Да ли алуминијум рђа?

1. Увођење

Питање "Да ли алуминијумска рђа?" настаје често у инжењерингу материјала, индустријски дизајн, па чак и свакодневни дии пројекти.

Строго говорећи, рђа се односи на гвожђе оксидом, Флаки црвенкасто-смеђи корозијски производ гвожђа и челика.

Јер алуминијум формира различит оксид (алуминијум оксид), Технички не захрђа на путу гвожђе. Ипак, Алуминијум може коритирати под одређеним условима.

Овај чланак објашњава хемију иза алуминијум оксидације, супротстављајући га гвозденим хрђама, Испитује разне начине корозије, и учвршћује заштитне стратегије.

2. Дефинисање "РУСТ" ВС. Алуминијум оксид

Технички, рђа се односи на црвенкасто-смеђе пахуљене супстанце -гвожђе оксид-То обрасци када гвожђе реагује са кисеоником и влагом.

Алуминијум, бити обојени метал, не рђа на овај начин. Уместо тога, то подвргава оксидација, израду тврдог, безбојан, и лепљени слој алуминијум оксид (АЛ³О₃).

Овај оксидни слој формира се готово одмах у присуству ваздуха и воде, Стварање природне баријере која инхибира даљњу корозију.

Иако се овај процес понекад назива "бели рђа" у порокама, Основно се разликује од хрђесте челика.

3. Заштитни оксидни слој на алуминијуму

Нативни оксид Формирање и дебљина

Одмах након излагања ваздуху, Алуминијум развија рођени оксид од ~ 2-5 нм дебљине. Студије за филм (КСПС, елипсометрија) Потврдите да се овај слој формира у року од неколико секунди.

У сувом ваздуху, Дебљина висоравни; у влажним окружењима, Може се мало згушњавати (5-10 нм) али остаје заштитна.

Механизам за само-пасивирање

Ако мала грешка крши оксид, Свјежи алуминијум испод оксидације за поправак филма.

Ово самоизлеђивање Механизам осигурава сталну заштиту све док је присутан довољан кисеоник или водена паре.

У ограниченим поставки кисеоника (Нпр., под водом у стагнантној води), Пасивација се и даље може догодити, али може бити спорија.

Механичка и хемијска својства АЛЗО₃

Алуминијум оксид је:

• Тежак (МОХС ~ 9), Повећање отпорности на огреботине површине.
• Хемијски стабилно у неутралним и алкалним медијима до ~ пХ 9, Иако је нападнут у снажно киселом (пХ < 4) или алкални (пХ > 9) окружења.
• Ниска електрична проводљивост, што може допринети локализованој корозији (Нпр., прикудан) под одређеним условима.

4. Понашање корозије алуминијума у ​​разним окружењима

Атмосферска изложеност

• Сува клима: Минимална даља оксидација изван матерњег филма; изглед остаје сјајан.
• Влажан ваздух: Оксидни слој се мало згушњава, Одржавање заштите. Загађивачи (Сод, Не) може закиселити росу, изазивајући благи питтинг.
• Маринска атмосфера: Аеросоли хлорида-Ладена нападају оксид, што доводи до питања ако су заштитни премази одсутни.

Водени окружења

• Слатковорство: Алуминијум одолева благу неутралну воду, Формирање стабилног алоо-а.
• Морска вода: Високи хлорид (~ 19.000 ппм) Промотес Питтинг Цорросион. Мали јаме могу да формирају, Али једнолика корозија остаје ниска.
• Ацидиц / алкална решења:

• • пХ < 4: Оксид раствара се, Излажење голог метала до брзог напада.
  • пХ > 9: Оксид се такође раствара (Повећава се растворљивост АЛ₂ОИ), Доводи до активне корозије.

Оксидација високог температуре

Изнад ~ 200 ° Ц у ваздуху, Оксидни слој расте дебљи (до микрометра) у тренду параболичне стопе.

Док и даље заштитни, Диференцијално термичко ширење између Ал и АЛ₂О-а може изазвати спајање ако се брзо охлади. У компонентама мотора (Нпр., клипови), Дизајн рачуна за контролисани раст оксида.

Галванска корозија

Кад алуминијум контактира племенитог метала (челик, бакар) У присуству електролита, Алуминијум постаје анода и кородира преференцијално.

Правилна изолација или катодна заштита спречава галвански напад.

5. Врсте алуминијумске корозије

Иако алуминијумски филмски оксидни филм даје значајну заштиту под многим условима, Различита окружења и напрезања могу покренути различите начине корозије.

Једнолична корозија

Једнолична корозија (Понекад се назива општа корозија) укључује релативно чак губитак метала преко изложених површина.

У алуминијуму, Јединствена корозија се јавља када заштитни оксид (АЛ³О₃) раствара или постаје хемијски нестабилан, омогућавајући основном металу да оксидира скоро константну стопу.

Питтинг Цорросион

Питтинг почиње када хлорид или друга агресивна анионс крше пасивну баријеру на локализованом месту.

Једном када се јама нуклери, Долази до локалног закисељавања (Због хидролизе раствореног ал�), Даље растварање АЛУМИНА и убрзавање дубине јаме.

Морфологија јама је често уска и дубока, што га чини изазовним откривањем пре значајне продора.

Интергрануларна корозија

Интергрануларна корозија (ИГЦ) Преференцијално напада гранични регион зрна, Често где су се алегални елементи показали током топлоте (Нпр., На температурама 150-350 ° Ц).

Ови се таломи (Цу-Рицх, Мг₂си, или АЛУЦУ) исцрпљују суседну матрицу легираних раствора, Стварање уског анодног стазе дуж граница житарица.

Када је уроњен у корозивно окружење, Границе зрна Кориде испред ентеријера зрна, резултирајући путањем отпадног зрна или крхкима.

Пуцање корозије на стрес-корозирање (СЦЦ)

СЦЦ је синергистички режим квара који захтева три услова: осетљива легура, корозивно окружење, и затезан стрес (преостало или примењено).

Под овим условима, Пукотине иницирају на металном / оксидном интерфејсу и шире се међугренуларно или преградно на нивоима стреса знатно испод снаге приноса.

Цревице Цорросион

Црозион Црорице се развија у оклопљеним или затвореним подручјима - под заптивачима, закретнице, или лап спојеви - где стагнантни електролит постаје очишћен од кисеоника.

Унутар креће, Метална растварање генерише ал и закисељава локално окружење (АЛ₂О₃ → АЛ³⁺ + 3Ох⁻).

Катодна реакција (Смањење кисеоника) јавља се изван пукотине, вожња даље анодично растварање изнутра.

Хлоридни јони концентришу се у пукотину да би одржали неутралност набоја, убрзавање напада.

Резиме Табела - Алуминијумски механизми корозије

6. Алегатинг ефекти на отпорност на корозију

Алуминијум-ова унутрашња отпорна корозија произилази из брзе формације танке, придржаван алуминијум оксид (АЛ³О₃) филм.

Међутим, у инжењерској пракси, Скоро сви структурни алуминијум се користи у легираном облику, и сваки легирски елемент може значајно утицати на стабилност и заштиту оксидног слоја.

Чиста алуминијум вс. Алуминијумске легуре

• Чисти алуминијум (1100 серија): Изузетна отпорност на корозију због минималног интерметалике; користи се за хемијску опрему.
• 2КСКСКС серија (Ал-цу): Нижа отпорност на корозију, Посебно легуре очврснуте падавине (Нпр., 2024), склони СЦЦ-у и интергрануларном нападу.
• 5КСКСКС серија (Ал-мг): Добра морска корозија отпорност; уобичајено у бродским трупама (Нпр., 5083, 5052).
• 6КСКСКС серија (Ал -мг -и): Избалансирана снага и отпорност на корозију; широко се користи у архитектонским екструзијама (Нпр., 6061).
• 7КСКСКС серија (Ал-Зн-МГ): Веома висока чврстоћа, али рањива на СЦЦ без одговарајућег третмана.

Улога бакра, Магнезијум, Силицијум, Цинка, и други елементи

• Бакар: Повећава снагу, али смањује отпорност на корозију и отпорност на корозију.
• Магнезијум: Побољшава отпорност на корозију у морском окружењу, али може промовисати интергрануларну корозију ако се не контролише.
• Силицијум: Побољшава флуидност и капитаљивост; Легуре попут А356 показују скромне перформансе корозије.
• Цинка: Доприноси снази, али смањује општу отпорност на корозију.
• Елементи у траговима (Фе, Мн, ЦР): Смањите штетни интерметалци; МН помаже у оптиминацији структуре зрна, користи од понашања корозије.

Утицај топлотног третмана и микроструктуре

• Решење за топлотну обраду и старење: Раствара штетне талогије, Смањење интергрануларне корозије.
• Претерано преразило: Грусовани таложи у границама зрна могу погоршати корозију.
• Отврђивање падавина: Захтева пажљиву контролу за равнотежу снаге и корозије.
• Термички рад: Хладан (Нпр., котрљање) може да произведе дислокације које побољшавају локалну корозију, осим ако не прате одговарајуће жарење.

7. Заштитне мере и површински третмани

Анодизирање

• Процес: Електролитичка оксидација гради дебљи слој алгои (10-25 μм).
• Врсте:

• • Сумпорна киселина Анодизирање (Тип ИИ): Заједнички за архитектонске и потрошачке производе (који се може у боји).
  • Тврдоклоње (Тип ИИИ): Дебљи (25-100 μм), висока отпорност на хабање; Користи се у машинама и ваздухопловству.
  • Анодизација хромне киселине (Тип и): Разређивач (5-10 μм), Боља отпорност на корозију, минимална промена димензија; Користи се за ваздухопловне компоненте.

• Бенефиције: Побољшана заштита од корозије, Побољшани адхезија за боје, Декоративни финиши.

Прелазни премази

• Кромат претворбе: Хексавалентни или тривалентни хромирани; Омогућава добру отпорност на корозију и лепљење боје.
  Забринутост заштите животне средине се воде тривалентне алтернативе.
• Фосфатни премази: Мање уобичајено на алуминијуму; повремено се користи за побољшање адхезије боје.
• Алтернативе без хромирања: Флуоридно на бази, цирконат, или титанатске хемијске компаније које нуде заштиту од корозије без хексавалентног хрома.

Органски премази

• Течне боје: Епоксидни прајмери, Полиуретански топцоатс, или флуорополимер завршава заштиту од влаге и УВ-а.
• Повдер Цоатинг: Полиестер, епоксидан, или се полиуретански прах наносе и печени да формирају трајне филмове. Дебљи покривство одолијева корозијом и абразији.

Катодне заштите и жртвене аноде

• Жртвене аноде (Цинка, Магнезијум): Користи се у морској води да би се заштитило потопљене алуминијске структуре; преференцијално кородира аноде.
• Импресионирана струја: Мање уобичајени за мале алуминијске ставке; користи се за велике морске структуре.

8. Закључак

Алуминијум то чини не рђа у конвенционалном смислу, али то да ли корода, обично формира стабилан оксидни слој који га штити од даљњег напада.

Отпорност материјала на корозију, у комбинацији са омјером снаге на тежини, чини га идеалним за индустрије која се креће од ваздухопловства до изградње.

Међутим, Разумевање његових механизама корозије, Ограничења животне средине, и заштитне мере су пресудне за обезбеђивање њене дуговечности и перформанси.

Комбиновањем десне легуре, Површински третман, и разматрања дизајна, Алуминијум може да обезбеди деценије услуге без одржавања.

 

Уобичајене заблуде

Иако је алуминијумско понашање корозије проучавано екстензивно, Неколико неспоразума и даље постоји у индустрији и популарном дискурсу.

Решавање ових заблуда помаже инжењерима, дизајнери, и крајњи корисници доносе информисане одлуке приликом одабира или одржавања алуминијумских компоненти.

"Алуминијум никада не наносимо"

Распрострањено уверење држи да је алуминијум непропусан за све облике корозије. У стварности, Иако алуминијум не хришши челик, још увек подвргава корозију.

Њен природни оксидни филм (АЛ³О₃) формирају готово одмах након излагања ваздуху, Омогућавање одличне - али не апсолутно-заштите.

Под агресивним условима као што су окружења богата хлоридом или киселих одвода, Тај пасивни слој може да се поквари, што доводи до корозије за питтинг или цревице.

Стога, Док је алуминијум често надмашио неколиштени челик, још увек захтева одговарајућу одабиру легура и површински третман за дуготрајност.

"Бели прах на алуминијуму је безопасан"

Када алуминијумске површине развијају белу, прашкасти остатак - који се обично назива "бели рђа" -Мани претпоставља да не представља претњу.

Међутим, Овај прах резултат је хидроксида или карбонатних депозита који се формирају под високом влагом или хемијском изложеношћу.

Лево безрезно, Ови депозити могу задржати влагу против метала, подстицање локализоване корозије испод накупљања.

Редовно чишћење и заштитна превлака су пресудна за спречавање основних оштећења, посебно на изложеним лиминским металним или структуралним члановима.

"Све алуминијумске легуре имају исто корозивно понашање"

Још једна заблуда је да сви алуминијумске легуре показују јединствену отпорност на корозију. У ствари, Алегални елементи драматично мењају перформансе.

На пример, 5КСКСКС серија (Мг-лежај) Легуре показују одличан отпор у морским подешавањима,

Док је 2ккк и 7ккк серија (Цу- и зн-лежаја) су склони да се пукнуте и корозирање стрес-корозије ако се не лечи.

Претпостављајући нискобуџетну цену, Легура високог снагом биће довољна у сваком окружењу ризика превременог квара.

Дакле, Навођење исправне серије и темперамента - и евентуално примјена анодизирања или облога - осигурава жељени радни век услуге.

"Галванска корозија само је ствари у екстремним условима"

Неки дизајнери сматрају да се галванска корозија јавља само у веома агресивној или потопљена услуга.

У истини, Чак и трагајте количине влаге, као што је јутарњи рос у обалној клими, може створити довољно проводљивости

Да покрене галванску ћелију између алуминијумских затварача и бакреног ожичења, или алуминијумске украсе у контакту са нехрђајућим челиком.

Временски, Анодични алуминијум ће преференцијално кородирати, што доводи до заједничког лабавог или структурног слабљења.

Да то избегне, Инжењери би увек требали изолирати различите метале или одредити компатибилне затвараче.

"Анодизирање алуминијума чини потпуно корозиво-доказ"

Анодизирање сигурно побољшава отпорност на корозију задебљањем оксидног слоја, али не даје алуминијум нерањив.

Тешко анодизиране површине могу развити микроцекле ако су изложене топлотном бициклизму или механичком стресу, и без одговарајућег заптивања, Они остају порозни агресивним јонима.

Сходно томе, Ослањање искључиво на стандардној сулфрично-киселином анодизу за морско окружење може довести до сметње временом.

Комбиновање аномирања са заптивачима, Топцоатс, или катодна заштита често постаје неопходна за захтевне апликације.

"Алуминијум високе чистоће ублажава све забринутости корозије"

Чистоћа повећава алуминијумску урођену отпорност на оксидацију, још 99.99% Чисти алуминијум може да трпи кровозу Цревице под заптивачима или унутар затворених кућишта.

Нечистоће у траговима-гвожђе, силицијум, бакар - обично се концентришу на границе зрна, Стварање локализованих галванских ћелија.

У пракси, Веома високо чистоће алуминијумске легуре (Нпр., 1100) Пронађите ограничену употребу у структурним апликацијама управо зато што им недостаје механичка снага да надокнади локализовани напад.

Балансирање чистоће са потребним алегајућим елементима остаје неопходно.