Корозія алюмінію - корисна інформація - каталог статей - моєму фасади
Корозія алюмінію і його сплавів
Низька щільність і механічна міцність у поєднанні з задовільною стійкістю до корозії роблять алюміній привабливим конструкційним матеріалом, який широко використовується в будівництві. Однак з хімічної точки зору алюміній - один з найбільш реакційноздатних металів, який активно взаємодіє не тільки з кислотами і лугами, а й з водою! Удаване протиріччя дуже просто пояснюється: під впливом кисню (або інших окислювачів) поверхню металевого алюмінію покривається міцною, хімічно стійкою оксидною плівкою, яка захищає метал від руйнування. Це явище називається пасивацією. Метал пасивний в тому випадку, коли при взаємодії з потенційним джерелом корозії він не піддається змінам, і активний тоді, коли агресивне речовина його руйнує.
Нагадаємо, що корозією називається процес руйнування металів та їх сплавів в результаті хімічного або електрохімічного впливу навколишнього середовища.
Метал, стійкий до корозії в одних умовах, може руйнуватися в інших. Так, наприклад, алюміній стійкий до корозії, що викликається рідким паливом, і не стійкий до дії натрієвої лугу (так зване явище пасивності та активності). Окис алюмінію створює хімічно інертний захисний шар, товщина якого становить 20-100Å. Алюміній, поверхня якого очищена від захисної плівки, може реагувати з водою, виділяючи при цьому водень. Під впливом окислювачів поверхню алюмінію пассивируется, тому кисень, що міститься в повітрі або розчинений у воді, підвищує його корозійну стійкість.
Корозійна стійкість алюмінію в значній мірі залежить від вмісту домішок інших металів. Як відомо, при контакті двох металів, занурених у середу електроліту, утворюється гальванічна пара, де більш активний метал стає анодом, а менш активний - катодом. В результаті електрохімічної реакції анод руйнується. Більшість домішок (за винятком металів, більш активних, ніж алюміній) грають роль катода по відношенню до алюмінію, тобто сприяють його руйнуванню. З цієї причини алюміній високої чистоти відрізняється більш високу корозійну стійкість, ніж технічний метал, який, в свою чергу, більш стійкий до корозії, ніж сплави алюмінію. Крім того, корозійна стійкість алюмінію залежить від характеристик навколишнього середовища і від реакцій, що викликаються цим середовищем в алюмінії.
Механізм корозії алюмінію
У присутності окислювачів поверхню алюмінію покривається захисним шаром окису алюмінію. Захисний шар, в свою чергу, складається з двох шарів:
Внутрішнього шару Al2 O3. який утворюється при безпосередній реакції кисню з металом. Внутрішній шар оксиду міцно прилягає до металу основи, а його структура і товщина залежать від температури окислення.
Зовнішнього, що утворюється в результаті реакції внутрішнього шару із зовнішнім середовищем, в основному, з водою. Товщина цього шару залежить від часу протікання корозії і концентрації агресивних речовин в навколишнє середовище. Збільшення товщини зовнішнього шару відбувається за рахунок окислення металу основи. Зовнішній шар порист, він пропускає повітря і вологу.
В результаті корозійних процесів на поверхні алюмінію загальна товщина захисного шару збільшується, але товщина внутрішнього шару при цьому залишається незмінною.
види корозії
Корозію металів можна розділити на хімічну і електрохімічну.
Електрохімічна корозія відбувається при дії на метал розчинів електролітів (тобто розчинів, що містять носії електричного струму - іони) і супроводжується виникненням електричного струму. Хімічна корозія відбувається при впливі на метал сухих газів, пилу, рідких речовин (НЕ електролітів) і не супроводжується виникненням електричного струму. Руйнівну дію корозії завжди починається з поверхні металу. Потім корозія поширюється в глибину зі швидкістю, яка залежить від виду металу або сплаву, його складу, структури, характеристик, а також складу і характеристик навколишнього середовища. Цьому процесу найчастіше супроводжують зміни зовнішнього вигляду поверхні: вона стає матовою, змінює колір, з'являються точки, плями, здуття і т. Д. В результаті взаємодії алюмінію з навколишнім середовищем утворюються речовини (продукти корозії), властивості яких значною мірою впливають на перебіг корозійних процесів. Розглянемо можливі різновиди такого впливу:
У процесі корозії утворюються летючі або розчинні речовини, які легко і швидко видаляються з місця реакції і не перешкоджають поширенню корозії. В результаті реакція проходить по всій поверхні металу, доступною для корозійного впливу, і без перешкод поширюється в глибину.
На поверхні металу виникають тонкі, прозорі, міцно пов'язані з металом шари, які перекривають доступ агресивного реагенту до металу основи. Ці шари є причиною так званої "пассивации" поверхні. З утворенням такого шару корозія практично повністю зупиняється, а залишкові процеси відбуваються тільки на зовнішній поверхні шару, який може частково розчинятися в агресивному середовищі.
Неоднорідність поверхневого шару призводить до прояву нерівномірною або місцевої корозії. Шар продуктів корозії нерівномірно розподіляється по всій поверхні корродирующего металу.
Залежно від властивостей продуктів корозії можна виділити такі різновиди останньої:
Локальна корозія у вигляді плям на поверхні металу.
Локальна корозія у вигляді роз'їдань, яка виникає в разі, якщо процес відбувається на поверхні малої площі і інтенсивно поширюється вглиб металу.
Межкрісталліческая корозія, що виникає в разі, якщо агресивне речовина надходить вглиб металу і руйнує зовнішні кордони кристалів (зерен), з яких складається сплав. Продукти корозії залишаються всередині металу, причому на зовнішній поверхні не відбувається ніяких помітних змін. Це особливо небезпечний вид корозії з точки зору швидкості процесу. В цьому випадку матеріал, що створює кордон зерен, виконує роль анода по відношенню до зерен, які займають значну площу і діють, як катод.
Корозія напруги і її різновид - корозія втоми, що виникає в разі, якщо, крім впливу корозійного середовища, виріб з металу піддається постійним або змінним навантаженням.
Селективна (виборча) корозія, під час якої одна або декілька складових частин сплаву піддається корозії, а пориста основа сплаву зберігає первісну форму виробу.
електрохімічна корозія
У технічному алюмінії (або в його сплавах) містяться домішки металів у вигляді окремих вкраплень (магній, титан, залізо, марганець і ін.) Завдяки наявності таких вкраплень сплав, занурений в електроліт, являє собою сукупність великої кількості мікроскопічних гальванічних осередків. В результаті електрохімічної реакції, що виникає в цих осередках, метал, який виступає в ролі анода (а в нашому випадку це основний компонент сплаву, алюміній), розчиняється, в той час як на мікрокатодах виділяється водень. Такі мікроджерел корозії за своєю природою є звичайними електричними елементами і відрізняються:
1 мікроскопічними розмірами анода і катода;
2 горизонтальним розташуванням електродів;
3 прямим з'єднанням катода і анода.
Процес електрохімічної корозії не завжди є результатом виникнення мікроскопічних гальванічних елементів. У ряді випадків вогнища корозії мають "видимі" (макроскопічні) розміри. Механізм електромеханічного корозійного руйнування для різної величини поверхні катода (сталь) і анода (алюміній) представлений на рис. 3.
атмосферна корозія
Атмосферної корозією називають процес руйнування металів на повітрі в результаті відбуваються на їх поверхні хімічних і електрохімічних реакцій. Це найбільш поширений приклад руйнування металів.
До зовнішніх факторів належать:
До внутрішніх факторів належать:
хімічний склад сплаву;
Волога атмосферна корозія протікає в шарі електроліту малої товщини. Швидкість процесу залежить від вологості повітря, атмосферних забруднень і гігроскопічності продуктів корозії: якщо ці речовини затримують вологу на поверхні металу, швидкість корозії зростає.
Морська атмосферна корозія. У регіонах з морським кліматом до складу атмосфери входить велика кількість солей, на поверхні металу збираються краплі морської води, солі та інші забруднення, що прискорюють корозію.
Взаємодія алюмінію і його сплавів з іншими металами і сплавами
У середовищі електроліту два різних металу, стикаються між собою або з'єднані провідником, утворюють гальванічний елемент, в якому генерується електричний струм. Напрямок руху електронів в гальванічному елементі визначається величинами електроднихпотенціалів металів, Інтенсивність корозії, яка виникає при з'єднанні двох металів, залежить від їх розташування в ряду напруг (різниці потенціалів), від співвідношення площі поверхні і рівня їх поляризації. Чим більше різниця потенціалів в гальванічному елементі, тим вище напруга і тим інтенсивніше руйнується анод. Значення потенціалів, наведені в електрохімічному ряді напруг, визначені для стандартних умов (температура 25 ° С і одинична активність іонів в розчині електроліту). Потрібно враховувати, що в залежності від складу електроліту ці значення можуть змінюватися. Так, наприклад, в лужних розчинах алюміній кородує значно сильніше, ніж в кислих. Цинк, потенціал якого близький до потенціалу алюмінію, може використовуватися для безпосереднього контакту з алюмінієм. Якщо такий контакт відбувається в нейтральних і кислих середовищах, цинк виконує функцію анода і тому захищає катодний алюміній від корозії. Однак в лужних середовищах, навпаки, активність алюмінію зростає, тому цинк прискорює корозію алюмінію. При контакті сталевих оцинкованих деталей (шурупів і т.д.) з алюмінієм шар цинку спочатку забезпечує захист алюмінію, але після стирання цинку сталева поверхня стає відкритою, що може привести до корозії алюмінію. В контакті з алюмінієм рекомендується застосування сталі, оцинкованої гарячим методом, оскільки в цьому випадку товщина покриття більше, ніж при електролітичної оцинкування.
Ні в якому разі алюміній не повинен з'єднуватися з міддю і її сплавами, оскільки це призводить до швидкої корозії алюмінію (так званої "катастрофічною корозії"). У зв'язку з цим в алюмінієвих конструкціях неприпустимі всякого роду елементи і доповнення з міді. З цієї ж причини не слід допускати впливу на алюміній дощової води, яка стікає з мідних дахів і труб безпосередньо на алюмінієві конструкції, навіть тоді, коли вона містить невеликі кількості іонів міді.
Слід також уникати контакту з оловом і його сполуками, особливо в атмосфері, забрудненій промисловими відходами. Солі олова, що утворюються в кислому середовищі, сильно руйнують поверхню алюмінію. Свинцевий сурик, при наявності вологи, що містить кислоту, проявляє сильну корозійну активність. Тому при контакті з алюмінієм слід уникати сталевих елементів, покритих свинцевим суриком. Ртуть і її солі вже в присутності вологи викликають сильну корозію алюмінію. В цьому випадку процес корозії посилюється завдяки освіті амальгами: амальгованих алюміній інтенсивно взаємодіє з водою в навіть відсутність кислот і лугів! Тому при складуванні алюмінієвих профілів навіть пари ртуті (з розбитою лампочки) можуть привести до миттєвої корозії. З'єднання алюмінію і сталі допустимо в сільській місцевості, але на приморських і промислових територіях сталь прискорює корозію алюмінію. Тому при контакті сталі та алюмінію необхідно уникати їх безпосереднього контакту, наприклад, шляхом оцинковки стали, фарбування алюмінію з одночасним використанням ізолюючих прокладок з синтетичних матеріалів. При з'єднанні заліза, нікелю і хрому з алюмінієм виникає значна різниця потенціалів, тому їх не слід поєднувати безпосередньо один з одним. Крім того, солі цих металів (хлориди, сульфати і т. Д.), Які утворюються в результаті їх корозії, також сприяють руйнуванню алюмінію.
Хімічна корозія.
Процес хімічної корозії протікає при впливі сухих газів, рідких неелектролітів та інших матеріалів (в тому числі і будівельних) на алюміній.
В результаті хімічної корозії на поверхні алюмінію утворюється захисний шар, що складається з продуктів корозії і перешкоджає взаємодії агресивних речовин з металом. Швидкість і вид хімічної корозії визначає процес дифузії агресивного речовини через захисний шар. Як ми згадували раніше, шар окису алюмінію виникає на поверхні в результаті окислення металу киснем повітря. На повітрі під час відсутності вологи товщина цього шару протягом декількох хвилин досягає 10 Å.