħu jaggravaw il-korrużjoni.
• Twebbis tal-preċipitazzjoni: Teħtieġ kontroll bir-reqqa biex tibbilanċja s-saħħa u l-korrużjoni.
• Xogħol termali: Xogħol kiesaħ (E.g., rolling) jistgħu jipproduċu diżlokazzjonijiet li jtejbu l-korrużjoni lokali sakemm ma jkunux segwiti minn ttremprar xieraq.

7. Miżuri protettivi u trattamenti tal-wiċċ

Anodizzar

• Proċess: Ossidazzjoni elettrolitika tibni saff eħxen ta 'Al₂o₃ (10–25 μm).
• Tipi:

• • Aċidu sulfuriku Anodizzar (Tip II): Komuni għal prodotti arkitettoniċi u għall-konsumatur (kolorabbli).
  • Anodizzazzjoni iebsa (Tip III): Eħxen (25–100 μm), Reżistenza għolja għall-ilbies; Użat fil-makkinarju u l-ajruspazju.
  • Aċidu kromiku anodizzazzjoni (Tip I.): Irqaq (5–10 μm), Reżistenza għall-korrużjoni aħjar, Bidla dimensjonali minima; Użat għal komponenti aerospazjali.

• Benefiċċji: Protezzjoni tal-korrużjoni msaħħa, adeżjoni mtejba għaż-żebgħa, Finituri dekorattivi.

Kisi tal-konverżjoni

• Kisi tal-konverżjoni tal-kromat: Hexavalent jew trivalenti bbażati fuq il-kromju; Jipprovdi reżistenza tajba għall-korrużjoni u adeżjoni taż-żebgħa.
  It-tħassib ambjentali qed isuq alternattivi trivalenti.
• Kisi tal-fosfat: Inqas komuni fuq l-aluminju; Kultant użat biex itejjeb l-adeżjoni taż-żebgħa.
• Alternattivi mhux kromi: Ibbażat fuq il-fluworidu, żirkonat, jew kimiċi titanat li joffru protezzjoni kontra l-korrużjoni mingħajr kromju hexavalent.

Kisi organiku

• Żebgħa likwida: Primers epossidiċi, Topcoats tal-polyurethane, jew il-finituri tal-fluworopolimeru jipproteġu kontra l-umdità u l-UV.
• Kisi tat-Trab: Poliester, epossidiku, jew trab tal-polyurethane huma applikati u moħmija biex jiffurmaw films durabbli. Kopertura eħxen jirreżisti l-korrużjoni u l-brix.

Protezzjoni katodika u anodi tas-sagrifiċċju

• Anodi tas-sagrifiċċju (Żingu, Manjesju): Użat fl-ilma baħar biex jipproteġi strutturi tal-aluminju mgħaddas; L-anodu jikkorrodi b'mod preferenzjali.
• Kurrent impressjonat: Inqas komuni għal oġġetti żgħar tal-aluminju; Użat għal strutturi kbar tal-baħar.

8. Konklużjoni

L-aluminju jagħmel mhux sadid Fis-sens konvenzjonali, Imma huwa ma jikkorrodex, tipikament jifforma saff ta 'ossidu stabbli li jipproteġih minn aktar attakk.

Ir-reżistenza tal-materjal għall-korrużjoni, flimkien mal-proporzjon saħħa-piż tiegħu, Jagħmilha ideali għal industriji li jvarjaw mill-ajruspazju għall-kostruzzjoni.

Madankollu, Nifhmu l-mekkaniżmi ta 'korrużjoni tagħha, Limitazzjonijiet Ambjentali, u miżuri protettivi huma kruċjali biex tiżgura l-lonġevità u l-prestazzjoni tagħha.

Billi tgħaqqad il-liga t-tajba, trattament tal-wiċċ, u konsiderazzjonijiet tad-disinn, L-aluminju jista 'jipprovdi għexieren ta' snin ta 'servizz mingħajr manutenzjoni.

 

Kunċetti żbaljati komuni

Għalkemm l-imġieba tal-korrużjoni tal-aluminju ġiet studjata b'mod estensiv, Diversi nuqqas ta ’ftehim jippersistu kemm fl-industrija kif ukoll fid-diskors popolari.

L-indirizzar ta 'dawn il-kunċetti żbaljati jgħin lill-inġiniera, disinjaturi, U l-utenti finali jieħdu deċiżjonijiet infurmati meta jagħżlu jew iżommu komponenti tal-aluminju.

"L-aluminju qatt ma jissaddad"

Twemmin mifrux isostni li l-aluminju huwa impermeabbli għal kull forma ta 'korrużjoni. Fir-realtà, Għalkemm l-aluminju ma jissaddadx bħall-azzar, Għadu jgħaddi minn korrużjoni.

Il-film tal-ossidu naturali tiegħu (Al₂o₃) jifforma kważi immedjatament wara espożizzjoni għall-arja, tipprovdi protezzjoni eċċellenti - imma mhux assoluta -.

Taħt kundizzjonijiet aggressivi bħal ambjenti b'ħafna klorur jew katusi aċidużi, Dak is-saff passiv jista 'jkisser, li jwassal għal pitting jew korrużjoni tax-xquq.

Għalhekk, Filwaqt li l-aluminju spiss jiżboq l-azzar mhux miksi, xorta teħtieġ għażla xierqa tal-liga u trattament tal-wiċċ għall-lonġevità.

"Trab abjad fuq l-aluminju ma jagħmilx ħsara"

Meta uċuħ tal-aluminju jiżviluppaw abjad, Residwu tat-Trab - Komunement imsejjaħ bħala "White Rust" - Assue li ma joħloq l-ebda theddida.

Madankollu, Dan it-trab jirriżulta minn depożiti ta 'idrossidu jew karbonat li jiffurmaw taħt umdità għolja jew espożizzjoni kimika.

Jitħalla mhux indirizzat, Dawn id-depożiti jistgħu jżommu l-umdità kontra l-metall, It-trawwim tal-korrużjoni lokalizzata taħt l-akkumulazzjoni.

Tindif regolari u applikazzjoni ta 'kisi protettiv huma kritiċi biex tevita ħsara sottostanti, partikolarment fuq folja esposta jew membri strutturali.

"Il-ligi kollha tal-aluminju għandhom l-istess imġieba ta 'korrużjoni"

Kunċett żbaljat ieħor huwa li l-ligi kollha tal-aluminju juru reżistenza għall-korrużjoni uniformi. Fil-fatt, Elementi tal-liga jbiddlu b'mod drammatiku l-prestazzjoni.

Pereżempju, 5Serje XXX (Mg-Bearing) Il-ligi juru reżistenza eċċellenti fl-issettjar tal-baħar,

Billi Serje 2XXX u 7XXX (Cu- u li jġorru Zn) huma suxxettibbli għal tqassim u korrużjoni tal-istress jekk jitħallew mhux trattati.

Jekk wieħed jassumi spiża baxxa, Liga ta 'saħħa għolja tkun biżżejjed f'kull ambjent tirriskja falliment prematur.

Għalhekk, L-ispeċifikazzjoni tas-serje u t-tempra t-tajba - u possibilment l-applikazzjoni tal-anodizzazzjoni jew tal-kisi - tikseb il-ħajja tas-servizz mixtieqa.

"Il-korrużjoni galvanika hija biss f'kundizzjonijiet estremi"

Xi disinjaturi jaħsbu li l-korrużjoni galvanika sseħħ biss f'servizz aggressiv jew mgħaddas ħafna.

Fil-verità, Anke traċċa ta 'ammonti ta' umdità, bħal nida filgħodu fi klima kostali, tista 'toħloq konduttività biżżejjed

Biex tibda ċellula galvanika bejn il-qafliet tal-aluminju u l-wajers tar-ram, jew trim tal-aluminju f'kuntatt ma 'l-istainless steel.

Maż-żmien, L-aluminju anodiku se jissaddad b'mod preferenzjali, li jwassal għal jinħallu l-ġogi jew dgħajjef strutturali.

Biex tevita dan, L-inġiniera għandhom dejjem jiżolaw metalli differenti jew jispeċifikaw qafliet kompatibbli.

"L-anodizzazzjoni tagħmel l-aluminju kompletament kontra l-korrużjoni"

L-anodizzazzjoni ċertament ittejjeb ir-reżistenza għall-korrużjoni billi tħaxxen is-saff tal-ossidu, Iżda ma jirrendix l-aluminju invulnerabbli.

Uċuħ anodizzati ħafna jistgħu jiżviluppaw microcracks jekk ikunu esposti għal ċikliżmu termiku jew stress mekkaniku, u mingħajr siġillar xieraq, Huma jibqgħu porużi għal joni aggressivi.

Konsegwentement, Li tibbaża biss fuq aċidu sulfuriku standard għal ambjent tal-baħar jista 'jwassal għal pitting maż-żmien.

Tgħaqqad l-anodizzazzjoni ma 'siġillanti, Topcoats, jew il-protezzjoni katodika ħafna drabi ssir meħtieġa għal applikazzjonijiet eżiġenti.

"L-aluminju ta 'purità għolja jtaffi t-tħassib kollu tal-korrużjoni"

Il-purità ttejjeb ir-reżistenza innata tal-aluminju għall-ossidazzjoni, iżda anke 99.99% L-aluminju pur jista 'jsofri korrużjoni tax-xquq taħt gaskits jew ġewwa kompartimenti ssiġillati.

Impuritajiet ta 'traċċa - Iron, Silikon, ram - tendenza li tikkonċentra fil-konfini tal-qamħ, Ħolqien ta 'ċelloli galvaniċi lokalizzati.

Fil-prattika, Ligi tal-aluminju ta 'purità għolja ħafna (E.g., 1100) Sib użu limitat f'applikazzjonijiet strutturali preċiżament minħabba li m'għandhomx is-saħħa mekkanika biex jikkumpensaw għal attakk lokalizzat.

L-ibbilanċjar tal-purità ma 'elementi ta' liga meħtieġa jibqa 'essenzjali.