Основные виды коррозия алюминия

Автор:

Редакция сайта Vtmstol

СОДЕРЖАНИЕ

Коррозирование алюминия в различных средах

Защита алюминия от коррозии

На бытовом уровне считается, что коррозия алюминия невозможна. Но на самом деле это не совсем так. В определенных средах без дополнительной защиты алюминий и его сплавы могут коррозировать. В результате материал разрушается, портится изделие, что приводит к невозможности его дальнейшей эксплуатации.

Однако алюминий и его сплавы достаточно устойчивы к появлению коррозии. И даже без специального покрытия. Особенно если сравнивать его с железом. Мы расскажем об основных причинах коррозирования алюминия, а также какие меры принимаются на производстве, чтобы избежать разрушения и защитить материал.

Стойкость алюминия к коррозии

Алюминий — легкий конструкционный материал, который применяется в строительстве. Он обладает механической прочностью и достаточно высоким уровнем антикоррозийной стойкости. Коррозия алюминия протекает медленно, несмотря на то что этот материал активно вступает в реакции с кислотами, щелочами и водой.

Спасает его от быстрого разрушения химически устойчивая оксидная пленка, которая образуется на поверхности изделий под воздействием различных окислителей, в том числе и кислорода. При взаимодействии с окислителями запускается процесс пассивации — металл перестает реагировать на присутствие возможных источников коррозии, и свойства его остаются неизменными.

Как и остальные металлы и сплавы, алюминий начинает разрушаться в результате химического или электрохимического внешнего воздействия.

Агрессивные факторы внешней среды воспринимаются каждым металлом по-своему, реакция может быть активной и пассивной. Например, соприкосновение алюминия с жидким топливом нельзя рассматривать как причину коррозии, а вот натриевая щелочь легко преодолеет его антикоррозийную защиту и быстро разрушит материал.

Толщина инертного защитного слоя, состоящего из окиси алюминия, может составлять от 20 до 100Å. Поверхность алюминия может пассивироваться благодаря наличию в воздушной или водной среде кислорода. Этот окислитель способен усилить его антикоррозийные свойства.

Если эта пленка будет отсутствовать, металл станет уязвимым для воды. При взаимодействии с ней возникнет реакция, протекающая с выделением водорода.

Ускорить процесс коррозии алюминия помогают содержащиеся в нем примеси менее активных металлов. Они образуют с ним гальваническую пару, где алюминий, как более активный металл, оказывается в положении анода. В ходе электрохимической реакции он подлежит разрушению в первую очередь. Другой, менее активный металл, выступает в роли катода, задача которого – активизировать процесс, ведущий к уничтожению алюминия.

Исходя из этого, наивысшей степенью коррозийной стойкости обладает чистый алюминий. Он более устойчив, чем технический металл, содержащий примеси, и значительно превосходит по этому показателю алюминиевые сплавы. Многое зависит и от того, в какой среде находится изделие из этого материала и какие реакции возникают в результате соприкосновения с ней.

Виды коррозии алюминия и его сплавов

Европейские стандарты описываю около 150 алюминиевых сплавов, которые могут применяться в различных сферах хозяйственной деятельности. В соответствии с требованиями Еврокода 9, для строительства зданий выбор ограничивается 17 позициями из данного списка. Это сплавы, способные продемонстрировать высокий уровень коррозийной стойкости и вызывающие необходимость минимального техобслуживания в любых эксплуатационных условиях.

Попробуем обосновать особенности выбора материалов для строительства исходя из того, каким видам коррозии они могут быть подвержены.

Алюминиевые сплавы в строительстве чаще всего разрушаются в результате:

общей коррозии (general, uniform corrosion),
точечной коррозии (pitting corrosion),
гальванической коррозии, то есть возникающей в результате контакта (galvanic corrosion),
щелевой коррозии (crevice corrosion).

Еще одним видом является нитевидная коррозия (filiform corrosion), увидеть которую можно на изделиях с порошковым или лакокрасочным покрытием.

Коррозия под напряжением (stress corrosion), межкристаллитная коррозия (intercrystalline corrosion), подповерхностная коррозия (exfoliation corrosion) в данном случае практически не наблюдаются, так как в процессе строительства высокопрочные алюминиевые сплавы серий 2000 и 7000 не используются. Также из-за высокого содержания магния не рекомендуется применять в ходе строительных работ сплавы серии 5000.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

Охарактеризуем каждый вид коррозии более детально.

Общая коррозия алюминия

Данный вид коррозии алюминия возникает в насыщенной кислой или щелочной среде и носит название сплошной коррозии. Под воздействием щелочей и кислот естественная оксидная пленка, защищающая алюминий, быстро растворяется. На поверхности изделия появляется плотное скопление маленьких язвочек, размер которых не превышает одного микрометра. Это приводит к постепенному истончению материала по всей поверхности.

Самой высокой устойчивостью к общей коррозии обладают сплавы 6060 и 6063 (АД31). В них содержится менее 0,10 % меди, и необходимость дополнительной защиты изделий перед началом эксплуатации отсутствует.

Наиболее чувствительными в этом плане являются сплавы, содержание меди в которых превышает 0,5 %. Они легко подвергаются атмосферной коррозии, поэтому алюминий покрывают защитными составами. Обязательной эта процедура является для конструкций, расположенных на берегу моря или вдоль дорог, обрабатываемых солевыми противогололедными реагентами.

Точечная (язвенная) коррозия

Для данной формы коррозии характерно образование на поверхности металла язвочек или ямок разного размера. Форма и глубина этих ямок определяется химическим составом алюминиевого сплава и особенностями среды эксплуатации.

Появление точечной коррозии связано с присутствием электролита, в роли которого может выступать пресная и морская вода, влажный воздух и другие природные среды. Водородный показатель среды при этом должен соответствовать 8.

Увидеть точечную коррозию можно невооруженным глазом. Поверх образовавшихся коррозийных ямок образуются белые пузырьки, наполненные желеобразной жидкостью. Она состоит из гидроксида алюминия Al(OH)3. Размер этих пузырьков может быть существенно больше, чем размер углублений, над которыми они расположены.

Контактная (гальваническая) коррозия

Появление гальванической коррозии связано с наличием следующих факторов:

наблюдается взаимодействие двух разных металлов,
между ними существует электролитический мостик.

Роль анода в данном случае выполняет менее «благородный» металл. Соответственно, именно он подвергается процессу разрушения. Его компаньон, в свою очередь, становится катодом, и коррозия его не затрагивает. Исходя из этого, алюминий может избежать разрушения только при соединении с менее «благородным» цинком и кадмием.

Все остальные металлы занимают в иерархической лестнице более высокое положение, а значит, соединение с ними может существенно ускорить процесс разрушения алюминиевых конструкций.

Гальваническая коррозия алюминия является результатом неправильного подхода к выбору сочетания металлов. Риск разрушения конструкций, созданных на их основе, не так велик, если им предстоит находиться в сухой защищенной атмосфере. Но в прибрежных морских районах, где наблюдается высокое содержание хлоридов в воздухе, такая коррозия развивается очень быстро. Инициировать ее могут углеродистая сталь, медь и даже нержавейка.

Неудачной комбинацией считается соединение алюминия с оцинкованной сталью. На начальных этапах цинковое покрытие обеспечит защиту алюминия от коррозии, вызванной контактом со сталью. Но после его разрушения разные металлы начнут соприкасаться, и алюминий в полной мере ощутит коррозийные последствия такого соседства.

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия возникает в существующих между материалами углублениях (щелях). Она наблюдается в местах:

сварочных соединений,
болтовых соединений,
заклепочных соединений,
скопления различных отложений (песка, шлака, грязи).

Чаще всего влага появляется из-за неправильного хранения или транспортировки алюминиевых изделий. Они могут попросту намокнуть под дождем. Но источником влаги также бывает и конденсат, который проникает между металлическими поверхностями и вызывает процесс коррозии алюминия. Поэтому, прежде чем убрать холодные изделия в теплое помещение, необходимо довести их температуру до приемлемых значений.

Нитевидная коррозия

Узкие нитевидные трещинки, ширина которых колеблется от 0,1 до 0,5 мм, образуются между слоем краски и алюминиевой поверхностью. Такая коррозия алюминия чаще всего является реакцией металла на наличия дефектов окраски. Ее причиной также могут быть царапины, сколы, появившиеся в результате механического воздействия, и т. д. Данный дефект не ведет к разрушению материала, а только меняет внешний вид изделия.

Читайте также: «Контактная сварка»

Нитевидную коррозию можно встретить на элементах окон и дверей с порошковым покрытием, изготовленных из сплавов 6060 и 6063. Минимизируют риск появления коррозионных трещин, используя сплавы с низким содержанием меди. Повысить сопротивляемость нитевидной коррозии можно путем химического стравливания поверхностного слоя металла в количестве не менее 2 г/м2 перед хроматной подготовкой.

Коррозирование алюминия в различных средах

Коррозия алюминия на воздухе

Следы коррозии на алюминиевых конструкциях появляются под воздействием определенных факторов. Во-первых, это влажность воздуха, превышающая 80 %, во-вторых, количество времени, в течение которого материал находится во влажной среде. Кроме того, на скорость протекания коррозионных процессов влияет химический состав электролита, находящегося на поверхности металла.

Коррозирование алюминия в различных средах

Хлориды и другие соли, содержащиеся в атмосфере, также способствуют появлению признаков коррозии, но алюминий менее восприимчив к их присутствию, чем другие конструкционные материалы.

Коррозия алюминия в почве

Заранее предположить, насколько сильно будет подвержен коррозии алюминий, соприкасающийся с почвой, довольно трудно. Дело в том, что почва на разных участках неоднородна — существенно различается ее химический состав, показатель pH и уровень насыщенности влагой. В ней могут содержаться разные органические и минеральные вещества, провоцирующие коррозию алюминия.

Как устранить эту проблему, придумали очень давно. Обеспечить максимальную защиту металла, находящегося в почве, помогает специальное битумное покрытие.

Коррозия алюминия в щелочной среде

Иногда возникает необходимость закрепить алюминиевую конструкцию с помощью бетонного раствора. Сцепка этих материалов настолько прочная, что разъединить их практически невозможно.

Если бетон «схватился» и адгезия между материалами прошла успешно, о развитии коррозионных процессов можно не беспокоиться. Но если в процессе работ влага сумела проникнуть в полости между алюминием и бетоном, ее разрушительное воздействие через некоторое время станет очевидным.

Предотвратить развитие коррозии можно, обработав алюминий битумным составом или специальной краской, способной сохранять свои свойства в щелочной среде. Использовать прием анодирования алюминия в данном случае бессмысленно, так как оксидный слой не может сохранять стабильность в сильнощелочной среде.

Коррозия алюминия в воде (в том числе морской)

Характер коррозии алюминия, находящегося в воде, зависит от того, какой химический состав она имеет. Основным фактором влияния на металл является наличие в воде хлоридов и тяжелых металлов.

Пресная вода может вызвать процесс точечной коррозии, но регулярная чистка и просушивание изделий минимизируют риски повреждений. Примером тому служит домашняя утварь — алюминиевые ложки и кастрюли использовались аккуратными хозяйками на протяжении многих лет, и при этом всегда оставались гладкими и блестящими.

Морская вода не способна быстро разрушить алюминиевые сплавы, содержащие более 2,5 % магния. К ним относятся материалы серии 5000 (AlMg) и 6000 (AlMgSi).

Коррозия алюминия в химической среде

От воздействия многих химических веществ алюминий защищает наличие естественного оксидного слоя. Но при показателе pH, который выходит за рамки диапазона значений от 4 до 9, этот слой разрушается, и коррозийные процессы начинают развиваться с высокой скоростью. Самыми агрессивными химическими веществами в этом смысле являются концентрированные щелочи и неорганические кислоты.

В реакцию с алюминием не вступают только растворы аммиака и концентрированная азотная кислота.

Коррозия алюминия и грязь

Влажная грязь, в течение длительного времени присутствующая на алюминиевой поверхности, также может стать причиной коррозии. Для того чтобы не спровоцировать ее развитие, необходимо регулярно обрабатывать загрязненные участки и следить за тем, чтобы поверхность была сухой и чистой.

Защита алюминия от коррозии

Защитить алюминий от коррозии можно несколькими способами:

Электрохимическая защита от коррозии алюминия — покрытие поверхности изделия более активными металлами.
Процесс алюминирования — обработка материала специальными порошковыми составами.
Лакокрасочное покрытие — нанесение защитного слоя краски.
Высоковольтное анодирование — особый способ создания защитной оксидной пленки.
Химическое оксидирование — обработка материала расплавами или растворами окислителей.
Применение ингибиторов коррозии.

Простым и доступным способом защиты алюминия от коррозии является окрашивание. Методы нанесения краски могут быть разными — сухими, влажными и порошковыми. Их выбор зависит от того, с какой средой станет соприкасаться металл и какое функциональное назначение будет у изделий, изготовленных из алюминия.

При порошковом окрашивании поверхность должна особенно тщательно очищаться от жира и пыли. Для этого изделие из алюминия погружают в кислотный или щелочной раствор, а затем наносят на него титановые, циркониевые, хроматные или фосфатные соединения, препятствующие процессу окисления.

При мокром окрашивании предварительная обработка осуществляется с помощью соединений цинка и стронция.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

Для усиления защитных функций можно выбрать:

молотковые краски разнообразных цветов и оттенков,
бакелитовые краски, надежно заполняющие микротрещины и поры.

Коррозия алюминия может также быть устранена с помощью прокладок из резины, паронита или битума. Способов справиться с ней пока не так много, но предложенные варианты, несомненно, помогут вам решить многие проблемы и обеспечат долгий срок службы алюминиевых конструкций.

Коррозия алюминия

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 5, Средняя: 3