Коррозия металла может снизить его функциональную прочность, приводя к значительному ухудшению конструкции, включая образование трещин, частичное разрушение деталей и, в крайних случаях, к полному разрушению материала. Алюминий и его сплавы широко используются в различных отраслях промышленности благодаря высокой удельной прочности и присущей им пассивности. В этой статье мы рассмотрим 5 основных видов коррозии алюминия и способы их предотвращения.
Что такое коррозия алюминия?
Коррозия алюминия — это постепенное разрушение молекул алюминия до оксидов, что ухудшает физические и химические свойства материала. По своей природе алюминий — реактивный металл, но при этом и пассивный. Это означает, что хотя образующийся алюминий реагирует с кислородом и водой в окружающей среде, образующиеся соединения формируют защитный слой на поверхности, который предохраняет нижележащий материал от дальнейшего разрушения. Этот нереактивный оксидный слой хорошо прилегает к поверхности и нелегко отслаивается, как нержавеющая сталь. В отличие от таких целенаправленных процессов, как лазерная гравировка и анодирование алюминия , коррозия — это медленный процесс, который может занять месяцы или годы.
Типы коррозии алюминия
Степень и форма коррозии алюминия зависят не только от коррозионной среды, но и тесно связаны с составом и состоянием алюминиевого сплава. В типичных условиях эксплуатации основными формами коррозии алюминия и его сплавов являются питтинговая коррозия, межкристаллитная коррозия, расслаивающая коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) и гальваническая коррозия.
Точечная коррозия
Точечная коррозия — наиболее распространенная форма деградации, наблюдаемая в алюминии и алюминиевых сплавах . Как правило, точечная коррозия алюминиевых сплавов в атмосфере не является серьезной, но в воде она значительно более агрессивна, потенциально приводя к перфорации в относительно короткий период времени. Условия, способствующие точечной коррозии, включают присутствие ионов, ингибирующих общую коррозию (таких как SO₄²⁻ , SiO₃²⁻ и PO₄²⁻ ) , а также ионов , локально разрушающих пассивную пленку (таких как Cl⁻ ) , и присутствие ускорителей (окислителей), способствующих катодной реакции.
Для предотвращения точечной коррозии алюминиевых сплавов меры контроля окружающей среды часто включают удаление из среды окисляющих ионов, таких как хлорид-ионы. Присутствие ионов меди в воде является частой причиной точечной коррозии алюминия, поэтому крайне важно минимизировать содержание меди в воде.
Алюминий высокой чистоты устойчив к питтинговой коррозии. Однако содержание и распределение примесей в технически чистом алюминии существенно влияют на его стойкость к питтинговой коррозии. Наименьшую стойкость к питтинговой коррозии демонстрируют алюминиевые сплавы, содержащие медь. Алюминиево-марганцевые и алюминиево-магниевые сплавы могут обладать более высокой стойкостью к питтинговой коррозии при условии сохранения качества их обработки.
Межзерновая Коррозия
Межкристаллитная коррозия (МКК) — это коррозионное повреждение, которое начинается и развивается вдоль или непосредственно рядом с границами зерен металла в определенной коррозионной среде. Физико-химическое состояние границ зерен отличается от состояния внутренней части зерна. В определенных коррозионных средах это различие приводит к локализованному, избирательному коррозионному повреждению из-за действия микрогальванических элементов. В практических применениях чистый алюминий не подвергается МКК. Сплавы в системах Al-Cu, Al-Cu-Mg и Al-Zn-Mg-Cu демонстрируют значительную восприимчивость к МКК. Неправильная термическая обработка может привести к сильной склонности к МКК. В частности, когда богатая медью фаза CuAl₂ непрерывно осаждается вдоль границ зерен, одновременно образуются обедненные медью зоны рядом с границами. Формируется коррозионная ячейка, где CuAl₂ и обедненная медью зона образуют катод и анод соответственно. Обедненная медью зона корродирует, что приводит к МКК.
Кроме того, в других системах сплавов может наблюдаться преципитация по границам зерен. Например, крупные выделения фазы, богатой магнием, могут образовываться на границах зерен алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния. Эта фаза действует как анод, избирательно повреждается и вызывает межкристаллитную коррозию (МКК). Эти условия чувствительны к обработке сплава и его термической обработке. Правильная обработка может сделать чувствительные сплавы менее восприимчивыми, в то время как неправильная обработка может привести к сильному межкристаллитному коррозию (МКК) даже в сплавах, которые изначально не были высокочувствительными.
Соответствующая термическая обработка, исключающая непрерывное выделение вредных фаз вдоль границ зерен, может эффективно смягчить тенденцию к образованию межкристаллитных коррозионных коррозий.
Коррозия отслоения
Отслаивающая коррозия – это особая форма коррозии, поражающая алюминиевые сплавы. Она характеризуется боковым распространением коррозии вдоль границ зерен параллельно поверхности профиля сплава. Это повреждение проявляется в виде порошкования, отслоения, образования пузырей или даже расслоения. Отслоение значительно снижает прочность и пластичность алюминиевого сплава, тем самым сокращая срок службы конструкции. Отслаивающая коррозия часто возникает, когда алюминиевый сплав не отожжён или отожжён недостаточно. Алюминиевые сплавы, прошедшие стабилизационную обработку, часто демонстрируют повышенную восприимчивость к отслаивающей коррозии. При соблюдении условий окружающей среды, таких как температура, начинается отслаивающая коррозия, локальная коррозия ускоряется, и сплав получает серьёзные повреждения с характерной морфологией послойного отслоения.
Основные меры по смягчению или устранению расслаивающей коррозии в алюминиевых сплавах включают:
- Добавление измельчающих зерно переходных элементов, таких как Cr, Mn, для подавления или замедления выделения вторичных фаз по границам зерен и обеспечения их равномерного распределения как внутри зерен, так и на границах. Это нарушает анодный путь развития коррозии.
- Включение элементов, снижающих разность потенциалов между фазами, например, добавление контролируемого количества Zn в сплавы Al-Mg.
- Использование соответствующих процедур термической обработки.
- Использование катодной защиты с помощью жертвенных анодов.
Начните производство от создания прототипа до масштабирования
- Надежная и своевременная доставка по всему миру
- Доступно несколько сертификатов
- Полная проверка перед каждой отправкой
Коррозионное растрескивание под напряжением
Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) – это замедленное растрескивание или разрушение материалов из алюминиевых сплавов, находящихся под нагрузкой в определённых средах. Это явление является результатом синергетического эффекта совместного воздействия коррозионной среды и механических напряжений.
Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) в основном встречается в твёрдом алюминии и сверхтвёрдых алюминиевых сплавах. Чистый алюминий и низкопрочные алюминиевые сплавы, как правило, не склонны к КРН. КРН в алюминиевых сплавах всегда межкристаллитное. Алюминиевые сплавы, склонные к МКН, также склонны к КРН. КРН часто возникает при воздействии на алюминиевые сплавы атмосферных условий, особенно прибрежной атмосферы и морской воды. Чувствительность к КРН возрастает с повышением температуры и влажности, концентрации хлорид-ионов и снижением pH.
Меры по предотвращению или устранению КРН в алюминиевых сплавах включают:
- Термическая обработка для снятия внутренних напряжений.
- Легирование микроэлементами, такими как Mn, Cr, V, Zr и Mo, для повышения стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением.
- Дробеструйная обработка для изменения состояния поверхностного напряжения (вводя полезные остаточные напряжения сжатия).
Гальваническая коррозия
Электрохимическая коррозия поражает алюминий, когда он физически или электролитически связан с более благородным (менее реактивным) металлом. Благородный металл — это любой металл, который имеет более низкую реакционную способность по сравнению с алюминием. Реакционная способность металла определяется его положением в электрохимическом ряду. Чем дальше другой металл находится от алюминия в гальваническом ряду, тем сильнее будет коррозия. Интенсивность коррозии наиболее высока на границе раздела, где встречаются два металла, и ослабевает по мере увеличения расстояния от этой границы. Например, если алюминий и латунь находятся в контакте или даже в непосредственной близости и помещены в морскую воду, образуется гальванический элемент. Алюминиевый компонент затем будет корродировать, поскольку он действует как анод. Это может быть серьезной проблемой в сосудах, где латунная арматура может находиться рядом с алюминиевой арматурой, и обе погружены в морскую воду. Электроны текут от алюминия (анода) к латуни (катоду) через морскую воду (электролит).
