Способ защиты алюминия от коррозии

Способы защиты алюминия от коррозии

Что использовать для защиты алюминия от коррозии

Такой металл, как алюминий, а также его сплавы различаются прекрасной устойчивостью к разрушениям разного вида. Но несмотря на это коррозия алюминия является достаточно нередким явлением. Разные типы коррозии представляют собой главную причину порчи подобных материалов.

Для борьбы с процессами разрушения требуется в любом случае понимать условия, которые и представляют собой причины их появления. Коррозия алюминия – это особая реакция, которая имеет место между окружающей средой, а также металлом.

Такой процесс может иметь и химическое, и естественное происхождение. Самой популярной разновидностью уничтожения металла можно с уверенностью называть воздействие на его поверхность процесса ржавления. По этой причине требуется защита алюминия от коррозии.

Общие сведения

Особенностью всех типов металлов можно называть их характеристику входить в реакцию с Н₂О, а еще окружающей средой. Различием для всех видов металлом считается лишь интенсивность этого вида процесса. Например, у благородных металлов наподобие золота скорость этой реакции не будет очень быстрой, а вот железо, и алюминий в том числе, будут реагировать на воздействия этого характера крайне быстро. Можно выделить пару факторов, которые оказывают непосредственное воздействие на интенсивность протекания коррозионного процесса. Одним из них можно называть уровень агрессивности окружающей среды, а также химическую или металлургическую структуру. Атмосфере, которая окружает нас, всегда характерен установленный уровень влаги. Помимо этого, ей будет характерен отдельный уровень отходов и загрязнений.

Если учитывать, что атмосферные характеристики часто определяются по региону, а также уровнем индустриализации, на данный момент можно отметить:

• Сельская местность (небольшой уровень загрязнений и средняя степень влажности).
• Области около моря (средний уровень загрязненности, а также высокий уровень влаги).
• Городская местность (степень влажности средняя, а также уровень продуктов распадов топлива жидкого типа, окислов углерода и серы тоже средний).
• Индустриальные и промышленные зоны (большое количестве окислов углерода, кислот и серы, а еще средний уровень влаги).

Для большого количества случаев, кислоты неорганического типа, даже при малой концентрации способы растворять алюминий. И даже пленка натурального происхождения оксида алюминия не способа стать достаточной защитой от появления коррозионных процессов. Самыми мощными растворителями можно называть калий, фтор и натрий. Более того, алюминию характерна достаточно низкий уровень сопротивляемости к соединению брома и хрома. Достаточно агрессивные к разным сплавам алюминиевых металлов будут цементные и известковые растворы.

Можно выделить несколько видов коррозионных алюминий и его сплавов:

1. Поверхностная. Такой тип разрушений встречается чаще всего и является менее вредоносным, чем остальные. Его лучше поменять на поверхности. Это дает возможность применят предохранительные средства, а поверхностные разрушения крайне часто встречаются на анодированном профиле для строительства.
2. Локальная. Эти виды разрушений проявляется в виде форм, пятен и углублений. Такая разновидность коррозии бывает междукристаллического и поверхностного типа. Разрушения этого характера являются крайне опасными, по причине того, что их весьма сложно обнаружить. Такой тип коррозии крайне часто разрушают именно труднодоступные части узлов и конструкций.
3. Филигранная или нитеподобная. Этот тип разрушений алюминия часто появляются под покрытием органических видов, а еще на граничных обрабатываемых поверхностях. Коррозия нитеподобного типа появляется в ослабленных местах повреждения покрытия органического вида или краях отверстий.

Достаточно часто, естественных антикоррозийных способностей сплавов и самого алюминия для защиты от разрушений бывает крайне недостаточно. А вот длительный эксплуатационный период изделий из таких металлов, и в обязательно порядке требуется применять дополнительные способы защиты.

К самым популярным методами протекции металлов от коррозии можно относить:

• Анодированное окисление (исследования специалистов из Германии показывают, что такой тип защиты применяется на 15% от основного количества производства строительных профилей в мире).
• Покрытие поверхности металла составами порошкового типа.
• Защита от контактирования с остальными металлами.

Рассмотрим подробнее все способы защиты алюминия от коррозии

Анодирование

Именно анодированное покрытие может представлять собой покрытие, которое создает на поверхности алюминия довольно прочную пленку из алюминия оксида, которая не поддается воздействию агрессивной среды. Подобная обработка дает возможность создавать на поверхности металлов аналогичный слой пленки, который просто не оставит алюминию возможность контактировать со внешней средой и ограждает его пот окислительных процессов.

Защиты от контактов с остальными металлами

При соприкосновении с остальными металлами, алюминий и сплавы алюминия способы составить гальваническую пару. Такое соприкосновение часто может становиться причиной образования коррозии. Для того, чтобы избежать появления таких процессов, требуется применять на изделиях из такого металла крепления, которые сделаны лишь из оцинкованной и нержавеющей стали.

Полимерные разновидности покрытий

Одним из самых действенных методов антикоррозионной защиты алюминиевых конструкций, а также изделий из сплавов считается покрытие поверхностей посредством различных красок и полимерных видов составов. Постоянное возрастание спроса на изделия и металла, а также огромная цветовая гамма изделия из такого материала будет являться причиной того, что способы и техника нанесения подобных покрытий постоянно улучшаются и становится совершенными с технологической стороны.

Обратите внимание, что современные материалы, посредством которых на поверхность алюминия наносят защитное покрытие, сделаны из растворителей, вяжущих материалов и красителей. Лакокрасочные материалы, в которых нет растворителя, называют порошковыми, а те, в составе которых все же есть растворитель, называют мокрыми красками.

Методы окрашивания, которые применяют современные компании-изготовители, можно поделить на:

• Покрытие на «мокрые поверхности» проводят посредством применения двухкомпонентного лакокрасочного материала с отвердителем, которая в технической информации к материалам часто называют как РUR-Lасk DD краска.
• Порошковые покрытия, которые наносят способом обычного напыления на один слой или даже насухую.

Также хочется отметить, что алюминий сам по себе обладает прекрасными характеристиками устойчивости к коррозионному процессу. Но при контактировании с электричеством или остальными металлами, все же подвергается разным процессам разрушительного типа. Лучшими методами защиты такого металла и его сплавов будет считаться анодирование и нанесение порошкового вида.

Источник

Защита алюминия от коррозии

Атмосферная коррозия алюминия

Рисунок 1.1 – Атмосферная (общая) коррозия алюминия [3]

Факторы атмосферной коррозии

Сопротивление алюминия и его сплавов атмосферной коррозии зависит:

1) от климатических условий, в которых они находятся:

• влажности;
• продолжительности и интенсивности дождей;
• температуры;
• количества солнечных дней в году;

2) от степени загрязнения воздуха, то есть концентрации:

• диоксида серы (SO₂);
• оксидов азота (NO_x);
• количества и химического состава пыли.

Климатические факторы и степень загрязненности атмосферы действуют совместно. Например, повешенная загрязненность воздуха может снижать критическую величину относительной влажности воздуха, при которой начинает развиваться коррозия. Эти факторы могут также давать противоположные результаты: дождь повышает влажность воздуха, но также смывает пыль и продукты коррозии, что может снижать скорость коррозии

Относительная влажность

Скорость атмосферной коррозии зависит от относительной влажности воздуха, а не просто от количества или интенсивности дождей в данной местности. Дождь является одним, но не единственным фактором, от которого зависит относительная влажность воздуха.

Уровень относительной влажности – это отношение между фактическим давлением водяного пара и максимальным давлением водяного пара при данной температуре. Это отношение выражается в процентах.

При нормальной комнатной температуре воздух считается:

• сухим, если относительная влажность составляет не более 30 %;
• нормальным, если относительная влажность находится в пределах от 50 до 60 %;
• влажным, если относительная влажность выше 80 %;
• насыщенным влагой, если относительная влажность около 100 %.

В пустынях и засушливых зонах уровень относительной влажности редко превышает 10-20 %, тогда как в умеренном климате он находится в основном между 40 и 60 %. Во время ливня она может достигать 90-95 %, а во время тропических дождей приближаться к 100 % [2].

Точка росы

Точкой росы называется температура, при которой будет начинаться конденсация влаги. Для данного уровня относительной влажности это та температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным влагой, и началось ее выпадение на ближайших поверхностях.

Длительность увлажнения и сульфатный электролит

Коррозия металлов на открытом воздухе зависит от так называемой длительности увлажнения и химического состава поверхностных электролитов. Длительностью увлажнения называется период, в течение которого на поверхности металла достаточно влаги для возникновения коррозии. Длительность увлажнения обычно определяют, как время, в течение которого относительная влажность воздуха превышает 80 % и, в тоже время, температура на поверхности металла составляет выше 0 ºС. При этих условиях на поверхности металла может возникать конденсация влаги.

Критическая относительная влажность

Атмосферная коррозия металлов, в том числе, алюминия, происходит в тонких пленках влаги, которые расположены на поверхности металла. Существует критический порог относительной влажности, ниже которого алюминий и его сплавы не подвергаются коррозии. Это происходит потому, что при недостаточной влажности не хватает влаги, чтобы создать непрерывную электролитическую пленку на поверхности металла. Для свежее обработанной поверхности алюминия в не загрязненной атмосфере этот порог составляет около 66 % (рисунок 1.2) [2].

Рисунок 1.2 – Влияние влаги на атмосферную коррозию алюминия [2]:
кривая 1 – с концентрацией SO₂ около 1 %; кривая 2 – без SO₂

Нет сульфатов – нет коррозии

В нормальных сельских районах и в атмосферах с умеренной степенью загрязненности сульфатами, стойкость алюминия к воздействию окружающей среды очень высокая. В атмосфере с высоким содержанием сульфатов и высокой влажностью на алюминиевых изделиях может возникать точечная (язвенная) коррозия. В таких условиях алюминий может потребовать коррозионной защиты.

Хлориды

Присутствие в воздухе солей (особенно хлоридов) снижает долговечность алюминия, но в меньшей степени, чем для большинства других строительных материалов. Максимальная глубина ямок коррозии составляет обычно только незначительную часть толщины алюминиевой детали. В отличие от углеродистой стали прочностные свойства алюминиевых деталей, подвергшихся коррозии, остаются практически неизменными.

Коррозия алюминия в почве

Коррозионное поведение алюминия в почве – это очень важный практический вопрос. Электрические и телекоммуникационные кабели, водопроводные и газовые распределительные сети, а также основания дорожных знаков, уличных фонарей и различных дорожных конструкций – все это очень часто изготавливают из алюминия и алюминиевых сплавов.

Кислотность-щелочность почвы

Оценка сопротивления коррозии металлов, и в том числе алюминия, в контакте с почвами, является очень сложной. Почва характеризуется величиной рН, которая тесно связана с видом и содержанием растворенных в ней солей, количеством диоксида углерода (CO₂), а также возможным загрязнением промышленными и бытовыми сточными водами. Обычно почвы имеют кислотный рН в интервале от 3,5 до 4,5. С глубиной от поверхности земли величина рН возрастает (рисунок 2).

Рисунок 2 – Зависимость величины рН в почве от ее глубины [2]

Электрическое сопротивление почвы

Коррозионная агрессивность почвы связана с ее удельным электрическим сопротивлением, которое зависит не только от состава почвы, но содержания воды и концентрации неорганических солей . На рисунке 3 схематически показана зависимость скорости коррозии алюминия от удельного электрического сопротивления различных видов почв [2].

Рисунок 3 – Зависимость между удельным электрическим сопротивлением
почвы и ее коррозионной агрессивностью [2]

Формы коррозии алюминия в почвах

Незащищенный алюминий в почве может проявлять следующие формы коррозии [2]:

• точечная коррозия;
• гальваническая коррозия (в контакте с другими металлами);
• коррозия от блуждающих токов.

Защита алюминия в почве

Для алюминия, который работает в почве, чаще всего применяют коррозионную защиту в виде битумного покрытия, а также катодную защиту.

Алюминий в пресной воде

Физическая химия воды

Вода является сильным растворителем, который способен растворять:

• многие неорганические и органические соединения,
• жидкости, если они являются полярными и содержат гидроксильную группу;
• газы.

Поэтому любая вода имеет переменное содержание:

• неорганических солей;
• растворенных газов;
• твердых веществ в виде суспензии и
• органических веществ.

Однако не все эти растворенные элементы влияют на коррозию алюминия. Основное влияние на коррозию алюминия оказывают растворенные в воде [2]:

Влияние концентрации хлоридов

Обще признано, что среди всех анионов хлоридные ионы имеют самую высокую способность проникать в естественную оксидную пленку на поверхности алюминия [2]. Это происходит потому, что эти ионы очень маленькие и очень мобильные. Известно, что хлориды, а также фториды, бромиды и иодиды относятся к анионам, которые активируют коррозию алюминия в воде (рисунок 4), тогда как сульфаты, нитраты и фосфаты меньше активируют такую коррозию (рисунок 5.1) или вообще ее не активируют. Особенность хлоридов заключается в том, что они могут заменять атомы кислорода в оксидной пленке алюминия. Это приводит к ослаблению стойкости оксидной пленки к коррозии [2].

Рисунок 4 – Влияние концентрации хлоридов на стойкость к коррозии
сплава 3003 в пресной воде [2]

Рисунок 5.1 – Влияние концентрации сульфатов на стойкость к коррозии
сплава 3003 в пресной воде [2]

Точечная коррозия

В естественной пресной воде и водопроводной воде алюминий может подвергаться язвенной (точечной) коррозии (рисунок 5.2). Однако, при регулярной чистке и сушке риск серьезной коррозии очень мал. Алюминиевые кастрюли, котелки и сковородки, а также солдатские алюминиевые миски, ложки и кружки служили верой – правдой десятилетиями без каких-либо признаков коррозии.

Вероятность коррозии повышается, если вода стоячая, а алюминий находится влажным в течение длительных периодов.

Рисунок 5.2 – Точечная коррозия алюминия [3]

Влияние меди

Присутствие в алюминиевых сплавах меди значительно снижает их коррозионную стойкость. Такие сплавы применяют только при условии их надежной коррозионной защиты.

Алюминий в морской воде

Хлориды в морской воде

Обычно морская вода содержит около 35 г/л растворенных неорганических солей, из которых хлориды составляют около 19 %. С этим связана повышенная коррозионная активность морской воды.

Величина pH морской воды

Величина pH морской воды вблизи поверхности морей и океанов является очень стабильной и составляет около 8,2. Эта величина pH находится внутри интервала стабильности естественной оксидной пленки. Это объясняет хорошую стойкость к коррозии алюминия в морской воде.

Алюминиевые сплавы для морской воды

В морской воде особенно высокую долговечность проявляют алюминиево-магниевые сплавы (AlMg) с содержанием магния не более 2,5 %. Из этих сплавов изготавливают корпуса судов и другие несущие конструкции. Для палубных надстроек вполне хватает коррозионной стойкости алюминиевых сплавов серии 6ххх (сплавы AlMgSi).

Алюминий в контакте с бетоном

Применение алюминия в строительной отрасли заставляет его вступать в контакт с большинством материалов, которые применяются в строительстве: бетоном, гипсом, полимерами и т. п.

Воздействие бетона

Алюминий хорошо противостоит воздействию бетона и цементного раствора, не смотря на их высокие щелочные свойства с величиной pH около 12. Когда бетон начинает схватываться, всегда происходит незначительное протравливание алюминия глубиной не более 30 мкм. Это воздействие, однако, замедляется через несколько дней контакта (рисунок 6). Это приводит к очень локализованному снижению величины pH до 8 единиц и образованию на поверхности алюминия защитной пленки из алюмината кальция.

Аналогично бетон воздействует на алюминиевые литые детали. Это повышает адгезию между этими материалами. После того, как бетон затвердеет (высохнет), коррозии обычно уже не происходит. Однако там, где влага накапливается и сохраняется, может развиваться коррозия. Увеличенный объем продуктов коррозии может вызвать в бетоне образование трещин.

Защита алюминия от воздействия бетона

Поэтому брызги влажных щелочных строительных материалов, например, раствора и бетона, оставляют поверхностные, но хорошо видимые пятна на алюминиевых поверхностях. Поскольку эти пятна трудно удалить, то видимые алюминиевые поверхности должны быть защищены, например, на строительных площадках.

Этот тип коррозии можно эффективно предотвратить путем окраски алюминия битумом или красками, стойкими в щелочной среде. Поскольку оксидное покрытие разрушается в сильно щелочной среде, то анодирование алюминия в этом случае не годится в качестве защиты от коррозии.

Считается, что в сухой атмосфере внутри здания в контакте с полностью затвердевшим бетоном алюминий не требует никакой коррозионной защиты.

Влияние хлоридов

В бетон обычно добавляют до 3 % хлорида кальция, чтобы ускорить схватывание бетона, а также предотвратить его замерзание в зимнее время. Это приводит к существенному снижению удельного электрического сопротивления бетона, а также его способности удерживать влагу. Все это способствует повышению коррозионной активности бетона.

Алюминий и химикаты

Благодаря защитным свойствам естественного оксидного слоя, алюминий проявляет хорошую стойкость ко многим химикатам. Однако, в среде с низким или высоким рН (менее 4 и более 9) происходит растворение оксидного слоя и, следовательно, ускоренная коррозия алюминия. Поэтому неорганические кислоты и концентрированные щелочные растворы являются для алюминия очень коррозивными.

Исключениями из выше упомянутого являются концентрированная азотная кислота и растворы аммиака. Они не вызывают коррозии алюминия.

В умеренных щелочных водных растворах коррозию можно замедлить путем применения силикатов в качестве ингибиторов. Такие ингибиторы включают в моющие растворы.

Большинство неорганических солей не являются особенно коррозивными для алюминия. Соли тяжелых металлов составляют здесь исключение. В результате реакции восстановления тяжелых металлов на поверхности алюминия она может подвергаться серьезной гальванической коррозии. Примером такого тяжелого металла служит медь.

Алюминий имеет хорошую стойкость к многим органическим соединениям. Алюминиевое оборудование применяют в производстве и хранении многих органических химикатов.

Алюминий и грязь

Грязь, которая скапливается поверхности алюминия, может в определенной степени снижать его долговечность. В первую очередь это относится к поверхности алюминия, которая подвергается увлажнению в течение длительных периодов. Скопления грязи препятствуют высушиванию поверхности и создают условия для коррозии. Поэтому в зависимости от степени загрязнения алюминиевые конструкции моют раз или два раза в год.

1. Материалы корпорации SAPA.
2. CORROSION OF ALUMINIUM /Christian Vargel, 2004
3. TALAT 1252

Источник