Alüminyum pas mı？

1. giriiş

Soru "Alüminyum pas mı?” malzeme mühendisliğinde sık sık ortaya çıkar, endüstriyel tasarım, Ve hatta günlük DIY projeleri.

Kesinlikle konuşursak, Pas demir oksit anlamına gelir, Demir ve çelik lapa lapa kırmızımsı kahverengi korozyon ürünü.

Çünkü alüminyum farklı bir oksit oluşturur (alüminyum oksit), Teknik olarak demirin yaptığı gibi paslanmaz. Yine de, Alüminyum belirli koşullar altında aşındırabilir.

Bu makale alüminyum oksidasyonun arkasındaki kimyayı açıklamaktadır., Demir paslama ile tezat oluşturuyor, Çeşitli korozyon modlarını inceler, ve koruyucu stratejilerin ana hatlarını çiziyor.

2. "Pust" ve tanımlama. Alüminyum oksit

Teknik olarak, Pas kırmızımsı kahverengi lapa maddeyi ifade eder-demir oksit- demir oksijen ve nemle tepki verdiğinde oluşur.

Alüminyum, Demirsiz bir metal olmak, bu şekilde paslanmıyor. Yerine, Bulunur oksidasyon, Bir zor üretme, renksiz, ve yapışkan tabakası alüminyum oksit (Al₂o₃).

Bu oksit tabakası, hava ve su varlığında neredeyse anında oluşur, Daha fazla korozyonu engelleyen doğal bir bariyer yaratmak.

Bu süreç bazen “beyaz pas” olarak adlandırılırken, Çeliğin paslanmasından temel olarak farklıdır.

3. Alüminyum üzerinde koruyucu oksit tabakası

Doğal oksit oluşumu ve kalınlığı

Hava maruziyetinden hemen sonra, Alüminyum, ~ 2-5 nm kalınlığında doğal bir oksit geliştirir. Film yapım çalışmaları (XPS, elipsometri) Bu katmanın saniyeler içinde oluştuğunu onaylayın.

Kuru havada, kalınlık platoları; nemli ortamlarda, biraz kalınlaşabilir (5–10 nm) Ama koruyucu kalıyor.

Kendi kendini cezbedme mekanizması

Küçük bir çizik oksiti ihlal ederse, Filmi onarmak için oksitlenir taze alüminyum.

Bu kendi kendini iyileştirme Mekanizma, yeterli oksijen veya su buharı mevcut olduğu sürece devam eden korumayı sağlar.

Sınırlı oksijen ayarlarında (Örn., Durgun suda sualtı), Pasivasyon hala meydana gelebilir, ancak daha yavaş olabilir.

Al₂o₃'nun mekanik ve kimyasal özellikleri

Alüminyum oksit:

• Zor (Mohs ~ 9), Yüzey çizik direncinin artması.
• Kimyasal olarak kararlı nötr ve alkalin ortamında ~ ph 9, Güçlü asidik saldırıya uğramış olsa da (ph < 4) veya alkalin (ph > 9) Ortamlar.
• Düşük elektrik iletkenliği, lokalize korozyona katkıda bulunabilir (Örn., çukur) belirli koşullar altında.

4. Çeşitli ortamlarda alüminyumun korozyon davranışı

Atmosferik maruziyet

• Kuru iklim: Yerel filmin ötesinde minimum daha fazla oksidasyon; Görünüm parlak kalıyor.
• Nemli hava: Oksit tabakası hafifçe kalınlaşır, Korumayı korumak. Kirleticiler (So₂, Hayır) çiğini asitleştirebilir, hafif çukurlaşmaya neden olmak.
• Deniz atmosferi: Klorür yüklü aerosoller oksite saldırıyor, koruyucu kaplamalar yoksa çukurlaşmaya yol açar.

Sulu ortamlar

• Tatlı su: Alüminyum hafif nötr suya direnir, Kararlı Al₂o₃ oluşturmak.
• Deniz suyu: Yüksek klorür (~ 19.000 ppm) tanıtıyor çukur korozyonu. Küçük çukurlar oluşabilir, Ancak tek tip korozyon düşük kalır.
• Asidik/alkalin çözeltileri:

• • ph < 4: Oksit çözülür, Çıplak metalin hızlı saldırıya maruz kalması.
  • ph > 9: Oksit de çözülür (Al₂o₃ çözünürlük artar), aktif korozyona yol açar.

Yüksek sıcaklık oksidasyonu

~ 200 ° C'nin üzerinde havada, Oksit tabakası daha kalınlaşır (Mikrometrelere kadar) Parabolik bir eğilimle.

Hala koruyucu iken, Al ve Al₂o₃ arasındaki diferansiyel termal genişleme, hızla soğutulursa spallasyona neden olabilir. Motor bileşenlerinde (Örn., pistonlar), Tasarım kontrollü oksit büyümesini açıklar.

Galvanik korozyon

Alüminyum daha asil bir metalle temas ettiğinde (çelik, bakır) Bir elektrolit varlığında, alüminyum anot haline gelir ve tercihen korozlar.

Uygun yalıtım veya katodik koruma galvanik saldırıyı önler.

5. Alüminyum korozyon türleri

Alüminyum’un doğal oksit filmi birçok koşulda önemli bir koruma sağlar, Çeşitli ortamlar ve stresler farklı korozyon modlarını tetikleyebilir.

Tekdüze korozyon

Tekdüze korozyon (Bazen genel korozyon denir) maruz kalan yüzeylerde nispeten eşit bir metal kaybı içerir.

Alüminyumda, Koruyucu oksit olduğunda düzgün korozyon meydana gelir (Al₂o₃) çözülür veya kimyasal olarak kararsız olur, Altta yatan metalin neredeyse sabit bir oranda oksitlenmesine izin vermek.

Çukur korozyonu

Klorür veya diğer agresif anyonlar, yerel bir noktada pasif al₂o₃ bariyerini ihlal ettiğinde çukur başlar..

Bir çukur çekirdek, Yerel asitleştirme oluşur (Çözünmüş al³⁺ hidrolizi nedeniyle), Alüminayı daha fazla çözmek ve çukur derinliğini hızlandırmak.

Çukur morfolojisi genellikle dar ve derindir, önemli penetrasyondan önce tespit etmeyi zorlaştırıyor.

Büyük korozyon

Büyük korozyon (IGC) Tahıl Sınır Bölgesi'ne tercihen saldırır, genellikle ısıl işlem sırasında alaşım elemanlarının çöktüğü yerlerde (Örn., 150-350 ° C sıcaklıklarda).

Bu çökeltiler (CU - Rich, Mg₂si, veya al₂cu) Alaşımlı çözünenlerin bitişik matrisini tüketin, Tahıl sınırları boyunca dar bir anodik yol yaratmak.

Aşındırıcı ortamlara daldığında, Tahıl sınırları tahıl iç mekanlarının önünde korunuyor, tahıl bırakma veya kırılgan arıza yollarına neden olur.

Stres-korozyon çatlaması (SCC)

SCC, üç koşul gerektiren sinerjistik bir arıza modudur: duyarlı bir alaşım, aşındırıcı bir ortam, ve gerilme stresi (artık veya uygulanmış).

Bu koşullar altında, Çatlaklar metal/oksit arayüzünde başlar ve akma mukavemetinin çok altında stres seviyelerinde çapraz veya transgranüler olarak yayılır.

Çatlak korozyonu

Korozyon korozyonu korumalı veya sınırlı alanlarda gelişir - contalar altında, perçin kafaları, veya tur eklemleri - durgun bir elektrolitin oksijenden tükendiği.

Çatlak içinde, Metal çözünürlüğü al³⁺ üretir ve yerel ortamı asitleştirir (Al₂o₃ → al³⁺ + 3Oh⁻).

Katodik reaksiyon (oksijen azaltma) çatlak dışında meydana gelir, İçeride daha fazla anodik çözünme.

Klorür iyonları, yük tarafsızlığını korumak için çatlakta konsantre olur, Saldırı hızlandırmak.

Özet Tablo - Alüminyum Korozyon Mekanizmaları

6. Korozyon direnci üzerindeki alaşım etkileri

Alüminyumun iç korozyon direnci, ince bir ince oluşumdan kaynaklanır, yapışkan alüminyum oksit (Al₂o₃) film.

Fakat, Mühendislik uygulamasında, Neredeyse tüm yapısal alüminyum alaşımlı formda kullanılır, ve her alaşım elemanı oksit tabakasının stabilitesini ve korunmasını önemli ölçüde etkileyebilir.

Saf alüminyum vs. Alüminyum alaşımları

• Saf alüminyum (1100 seri): Minimal intermetalik nedeniyle olağanüstü korozyon direnci; Kimyasal ekipman için kullanılır.
• 2XXX Serisi (Al-Cu): Düşük korozyon direnci, özellikle yağışla sertleştirilmiş alaşımlar (Örn., 2024), SCC'ye ve büyükbaleler arası saldırıya eğilimli.
• 5XXX Serisi (AL - MG): İyi deniz korozyon direnci; gemi gövdelerinde yaygın (Örn., 5083, 5052).
• 6XXX Serisi (Al -mg -i): Dengeli mukavemet ve korozyon direnci; mimari ekstrüzyonlarda yaygın olarak kullanılır (Örn., 6061).
• 7XXX Serisi (Al - Zn - MG): Çok yüksek güç ancak uygun tedavi olmadan SCC'ye karşı savunmasız.

Bakırın rolü, Magnezyum, Silikon, Çinko, ve diğer unsurlar

• Bakır: Gücü arttırır, ancak korozyon direncini ve çukur direncini azaltır.
• Magnezyum: Deniz ortamlarında korozyon direncini arttırır, ancak kontrol edilmezse büyük korozyonu teşvik edebilir.
• Silikon: Akışkanlığı ve dökülebilirliği artırır; A356 gibi alaşımlar mütevazı korozyon performansını gösterir.
• Çinko: Güce katkıda bulunur, ancak genel korozyon direncini azaltır.
• İz öğeleri (Fe, MN, CR): Zararlar arası metalleri en aza indirin; MN tahıl yapısını hassaslaştırmaya yardımcı olur, Korozyon davranışına fayda sağlamak.

Isıl işlem ve mikroyapı etkisi

• Çözüm Isıl işlem ve yaşlanma: Zararlı çökeltileri çözer, büyük korozyonun azaltılması.
• Yükseklik: Tahıl sınırlarında kalabalık çökeltiler korozyonu kötüleştirebilir.
• Yağış sertleştirme: Güç ve korozyonu dengelemek için dikkatli kontrol gerektirir.
• Termal çalışma: Soğuk çalışma (Örn., yuvarlamak) Uygun tavlama izlemedikçe yerel korozyonu artıran çıkıklar üretebilir.

7. Koruyucu önlemler ve yüzey tedavileri

Eloksal

• İşlem: Elektrolitik oksidasyon daha kalın bir al₂o₃ tabakası oluşturur (10–25 μm).
• Türler:

• • Sülfürik asit Eloksal (Tip II): Mimari ve tüketici ürünleri için ortak (renklendirilebilir).
  • Sert eloksallaştırma (Tip III): Daha kalın (25–100 μm), Yüksek aşınma direnci; Makine ve havacılıkta kullanılır.
  • Kromik asit eloksallaştırma (Tip I): Daha ince (5–10 μm), Daha iyi korozyon direnci, Minimal Boyutlu Değişim; Havacılık ve uzay bileşenleri için kullanılır.

• Faydalar: Geliştirilmiş korozyon koruması, Boyalar için geliştirilmiş yapışma, dekoratif yüzeyler.

Dönüşüm kaplamaları

• Kromat dönüşüm kaplama: Hexavalent veya üç değerlikli krom bazlı; İyi korozyon direnci ve boya yapışması sağlar.
  Çevresel kaygılar üç değerlikli alternatifleri yönlendiriyor.
• Fosfat kaplamaları: Alüminyumda daha az yaygın; bazen boya yapışmasını iyileştirmek için kullanılır.
• Koşulsuz alternatifler: Flor bazlı, zirkon, veya onaltılık krom olmadan korozyon koruması sunan titanat kimyaları.

Organik kaplamalar

• Sıvı boyalar: Epoksi primerleri, poliüretan topcoats, veya floropolimer kaplamalar neme ve UV'ye karşı koruma.
• Toz Boya: Polyester, epoksi, veya poliüretan tozları dayanıklı filmler oluşturmak için uygulanır ve pişirilir. Daha kalın kapsama korozyonu ve aşınmaya direnir.

Katodik koruma ve kurban anotları

• Kurban anotları (Çinko, Magnezyum): Deniz suyunda batık alüminyum yapıları korumak için kullanılır; Anot tercihen aşındırır.
• Etkilenen Akım: Küçük alüminyum ürünler için daha az yaygın; büyük deniz yapıları için kullanılır.

8. Çözüm

Alüminyum paslanmamış geleneksel anlamda, Ama o Korrode mi, Tipik olarak onu daha fazla saldırıdan koruyan stabil bir oksit tabakası oluşturur.

Malzemenin korozyona karşı direnci, mukavemet / ağırlık oranı ile birlikte, havacılıktan inşaata kadar değişen endüstriler için ideal.

Fakat, korozyon mekanizmalarını anlamak, Çevresel sınırlamalar, ve uzun ömürlülüğünü ve performansını sağlamak için koruyucu önlemler çok önemlidir..

Doğru alaşımı birleştirerek, yüzey tedavisi, ve tasarım hususları, Alüminyum onlarca yıl süren bakım içermeyen hizmet sağlayabilir.

 

Ortak yanılgı

Alüminyumun korozyon davranışı kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, Hem endüstri hem de popüler söylemde birkaç yanlış anlamaya devam ediyor.

Bu yanılgıları ele almak mühendislere yardımcı olur, tasarımcılar, ve son kullanıcılar alüminyum bileşenleri seçerken veya korurken bilinçli kararlar alır.

"Alüminyum asla aşındırmaz"

Yaygın bir inanç, alüminyumun her türlü korozyon için geçirimsiz olduğunu iddia ediyor. Gerçekte, Alüminyum çelik gibi paslanmasa da, Hala korozyona uğruyor.

Doğal oksit filmi (Al₂o₃) Havaya maruz kaldıktan hemen hemen oluşur, Mükemmel - ama mutlak değil - koruma sağlamak.

Klorür açısından zengin ortamlar veya asidik drenler gibi agresif koşullar altında, Bu pasif katman bozulabilir, çukur veya çatlak korozyonuna yol açar.

Öyleyse, Alüminyum genellikle kaplanmamış çelikten daha iyi performans gösterir, Hala uzun ömür için uygun alaşım seçimi ve yüzey işlemi gerektirir.

"Alüminyumdaki beyaz toz zararsız"

Alüminyum yüzeyler beyaz geliştiğinde, Tozlu tortu - esasen “beyaz pas” olarak adlandırılır - birçoğu bunun hiçbir tehdit oluşturmadığını varsayarsak.

Fakat, Bu toz, yüksek nem veya kimyasal maruziyet altında oluşan hidroksit veya karbonat birikintilerinden kaynaklanır.

Adressiz bırakıldı, Bu birikintiler metale karşı nemi koruyabilir, birikmenin altında lokalize korozyonun teşvik edilmesi.

Düzenli temizlik ve koruyucu kaplama uygulaması, altta yatan hasarı önlemek için kritik öneme sahiptir., özellikle açık sac metal veya yapısal üyelerde.

"Tüm alüminyum alaşımlar aynı korozyon davranışına sahiptir"

Başka bir yanlış anlama, tüm alüminyum alaşımlarının düzgün korozyon direnci sergilemesidir.. Aslında, Alaşım öğeleri performansı önemli ölçüde değiştirir.

Örneğin, 5XXX Serisi (Mg) Alaşımlar deniz ayarlarında mükemmel direnç gösterir,

oysa 2xxx ve 7xxx serisi (Cu- ve zn taşıyan) tedavi edilmezse çukur ve stres korozyon çatlamasına eğilimlidir.

Düşük maliyetli varsayarak, Her ortamda yüksek mukavemetli alaşım yeterli olacaktır,.

Böylece, Doğru seriyi ve öfkeyi belirtmek - ve muhtemelen eloksal veya kaplama uygulamak - istenen hizmet ömrünü kabul eder.

"Galvanik korozyon sadece aşırı koşullarda önemlidir"

Bazı tasarımcılar galvanik korozyonun sadece son derece agresif veya batık hizmette meydana geldiğini düşünüyor.

Gerçekte, Hatta eser miktarda nem, bir kıyı ikliminde sabah çiy gibi, yeterince iletkenlik yaratabilir

Alüminyum bağlantı elemanları ve bakır kabloları arasında bir galvanik hücre başlatmak için, veya paslanmaz çelik ile temas eden alüminyum döşeme.

Mesai, Anodik alüminyum tercihen koro olacak, eklem gevşetmeye veya yapısal zayıflamaya yol açar.

Bundan kaçınmak için, Mühendisler her zaman farklı metalleri izlemeli veya uyumlu bağlantı elemanlarını belirtmelidir.

"Anodizasyon, alüminumu tamamen korozyona dayanıklı hale getirir"

Anodizasyon, oksit tabakasını kalınlaştırarak korozyon direncini kesinlikle iyileştirir, ancak alüminyum dokunulmaz hale getirmez.

Sert-anodize edilmiş yüzeyler, termal döngü veya mekanik strese maruz kalırsa mikro çatlaklar geliştirebilir, ve uygun sızdırmazlık olmadan, agresif iyonlara gözenekli kalırlar.

Sonuç olarak, Bir deniz ortamı için sadece standart bir sülfürik asit anodize güvenmek, zamanla çukurlaşmaya yol açabilir.

Anodizasyonu mühürleyicilerle birleştirmek, topcoats, veya zorlu uygulamalar için katodik koruma genellikle gerekli hale gelir.

"Yüksek saflıkta alüminyum tüm korozyon endişelerini hafifletiyor"

Saflık, alüminyumun oksidasyona karşı doğuştan gelen direncini arttırır, henüz 99.99% Saf alüminyum contalar altında veya kapalı muhafazaların içinde çatlak korozyonuna maruz kalabilir.

Trace safsızlıkları - demir, silikon, Bakır - tane sınırlarında konsantre olma eğiliminde, Yerelleştirilmiş galvanik hücreler yaratmak.

Pratikte, Çok yüksek saflıkta alüminyum alaşımlar (Örn., 1100) Yapısal uygulamalarda sınırlı kullanım bulun çünkü yerelleştirilmiş saldırıyı telafi etmek için mekanik güçten yoksunlar.

Saflığı gerekli alaşım elemanlarla dengelemek önemlidir.