Doet aluminium roest？

1. Invoering

De vraag 'Roest aluminium?” ontstaat vaak in materialentechniek, industriële ontwerp, en zelfs dagelijkse doe -het -zelfprojecten.

Strikt genomen, Roest verwijst naar ijzeroxide, Het schilferige roodbruine corrosieproduct van ijzer en staal.

Omdat aluminium een ​​ander oxide vormt (aluminiumoxide), het roest technisch gezien niet in de manier waarop Iron doet. Hoe dan ook, Aluminium kan onder bepaalde omstandigheden corroderen.

Dit artikel legt de chemie achter aluminiumoxidatie uit, het contrasteren met ijzer roest, onderzoekt verschillende corrosiemodi, en schetst beschermende strategieën.

2. Het definiëren van "roest" vs. Aluminiumoxide

Technisch, Roest verwijst naar de roodbruine schilferige substantie-ijzeroxide- Dat vormt wanneer ijzer reageert met zuurstof en vocht.

Aluminium, Een non-ferrom metaal zijn, roest op deze manier niet. In plaats van, het ondergaat oxidatie, Hard produceren, kleurloos, en hechtende laag van aluminiumoxide (Al₂o₃).

Deze oxidelaag vormt zich bijna onmiddellijk in aanwezigheid van lucht en water, het creëren van een natuurlijke barrière die verdere corrosie remt.

Terwijl dit proces soms in leken "witte roest" wordt genoemd, het is fundamenteel anders dan het roesten van staal.

3. Beschermende oxidelaag op aluminium

Inheemse oxide -vorming en dikte

Onmiddellijk na blootstelling aan de lucht, Aluminium ontwikkelt een native oxide van ~ 2-5 nm dikte. Filmmakingstudies (XPS, ellipsometrie) Bevestig dat deze laag zich binnen enkele seconden vormt.

In de droge lucht, Dikte plateaus; in vochtige omgevingen, het kan enigszins dikker worden (5–10 nm) maar blijft beschermend.

Zelfpassiveringsmechanisme

Als een kleine kras het oxide overtreedt, vers aluminium onder oxideert om de film te repareren.

Dit zelfbeheersing Mechanisme zorgt voor voortdurende bescherming zolang er voldoende zuurstof of waterdamp aanwezig is.

In instellingen met beperkte zuurstof (Bijv., onder water in stilstaand water), Passivering kan nog steeds optreden, maar kan langzamer zijn.

Mechanische en chemische eigenschappen van al₂o₃

Aluminiumoxide is:

• Moeilijk (Mohs ~ 9), Verhogende oppervlakte krasweerstand.
• Chemisch stabiel in neutrale en alkalische media tot ~ ph 9, hoewel aangevallen in sterk zuur (pH < 4) of alkalisch (pH > 9) omgevingen.
• Lage elektrische geleidbaarheid, die kunnen bijdragen aan gelokaliseerde corrosie (Bijv., putje) onder bepaalde voorwaarden.

4. Corrosiegedrag van aluminium in verschillende omgevingen

Atmosferische blootstelling

• Droog klimaat: Minimale verdere oxidatie voorbij de inheemse film; uiterlijk blijft glanzend.
• Vochtige lucht: Oxidelaag dikker wordt enigszins, Bescherming handhaven. Verontreinigende stoffen (Dus₂, Noₓ) kan dauw verzuren, Milde putjes veroorzaken.
• Mariene sfeer: Met chloride beladen aerosolen aanvallen oxide, leidend tot putten als beschermende coatings afwezig zijn.

Waterige omgevingen

• Zoetwater: Aluminium is bestand tegen mild neutraal water, Stabiele Al₂o₃ vormen.
• Zeewater: Hoog chloride (~ 19.000 ppm) bevorderen Putcorrosie. Kleine kuilen kunnen vormen, Maar uniforme corrosie blijft laag.
• Zure/alkalische oplossingen:

• • pH < 4: Oxide lost op, Bare metaal blootstellen aan een snelle aanval.
  • pH > 9: Oxide lost ook op (Al₂o₃ oplosbaarheid neemt toe), leidend tot actieve corrosie.

Oxidatie op hoge temperatuur

Boven ~ 200 ° C in lucht, De oxidelaag wordt dikker (tot micrometers) in een trend van parabolische tarief.

Terwijl nog steeds beschermend, Differentiële thermische expansie tussen Al en Al₂o₃ kan spallatie veroorzaken als ze snel worden afgekoeld. In motoronderdelen (Bijv., zuigers), Ontwerp is goed voor gecontroleerde oxide -groei.

Galvanische corrosie

Wanneer aluminium contact maakt met een meer edel metaal (staal, koper) in aanwezigheid van een elektrolyt, Aluminium wordt de anode en corrodeert bij voorkeur.

Juiste isolatie of kathodische bescherming voorkomt de galvanische aanval.

5. Soorten aluminium corrosie

Hoewel de native oxidefilm van aluminium onder veel voorwaarden aanzienlijke bescherming biedt, Verschillende omgevingen en spanningen kunnen verschillende corrosiemodi veroorzaken.

Uniforme corrosie

Uniforme corrosie (Soms algemene corrosie genoemd) omvat een relatief gelijkmatige verlies van metaal over blootgestelde oppervlakken.

In aluminium, uniforme corrosie treedt op wanneer het beschermende oxide (Al₂o₃) lost op of wordt chemisch onstabiel, waardoor het onderliggende metaal met een bijna constante snelheid kan oxideren.

Putcorrosie

Putjes begint wanneer chloride of andere agressieve anionen de passieve Al₂o₃ -barrière op een gelokaliseerde plek doorbreken.

Zodra een put nucleates, Lokale verzuring treedt op (Vanwege hydrolyse van opgeloste al³⁺), Verder oplossen van aluminiumoxide en het versnellen van de putdiepte.

Pitmorfologie is vaak smal en diep, waardoor het een uitdaging is om te detecteren vóór significante penetratie.

Intergranulaire corrosie

Intergranulaire corrosie (IGC) valt bij voorkeur het korrelgrensgebied aan, Vaak waar legeringselementen zijn neergeslagen tijdens de warmtebehandeling (Bijv., Bij temperaturen 150–350 ° C).

Deze neerslaan (Cu -Rich, Mg₂si, of al₂cu) put de aangrenzende matrix van legering opgeloste opgeloste stof uit, het creëren van een smal anodisch pad langs korrelgrenzen.

Wanneer ondergedompeld in corrosieve omgevingen, Korrelgrenzen corroderen vóór het graaninterieurs, resulterend in graan drop -out of brosse faalpaden.

Stress-corrosie kraken (SCC)

SCC is een synergetische faalmodus die drie voorwaarden vereist: Een vatbare legering, een corrosieve omgeving, en trekspanning (Rest of toegepast).

Onder deze omstandigheden, Scheuren initiëren op het metaal/oxide -grensvlak en verspreiden zich intergranulair of getransgranulair bij stressniveaus ver onder de vloeigrens.

Crevice Corrosion

Crevice -corrosie ontwikkelt zich in afgeschermde of beperkte gebieden - onder pakkingen, Rivet Heads, of lapverbindingen - waar een stagnerende elektrolyt wordt uitgeput van zuurstof.

Binnen de spleet, Metaaloplossing genereert Al³⁺ en verzendt de lokale omgeving (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Oh⁻).

De kathodische reactie (zuurstofreductie) komt buiten de spleet, Verdere anodische ontbinding binnenrijden binnen.

Chloride -ionen concentreren zich in de spleet om ladingsneutraliteit te behouden, de aanval versnellen.

Samenvatting Tabel - Aluminium corrosiemechanismen

6. Legeringseffecten op corrosieweerstand

De intrinsieke corrosieweerstand van aluminium komt voort uit de snelle vorming van een dunne, hechtende aluminiumoxide (Al₂o₃) film.

Echter, in technische praktijk, Bijna al het structurele aluminium wordt gebruikt in gelegeerde vorm, en elk legeringselement kan de stabiliteit en bescherming van de oxidelaag aanzienlijk beïnvloeden.

Pure aluminium versus. Aluminium legeringen

• Puur aluminium (1100 serie): Uitzonderlijke corrosieweerstand als gevolg van minimale intermetallics; gebruikt voor chemische apparatuur.
• 2XXX -serie (Al-cu): Lagere corrosieweerstand, Vooral neerslaggeharde legeringen (Bijv., 2024), vatbaar voor SCC en intergranulaire aanval.
• 5XXX -serie (Al - Mg): Goede weerstand van de mariene corrosie; gebruikelijk in scheepsrompen (Bijv., 5083, 5052).
• 6XXX -serie (Al -mg -i): Evenwichtige sterkte en corrosieweerstand; veel gebruikt in architecturale extrusies (Bijv., 6061).
• 7XXX -serie (Al - Zn - Mg): Zeer hoge sterkte maar kwetsbaar voor SCC zonder de juiste behandeling.

Rol van koper, Magnesium, Silicium, Zink, en andere elementen

• Koper: Verhoogt de sterkte maar verlaagt corrosieweerstand en putweerstand.
• Magnesium: Verbetert de corrosieweerstand in mariene omgevingen, maar kan intergranulaire corrosie bevorderen als ze niet worden gecontroleerd.
• Silicium: Verbetert de vloeibaarheid en gietbaarheid; Legeringen zoals A356 tonen bescheiden corrosieprestaties.
• Zink: Draagt ​​bij aan sterkte maar vermindert de algemene corrosieweerstand.
• Sporen elementen (Fe, Mn, Cr): Minimaliseer schadelijke intermetallics; Mn helpt de graanstructuur te verfijnen, Het corrosiegedrag ten goede komt.

Warmtebehandeling en invloed van microstructuur

• Oplossing Warmtebehandeling en veroudering: Lost schadelijke neerslag op, het verminderen van intergranulaire corrosie.
• Te veel: Gerechte neerslag bij korrelgrenzen kunnen corrosie verergeren.
• Neerslagverharding: Vereist zorgvuldige controle om kracht en corrosie in evenwicht te brengen.
• Thermisch werk: Koude werk (Bijv., aanloop) kan dislocaties produceren die de lokale corrosie verbeteren, tenzij gevolgd door passende gloeien.

7. Beschermende maatregelen en oppervlaktebehandelingen

Anodiseren

• Proces: Elektrolytische oxidatie bouwt een dikkere al₂o₃ -laag (10–25 μm).
• Soorten:

• • Zwavelzuur Anodiseren (Type II): Gebruikelijk voor architecturale en consumentenproducten (aannemelijk).
  • Hard anodiseren (Type III): Dikker (25–100 μm), Hoge slijtvastheid; gebruikt in machines en ruimtevaart.
  • Chroomzuur anodiseren (Type I): Dunner (5–10 μm), Betere corrosieweerstand, minimale dimensionale verandering; gebruikt voor ruimtevaartcomponenten.

• Voordelen: Verbeterde corrosiebescherming, Verbeterde hechting voor verf, Decoratieve afwerkingen.

Conversie coatings

• Chromaat conversiecoating: Hexavalent of drievoudige chroom-gebaseerd; Biedt een goede corrosieweerstand en verf hechting.
  Milieuproblemen zijn het stimuleren van drie -alternatieven.
• Fosfaatcoatings: Minder gebruikelijk op aluminium; Af en toe gebruikt om de verfhechting te verbeteren.
• Niet-chrome alternatieven: Op fluoride gebaseerd, zirkonaat, of titanaat chemie die corrosiebescherming bieden zonder hexavalent chroom.

Organische coatings

• Vloeibare verf: Epoxy -primers, polyurethaan topcoats, of fluoropolymeer afwerkingen beschermen tegen vocht en UV.
• Poedercoating: Polyester, epoxy, of polyurethaanpoeders worden toegepast en gebakken om duurzame films te vormen. Dikkere dekking is bestand tegen corrosie en slijtage.

Kathodische bescherming en offeranodes

• Offeranodes (Zink, Magnesium): Gebruikt in zeewater om ondergedompelde aluminiumstructuren te beschermen; de anode corrodeert bij voorkeur.
• Onder de indruk van de stroom: Minder gebruikelijk voor kleine aluminium items; gebruikt voor grote mariene structuren.

8. Conclusie

Aluminium doet niet roest in de conventionele zin, Maar het Corrode, meestal een stabiele oxidelaag vormen die deze beschermt tegen verdere aanval.

De weerstand van het materiaal tegen corrosie, gecombineerd met zijn sterkte-gewichtsverhouding, maakt het ideaal voor industrieën, variërend van ruimtevaart tot constructie.

Echter, Inzicht in zijn corrosiemechanismen, Milieubeperkingen, en beschermende maatregelen zijn cruciaal om de levensduur en prestaties te waarborgen.

Door de juiste legering te combineren, oppervlaktebehandeling, en ontwerpoverwegingen, Aluminium kan tientallen jaren onderhoudsvrije service bieden.

 

Veel voorkomende misvattingen

Hoewel het corrosiegedrag van aluminium uitgebreid is bestudeerd, Verschillende misverstanden blijven bestaan ​​in zowel de industrie als het populaire discours.

Het aanpakken van deze misvattingen helpt ingenieurs, ontwerpers, en eindgebruikers nemen geïnformeerde beslissingen bij het selecteren of onderhouden van aluminiumcomponenten.

"Aluminium corrodeert nooit"

Een wijdverbreid geloof is van mening dat aluminium ongevoelig is voor alle vormen van corrosie. In werkelijkheid, Hoewel aluminium niet roest als staal, het ondergaat nog steeds corrosie.

Zijn natuurlijke oxidefilm (Al₂o₃) vormt vrijwel onmiddellijk na blootstelling aan lucht, Het bieden van uitstekende - maar niet absoluut - bescherming.

Onder agressieve omstandigheden zoals chloride-rijke omgevingen of zure afvoeren, Die passieve laag kan afbreken, leidend tot put- of spleetcorrosie.

Daarom, terwijl aluminium vaak beter presteert dan niet -gecoat staal, Het vereist nog steeds een geschikte legeringsselectie en oppervlaktebehandeling voor een lange levensduur.

"Wit poeder op aluminium is onschadelijk"

Wanneer aluminiumoppervlakken een wit ontwikkelen, Poederachtige residu - gemeenschappelijk aangeduid als "witte roest" - neem aan dat het geen bedreiging vormt.

Echter, Dit poeder is het gevolg van hydroxide- of carbonaatafzettingen die zich vormen onder hoge luchtvochtigheid of blootstelling aan chemische.

Niet geadresseerd achtergelaten, Deze afzettingen kunnen vocht tegen het metaal behouden, Gelokaliseerde corrosie onder de opbouw bevorderen.

Regelmatige reinigings- en beschermende coatingtoepassing zijn van cruciaal belang om onderliggende schade te voorkomen, vooral op blootgestelde plaatmetaal of structurele leden.

"Alle aluminiumlegeringen hebben hetzelfde corrosiegedrag"

Een andere misvatting is dat alle aluminiumlegeringen een uniforme corrosieweerstand vertonen. In werkelijkheid, Legeringselementen veranderen de prestaties drastisch.

Bijvoorbeeld, 5XXX -serie (Mg-dragende) Legeringen tonen uitstekende weerstand in mariene instellingen,

Terwijl 2xxx- en 7xxx -serie (Cu- en Zn-dragende) zijn vatbaar voor putjes en stresscorrosie kraken als ze onbehandeld blijven.

Uitgaande van een goedkope, Hoogstrengte legering volstaat in elke omgeving riskeert voortijdig falen.

Dus, Het specificeren van de juiste serie en temperatuur - en mogelijk het toepassen van anodiseren of bekleding - legt de gewenste levensduur van dienst.

"Galvanische corrosie is alleen van belang in extreme omstandigheden"

Sommige ontwerpers denken dat galvanische corrosie alleen plaatsvindt in zeer agressieve of ondergedompelde service.

In waarheid, Zelfs trace -hoeveelheden vocht, zoals ochtenddauw in een kustklimaat, kan voldoende geleidbaarheid creëren

Om een ​​galvanische cel te initiëren tussen aluminium bevestigingsmiddelen en koperen bedrading, of aluminium trim in contact met roestvrij staal.

Na verloop van tijd, het anodische aluminium zal bij voorkeur corroderen, leidend tot het losmaken van gewrichten of structurele verzwakking.

Om dit te voorkomen, Ingenieurs moeten altijd ongelijksoortige metalen isoleren of compatibele bevestigingsmiddelen specificeren.

"Anodiseren maakt aluminium volledig corrosiebestendig"

Anodiseren verbetert zeker de corrosieweerstand door de oxidelaag te verdikken, Maar het maakt niet aluminium onkwetsbaar.

Hard-geanodiseerde oppervlakken kunnen microscheuren ontwikkelen als ze worden blootgesteld aan thermische fietsen of mechanische stress, en zonder de juiste afdichting, Ze blijven poreus voor agressieve ionen.

Vervolgens, Alleen afhankelijk van een standaard zwavelzuuranodisatie voor een mariene omgeving kan leiden tot putjes in de loop van de tijd.

Anodiseren combineren met Sealers, Topcoats, of kathodische bescherming wordt vaak nodig voor het eisen van toepassingen.

"Hoge zuiverheid aluminium verlicht alle corrosieproblemen"

Zuiverheid verbetert de aangeboren weerstand van Aluminium tegen oxidatie, toch zelfs 99.99% Puur aluminium kan spletencorrosie onder pakkingen of binnen afgesloten behuizingen lijden.

Sporenonzuiverheden - IJzer, silicium, koper - neig om zich te concentreren op korrelgrenzen, gelokaliseerde galvanische cellen creëren.

In de praktijk, Zeer zuivere aluminiumlegeringen (Bijv., 1100) Vind beperkt gebruik in structurele toepassingen, juist omdat ze de mechanische sterkte missen om gelokaliseerde aanval te compenseren.

Het balanceren van zuiverheid met noodzakelijke legeringselementen blijft essentieel.