Содержание

Алюминий и металл коррозия

Коррозия алюминия

Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия — 660 °C.

Плотность алюминия — 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!

Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.

Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:

2Al + N2 → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;

4Al + 3С → Al4С3 – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;

2Al + 3S → Al2S3 – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.

Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)

Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al2O3 либо Al2O3•H2O.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.

Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.

Коррозия алюминия в воде

Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.

Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:

При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.

Коррозия алюминия в кислотах

С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.

Коррозия алюминия в серной кислоте

Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:

Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:

При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.

Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO3Cl) и олеума.

Коррозия алюминия в соляной кислоте

В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:

Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.

Коррозия алюминия в азотной кислоте

Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза

При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:

Коррозия алюминия в уксусной кислоте

Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).

В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.

Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.

Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.

На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.

Коррозия алюминия в щелочах

Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).

Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.

Алюминий и металл коррозия

Напомним, что коррозией называется процесс разрушения металлов и их сплавов в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды.

Металл, стойкий к коррозии в одних условиях, может разрушаться в других. Так, например, алюминий стоек к коррозии, вызываемой жидким топливом, и не стоек к действию натриевой щелочи (так называемое явление пассивности и активности). Окись алюминия создает химически инертный защитный слой, толщина которого составляет 20—100Å. Алюминий, поверхность которого очищена от защитной пленки, может реагировать с водой, выделяя при этом водород. Под влиянием окислителей поверхность алюминия пассивируется, поэтому кислород, содержащийся в воздухе или растворенный в воде, повышает его коррозионную стойкость.

Коррозионная стойкость алюминия в значительной степени зависит от содержания примесей других металлов. Как известно, при контакте двух металлов, погруженных в среду электролита, образуется гальваническая пара, где более активный металл становится анодом, а менее активный — катодом. В результате электрохимической реакции анод разрушается. Большинство примесей (за исключением металлов, более активных, чем алюминий) играют роль катода по отношению к алюминию, т.е. способствуют его разрушению. По этой причине алюминий высокой чистоты отличается более высокой коррозионной стойкостью, чем технический металл, который, в свою очередь, более устойчив к коррозии, чем сплавы алюминия. Кроме того, коррозионная стойкость алюминия зависит от характеристик окружающей среды и от реакций, вызываемых этой средой в алюминии.

Механизм коррозии алюминия

В присутствии окислителей поверхность алюминия покрывается защитным слоем окиси алюминия. Защитный слой, в свою очередь, состоит из двух слоев:

Виды коррозии

Коррозию металлов можно разделить на химическую и электрохимическую.

Электрохимическая коррозия происходит при действии на металл растворов электролитов (т.е. растворов, содержащих носители электрического тока — ионы) и сопровождается возникновением электрического тока. Химическая коррозия происходит при воздействии на металл сухих газов, пыли, жидких веществ (не электролитов) и не сопровождается возникновением электрического тока. Разрушающее действие коррозии всегда начинается с поверхности металла. Затем коррозия распространяется в глубину со скоростью, зависящей от вида металла или сплава, его состава, структуры, характеристик, а также состава и характеристик окружающей среды. Этому процессу чаще всего сопутствуют изменения внешнего вида поверхности: она становится матовой, изменяет цвет, появляются точки, пятна, вздутия и т. д. В результате взаимодействия алюминия с окружающей средой образуются вещества (продукты коррозии), свойства которых в значительной мере влияют на протекание коррозионных процессов. Рассмотрим возможные разновидности такого влияния:

Читать еще:  Акт скрытых работ контура заземления образец

В зависимости от свойств продуктов коррозии можно выделить следующие разновидности последней:

Электрохимическая коррозия

В техническом алюминии (или в его сплавах) содержатся примеси металлов в виде отдельных вкраплений (магний, титан, железо, марганец и др.) Благодаря наличию таких вкраплений сплав, погруженный в электролит, представляет собой совокупность большого количества микроскопических гальванических очагов. В результате электрохимической реакции, возникающей в этих очагах, металл, выступающий в роли анода (а в нашем случае это основной компонент сплава, алюминий), растворяется, в то время как на микрокатодах выделяется водород. Такие микроисточники коррозии по своей природе являются обычными гальваническими элементами и отличаются:

Процесс электрохимической коррозии не всегда является результатом возникновения микроскопических гальванических элементов. В ряде случаев очаги коррозии имеют «видимые» (макроскопические) размеры. Механизм электромеханического коррозионного разрушения для разной величины поверхности катода (сталь) и анода (алюминий) представлен на рис. 3 .

Атмосферная коррозия

Атмосферной коррозией называют процесс разрушения металлов на воздухе в результате происходящих на их поверхности химических и электрохимических реакций. Это наиболее распространенный пример разрушения металлов.

Основной причиной атмосферной коррозии является тонкий слой влаги, который образуется на поверхности металла, если его температура находится ниже точки росы. С понижением температуры или при увеличении содержания водяного пара в воздухе излишек пара оседает в виде капель воды. Если поверхность негладкая, покрыта пылью и слоями продуктов коррозии, то значительно раньше достижения точки росы во всех углублениях, порах и трещинах конденсируется пар и образуется слой воды. Некоторые газообразные вещества, содержащиеся в атмосфере, такие как оксиды азота, серы, хлорид водорода и другие, растворяются в конденсированной влаге, образуя кислоты. Поскольку растворимость этих веществ в воде очень высока, они концентрируются в слое воды даже тогда, когда их содержание в воздухе сравнительно невелико. Скорость коррозии зависит как от характеристик коррозионной среды (внешних факторов), так и от характера самого металла (внутренних факторов).

К внешним факторам относятся:

К внутренним факторам относятся:

Влияние атмосферы на процесс коррозии зависит от климатической зоны, уровня развития промышленности в регионе и загрязненности атмосферы. Наиболее существенными факторами, определяющими коррозионные свойства атмосферы, являются содержание пыли, газов, влажность и температура. Влиянием этих факторов объясняется различная скорость процесса коррозии в различных точках земного шара. Например, чем ближе к морю, тем больше в воздухе морских солей, ускоряющих коррозию, особенно NaCl. В регионах, где много промышленных объектов, в воздухе много таких соединений, как SO 2 . Отметим, что скорость коррозии на воздухе, как правило, значительно ниже, чем в пресной воде или почве. Атмосферную коррозию можно разделить на сухую, влажную и морскую. Сухая (газовая) атмосферная коррозия проходит в условиях полного отсутствия влаги на поверхности металла. Этот вид коррозии протекает очень медленно. Если в атмосфере содержатся агрессивные газы, то скорость коррозии значительно ускоряется.

Влажная атмосферная коррозия протекает в слое электролита малой толщины. Скорость процесса зависит от влажности воздуха, атмосферных загрязнений и гигроскопичности продуктов коррозии: если эти вещества задерживают влагу на поверхности металла, скорость коррозии возрастает.

Морская атмосферная коррозия. В регионах с морским климатом в состав атмосферы входит большое количество солей, на поверхности металла собираются капли морской воды, соли и другие загрязнения, ускоряющие коррозию.

Взаимодействие алюминия и его сплавов с другими металлами и сплавами

В среде электролита два различных металла, соприкасающиеся между собой или соединенные проводником, образуют гальванический элемент, в котором генерируется электрический ток. Направление движения электронов в гальваническом элементе определяется величинами электродных потенциалов металлов, Интенсивность коррозии, возникающей при соединении двух металлов, зависит от их расположения в ряду напряжений (разности потенциалов), от соотношения площади поверхности и уровня их поляризации. Чем больше разность потенциалов в гальваническом элементе, тем выше напряжение и тем интенсивнее разрушается анод. Значения потенциалов, приведенные в электрохимическом ряде напряжений, определены для стандартных условий (температура 25°С и единичная активность ионов в растворе электролита). Нужно учитывать, что в зависимости от состава электролита эти значения могут меняться. Так, например, в щелочных растворах алюминий корродирует значительно сильнее, чем в кислых. Цинк, потенциал которого близок к потенциалу алюминия, может использоваться для непосредственного контакта с алюминием. Если такой контакт происходит в нейтральных и кислых средах, цинк выполняет функцию анода и поэтому защищает катодный алюминий от коррозии. Однако в щелочных средах, наоборот, активность алюминия возрастает, поэтому цинк ускоряет коррозию алюминия. При контакте стальных оцинкованных деталей (шурупов и т.д.) с алюминием слой цинка вначале обеспечивает защиту алюминия, но после стирания цинка стальная поверхность становится открытой, что может привести к коррозии алюминия. В контакте с алюминием рекомендуется применение стали, оцинкованной горячим методом, поскольку в этом случае толщина покрытия больше, чем при электролитической оцинковке.

Ни в коем случае алюминий не должен соединяться с медью и ее сплавами, поскольку это приводит к быстрой коррозии алюминия (так называемой «катастрофической коррозии»). В связи с этим в алюминиевых конструкциях недопустимы всякого рода элементы и дополнения из меди. По этой же причине не следует допускать влияния на алюминий дождевой воды, которая стекает с медных крыш и труб непосредственно на алюминиевые конструкции, даже тогда, когда она содержит небольшие количества ионов меди.

Следует также избегать контакта с оловом и его соединениями, особенно в атмосфере, загрязненной промышленными отходами. Соли олова, образующиеся в кислой среде, сильно разрушают поверхность алюминия. Свинцовый сурик, при наличии влаги, содержащей кислоту, проявляет сильную коррозионную активность. Поэтому при контакте с алюминием следует избегать стальных элементов, покрытых свинцовым суриком. Ртуть и ее соли уже в присутствии следов влаги вызывают сильную коррозию алюминия. В этом случае процесс коррозии усиливается благодаря образованию амальгамы: амальгамированный алюминий интенсивно взаимодействует с водой в даже отсутствие кислот и щелочей! Поэтому при складировании алюминиевых профилей даже пары ртути (из разбитой лампочки) могут привести к мгновенной коррозии. Соединение алюминия и стали допустимо в сельской местности, но на приморских и промышленных территориях сталь ускоряет коррозию алюминия. Поэтому при контакте стали и алюминия необходимо избегать их непосредственного контакта, например, путем оцинковки стали, покраски алюминия с одновременным использованием изолирующих прокладок из синтетических материалов. При соединении железа, никеля и хрома с алюминием возникает значительная разность потенциалов, поэтому их не следует соединять непосредственно друг с другом. Кроме того, соли этих металлов (хлориды, сульфаты и т. д.), которые образуются в результате их коррозии, также способствуют разрушению алюминия.

Химическая коррозия .

Процесс химической коррозии протекает при воздействии сухих газов, жидких неэлектролитов и других материалов (в том числе и строительных) на алюминий.

В результате химической коррозии на поверхности алюминия образуется защитный слой, состоящий из продуктов коррозии и препятствующий взаимодействию агрессивных веществ с металлом. Скорость и вид химической коррозии определяет процесс диффузии агрессивного вещества через защитный слой. Как мы упоминали ранее, слой окиси алюминия возникает на поверхности в результате окисления металла кислородом воздуха. На воздухе в отсутствие влаги толщина этого слоя в течение нескольких минут достигает 10 Å.

Гальваническая коррозия алюминия

Процесс коррозии алюминия и алюминиевых сплавов зависит от многих факторов: условий окружающей среды, а также электрохимических и металлургических свойств компонентов сплава.

Коррозия алюминия

Для коррозии алюминия характерны следующие основные типы:

  • непосредственное химическое воздействие (общая коррозия);
  • электрохимическая (гальваническая) коррозия;
  • точечная (питтинговая) коррозия;
  • щелевая коррозия и коррозия под напряжением.

В зависимости от условий окружающей среды, нагружения и функционального назначения детали любой из видов коррозии может явиться причиной преждевременного разрушения. Кроме того, неправильное применение алюминиевых деталей и изделий может усугублять коррозионные процессы.

Электрохимическая коррозия алюминия

Наиболее частые ошибки проектирования алюминиевых конструкций связаны с гальванической коррозией. Гальваническая или электрохимическая коррозия происходит, когда два разнородных металла образуют электрическую цепь, замыкаемую жидким или пленочным электролитом или коррозионной средой. В этих условиях разность потенциалов между разнородными металлами создает электрический ток, проходящий через электролит, который (ток) и приводит к коррозии в первую очередь анода или менее благородного металла из этой пары.

Сущность гальванической коррозии

Когда два различных металла находятся в прямом контакте с электропроводящей жидкостью, то опыт показывает, что один из них может корродировать, то есть подвергаться коррозии. Это называют гальванической коррозией.

Другой металл не будет корродировать, наоборот, он будет защищен от этого вида коррозии.

Этот вид коррозии отличается от тех видов коррозии, которые могли бы возникнуть, если бы оба эти металлы были помещены раздельно в ту же самую жидкость. Гальваническая коррозия может случиться с любым металлом, как только два различных металла будут находиться в контакте в электропроводящей жидкости.

Внешний вид гальванической коррозии

Внешний вид гальванической коррозии является очень характерным. Эта коррозия не раскидывается по всей поверхности изделия, как это бывает с точечной – питтинговой – коррозий. Гальваническая коррозия плотно локализована в зоне контакта алюминия с другим металлом. Коррозионное воздействие на алюминий имеет равномерный характер, он развивается в глубь в виде кратеров, которые имеют более или менее округлую форму [3[.

Читать еще:  Blum aventos hf инструкция по установке

Все алюминиевые сплавы подвергаются идентичной гальванической коррозии [3].

Принцип батареи

Гальваническая коррозия работает как батарея, которая состоит из двух электродов:

  • катода, где происходит реакция восстановления
  • анода, где происходит реакция окисления.

Эти два электрода погружены в проводящую жидкость, которая называется электролитом. Электролит – это обычно разбавленный кислотный раствор, например, серной кислоты, или соляной раствор, например, сульфат меди. Эти два электрода соединены снаружи электрической цепью, которая обеспечивает циркуляцию электронов. Внутри жидкости передача электрического тока происходит путем перемещения ионов. Жидкость, таким образом, обеспечивает ионное электрическое соединение (рисунок х).

Рисунок 1 – Принцип гальванической ячейки [3]

Рисунок 1 показывает ячейку, в которой электролитом является раствор серной кислоты. Серная кислота полностью диссоциирована в воде (поскольку является сильной кислотой) путем образования ионов Н + , которые определяют кислотность среды. Происходит следующая электрохимическая реакция [3]:

  • цинковый анод окисляется:

на медном катоде восстанавливаются протоны Н + :

Полная реакция имеет вид:

Эта ячейка производит электричество за счет потребления цинка, который выделяется в виде гидроксида цинка Zn(OH)2.

Для работы ячейки необходимо одновременное выполнение трех условий:

  • два различных металла, которые образуют два электрода;
  • присутствие электролита;
  • непрерывность всей электрической цепочки.

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, например, если нарушается электрический контакт, то ячейка не будет производить электричество, и окисления на аноде не будет происходить (также как и восстановления на катоде).

Условия для гальванической коррозии

Гальваническая коррозия основана на том же самом принципе и для того, чтобы она происходила необходимо одновременное выполнение следующих трех условий [3]:

  • различные типы металлов;
  • присутствие электролита;
  • электрический контакт между двумя металлами.

Различные типы металлов

Для любых металлов, которые относятся к различным их типам, гальваническая коррозия является возможной. Металл с электроотрицательным потенциалом (или более электроотрицательный металл, если они оба электроотрицательные) действует как анод.

Тенденцию различных металлов образовывать гальванические пары и направленность электрохимического действия в различных коррозионных средах (морской воде, тропическом климате, промышленной атмосфере и т.д.) показывают в так называемых гальванических рядах. Чем далее удалены друг от друга металлы в этих рядах, тем более серьезной может быть электрохимическая коррозия. В разных коррозионных средах эти последовательности металлов могут быть разными (рисунок 2).

Присутствие электролита

Область контакта должна быть смочена водным раствором, чтобы обеспечивать ионную электропроводимость. В противном случае отсутствует возможность для гальванической коррозии.

Электрический контакт между металлами

Электрический контакт между металлами может происходить или путем прямого контакта между двумя металлами, или через крепежное соединение, например, болт.

Рисунок 2 [1]

Как видно из графиков рисунка 2 алюминий и его сплавы становятся анодами в гальванических ячейках с большинством металлов, и алюминий корродирует, как говорят, жертвенно и защищает от коррозии другой металл гальванической пары.

Только магний и цинк, включая и оцинкованную сталь, являются более анодными и поэтому, сами подвергаясь коррозии, защищают от нее алюминий.

Алюминий и кадмий вообще имеют почти одинаковые электродные потенциалы и поэтому ни алюминий, ни кадмий не подвергаются гальванической коррозии. К сожалению, кадмий признан весьма токсичным и все реже применяется, а во многих странах просто запрещен, как антикоррозионная защита.

Гальванические пары

Относительное расположение двух металлов или сплавов в гальваническом ряду указывает только возможность гальванической коррозии, если различие их гальванических потенциалов является достаточно большим. Больше этот ряд ничего не говорит, и особенно ничего – о скорости или интенсивности гальванической коррозии. Она может быть нулевой или несущественной или даже незаметной. Ее интенсивность зависит от типов металлов, которые входят в контакт – гальванической пары.

Пара: алюминий – нелегированная сталь

В строительных конструкциях алюминиевые детали, которые открыты для воздействия климатических и погодных воздействий, могут соединяться винтами из обычной стали. Опыт показывает, что алюминий в контакте со стальными винтами подвергается только очень поверхностной коррозии. Возникающая ржавчина, которая не оказывает никакого влияния на алюминий, полностью пропитывает слой оксида алюминия и образует на поверхности пятна. Фактически, для алюминиевой конструкции в контакте с незащищенной сталью важнее будет ее влияние на внешний вид и декоративные качества, а не способность сопротивляться коррозии.

Это явление имеет следующее объяснение:

  • на поверхностях контакта образуются пленки с продуктами коррозии – ржавчины на стали и оксида алюминия на алюминии, которые и замедляют электрохимические реакции.

Пара: алюминий – оцинкованная сталь

Судя по гальваническому ряду, цинк является более электроотрицательным, чем алюминий. Крепеж из оцинкованной стали может, поэтому, применяться для соединения и сборки конструкций из алюминиевых сплавов. Надо помнить, что когда цинковое покрытие станет слишком изношенным, чтобы защищать сталь и алюминий, наступает предыдущий сценарий контакта между алюминием и голой сталью [3] .

Пара: алюминий – нержавеющая сталь

Хотя и существует большая разность потенциалов между нержавеющей сталью и алюминиевыми сплавами – около 650 мВ, очень редко можно увидеть гальваническую коррозию на алюминии в контакте с нержавеющей сталью. Поэтому алюминиевые конструкции очень часто собираются с применением болтов и винтов из нержавеющей стали [3].

Пара: алюминий – медь

Контакт между алюминиевыми сплавами и медью, а также медными сплавами (бронза, латунь) приводит к совершенно незначительной гальванической коррозии алюминия под воздействием атмосферных условий. Тем не менее, рекомендуется обеспечивать электрическую изоляцию между этими двумя металлами, чтобы локализовать коррозию алюминия.

Необходимо отметить, что продуктом коррозии меди является, так называемая, патина. Эта патина – голубовато-зеленый налет на меди, который состоит в основном из карбоната меди. Эта патина химически воздействует на алюминий и может восстанавливаться с образованием малых частиц меди. Эти медные частицы, в свою очередь, могут вызывать локальную питтинговую коррозию алюминия [3].

Ближе к контакту – больше коррозия

Ускоренная гальваническая коррозия обычно наиболее интенсивна вблизи мест соединения двух металлов; с удалением от мест соединения ее интенсивность уменьшается. Существенное влияние на скорость коррозии оказывает величина отношения площади поверхности катода, контактирующей с электролитом, к площади незащищенной поверхности анода. Желательно иметь малое отношение площади катода к площади анода.

Как избежать гальванической коррозии

  1. Выбирать в пару алюминию или его сплаву металл, который как можно более ближе к нему в гальваническом ряду для рассматриваемой коррозионной среды (см. рисунок 2).
  2. Применять «катодный» крепеж. Избегать комбинаций с неблагоприятным (большим) отношением площадей катода к аноду (рисунок 3).
  3. Обеспечивать полную электрическую изоляцию двух соединяемых металлов. Это может быть выполнено с помощью изолирующих прокладок, втулок, шайб и т.п. (рисунок 4).
  4. Если применяется окраска, всегда нужно красить катод. Если покрасить только анод, любая царапина на нем даст неблагоприятное отношение поверхностей катода к аноду и приведет к коррозии царапины.
  5. Увеличивать толщину анода или устанавливать в соединение заменяемые массивные прокладки из анодного металла.
  6. По возможности размещать гальванический контакт вне коррозионной среды.
  7. Избегать резьбовых соединений из металлов, образующих гальваническую пару. Заменять их паяными или сварными соединениями.
  8. Если возможно, применять ингибиторы коррозии, например, в системах с циркуляцией жидкости, которая может играть роль электролита для гальванической коррозии.
  9. В случаях, когда металлы должны оставаться в электрическом контакте через наружную электрическую цепь, нужно разнести их как можно дальше друг от друга для увеличения сопротивления жидкой цепи (электролита).
  10. При необходимости и там, где это возможно, применять катодную защиту с цинковым или магниевым жертвенными анодами.
  11. В наиболее агрессивных средах только цинк, кадмий и магний могут быть в контакте с алюминием без возникновения гальванической коррозии. Заметим, что применение кадмиевых покрытий в значительной степени ограничено из-за их экологической небезопасности.

Рисунок 3 [1]

Рисунок 4 [1]

Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?

Контактная коррозия происходит при непосредственном контакте двух разнородных металлов. Нельзя, к примеру, соединять алюминиевые листы медной заклепкой, так как при определенных условиях они образуют сильную гальваническую пару.

Разные металлы имеют разные электродные потенциалы. В присутствии электролита один из них играет роль катода, а другой анода. В результате химической реакции, протекающей между ними, начнется коррозионный процесс, в котором медь (катод) будет беспощадно разрушать алюминий (анод).

Почти все пары разнородных металлов, находящиеся в контакте между собой, подвержены коррозии, так как даже влага из воздуха может выступить в роли электролита и активировать их электродный потенциал. Но одни пары уязвимы в большей степени, а другие – в меньшей.

Читать еще:  Gps трекер для автомобиля своими руками

Например, алюминий отлично контактирует с оцинкованной сталью, хромом и цинком, а латунь совершенно не «дружит» со сталью, алюминием и цинком. Чтобы узнать, какие металлы совместимы, а какие нет, обратимся к основам химии.

В ряду электрохимической активности металлы стоят в следующей последовательности:

Для примера рассмотрим пару алюминий – медь. Алюминий стоит в ряду слева от водорода и имеет электроотрицательный потенциал равный -1.7В, а медь находится справа и имеет положительный потенциал +0.4В. Большая разница потенциалов приводит к разрушению более активного алюминия. Медь сильнее всех, впереди стоящих элементов, поэтому в паре с любым из них она выйдет победителем. Чем дальше друг от друга в ряду стоят элементы, тем выше их несовместимость и вероятность протекания гальванической коррозии.

Данные о совместимости некоторых металлов представлены в таблице:

Д – абсолютно допустимые контакты (низкий риск ГК);
О – ограничено допустимые контакты (средний риск ГК);
Н – недопустимые контакты (высокий риск ГК).

Приведенная таблица может служить кратким справочником для определения совместимости некоторых конструкционных металлов. Допустимость и недопустимость контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов устанавливает ГОСТ 9.005-72.

Пример недопустимых гальванических пар:

Гальваническое действие может возникнуть, если строительную конструкцию из нержавеющей стали скреплять оцинкованными болтами. В этой нежелательной паре пострадает высоко анодный крепеж, поскольку его электроны будут перемещаться в направлении катодной нержавеющей стали. Поэтому, крепежные детали должны быть изготовлены из менее гальванически активного металла, чем материал металлоконструкции.

На скорость течения гальванокоррозии оказывает влияние площадь поверхности анода и катода. Если большой по размеру анод соединить с маленьким катодом, то анод будет ржаветь медленно, а если сделать наоборот, то быстро. Например, используйте болты из нержавеющей стали для крепления алюминия, но не наоборот.

Степень интенсивности протекания контактной коррозии зависит и от условий эксплуатации соединения. В обычных атмосферных условиях процесс будет протекать менее быстро и возрастает в агрессивной электропроводной среде, например, растворах кислот и щелочей. Присутствие в воде других веществ увеличивает проводимость электролита и скорость коррозии. Поэтому при проектировании конструкций важна оценка окружающей среды.

Как защитить конструкцию или узел от контактной коррозии?

Если по конструктивным соображениям невозможно избежать нежелательного контакта разнородных металлов, то можно попытаться уменьшить гальваническую коррозию с помощью следующих методов:

  • окраска поверхностей в районе их стыка;
  • нанесение совместимых металлических покрытий;
  • изоляция соединения от внешней среды;
  • электрическая изоляция;
  • установка неметаллических прокладок, вставок, шайб в болтовых соединениях.

Практика показывает, что в тех случаях, когда пренебрегают требованиями к допустимости контактов разных металлов, приходится дорого за это расплачиваться. Неправильная компоновка контактных пар выводит из строя узлы крепления, металлоконструкции и может стоять человеческой жизни.

Отзывы могут оставлять только зарегистрированные пользователи. Пожалуйста, зарегистрируйтесь

Способы борьбы с коррозией алюминия

Алюминий – широко распространенный в промышленности и быту металл. Окисление алюминия на воздухе не происходит. Его инертность обусловлена тонкой оксидной пленкой, защищающей его. Однако под влиянием определенных факторов из окружающей среды этот метал все же подвергается разрушительным процессам, и коррозия алюминия — не такое уж и редкое явление.

Виды коррозии

Окисляется алюминий в атмосфере быстро, но на небольшую глубину. Этому препятствует защитная окисная пленка. Окисление ускоряется выше температуры плавления алюминия. Если нарушается целостность оксидной пленки, алюминий начинает корродировать. Причинами истончения его защитного слоя могут стать различные факторы, начиная с воздействия кислот, щелочей и заканчивая механическим повреждением.

Коррозия алюминия – саморазрушение металла под воздействием окружающей среды. По механизму протекания выделяют:

  • Химическую коррозию – происходит в газовой среде без участия воды.

  • Электрохимическую коррозию – протекает во влажных средах.

  • Газовое разрушение – но сопровождает нагрев и горячую обработку алюминия. В результате взаимодействия кислорода с металлами возникает плотная окисная пленка. Вот почему алюминий не ржавеет, как и все цветные металлы.

На видео: электрохимическая коррозия металлов и способы защиты.

Причины коррозии алюминия

Коррозионная стойкость алюминия зависит от нескольких факторов:

  • чистоты – наличия примесей в металле;
  • воздействующей среды – алюминий может одинаково подвергаться разрушению и на чистом сельском воздухе и в промышленно загрязненных районах;
  • температуры.

Во многих случаях малоконцентрированные кислоты могут растворить алюминий. От возникновения коррозии не защищает естественная окисная пленка.

Мощные разрушители – фтор, калий, натрий. Алюминий и его сплавы корродируют при воздействии химических соединений брома и хлора, растворов извести и цемента.

Коррозия алюминия и его сплавов происходит в воде, воздухе, оксидах углерода и серы, растворах солей. Морская вода приводит к ускоренному разрушению. Алюминий считается активным металлом, но при этом отличается хорошими коррозионными свойствами.

Выделяют два основных фактора, которые влияют на интенсивность коррозийного процесса:

  • степень агрессивности воздействующей окружающей среды – влажность, загрязненность, задымленность;
  • химическая структура.

Алюминий не подвергается коррозии в чистой воде. Не влияют на защитную оксидную пленку нагревание и пар.

Проявление коррозии алюминия

Выделяют следующие виды коррозии алюминия и его сплавов:

  • Поверхностная – наиболее распространенная, приносит наименьший вред, легко заметна и быстро поддается устранению.
  • Локальная – разрушения наблюдаются в виде углублений и пятен. Опасный вид коррозии в силу своей незаметности. Встречается в труднодоступных частях и узлах металлических конструкций.
  • Нитеподобная, филигрань – наблюдается под покрытиями из органики, на ослабленных местах поверхности.

Любой из видов коррозии конструкций из алюминия является причиной разрушения.

Это сокращает срок эксплуатации изделий. В гальванической паре алюминий может корродировать, при этом он защищает другой металл.

Естественных антикоррозийных свойств алюминия и его сплавов недостаточно. Поэтому механизмы, агрегаты, конструкции и изделия из металла нуждаются в дополнительной защите.

Способы борьбы с коррозией

Защита от коррозии производится несколькими способами:

  • Механическое лакокрасочное защитное покрытие.
  • Электрохимическая защита – покрытие более активными металлами;
  • Покрытие алюминия порошковыми составами, так называемый процесс аллюминирования;
  • Высоковольтное анодирование;
  • Химическое оксидирование;
  • Применение ингибиторов коррозии.

Механическое покрытие

Как защитить алюминий от коррозии? Чаще всего применяют механический способ – нанесение слоя краски.

Покройте краской изделие и вы убедитесь в действенности этого способа. Окрашивание бывает мокрым и сухим, или порошковым. Эти технологии усовершенствуются. При мокром окрашивании лакокрасочные слои наносят после защиты алюминия составом, содержащим соединения цинка и стронция. Металлическую основу тщательно подготавливают: защищают, шлифуют, сушат. Грунт наносят поэтапно.

Когда растворитель из грунтовочной смеси полностью исчезнет, поверхность можно покрывать изолирующим составом: масляным или глифталиевым лаком.

Специальные составы помогают остановить коррозию и защищают алюминиевые конструкции от химикатов, бензина, различного вида масел. Выбор покрытия зависит от условий последующей эксплуатации металлического изделия:

  • молотковые – применяют для получения конструкций различных цветовых оттенков, используемых в декоре;
  • бакелитовые – наносят под высоким давлением, заполняя микротрещины и поры.

Порошковое окрашивание требует тщательной очистки поверхности от жира и различных отложений. Это достигается погружением в щелочные или кислотные растворы с добавлением смачивателей. Далее на алюминиевые конструкции наносится слой хроматных, фосфатных, циркониевых или титановых соединений. После этого он не будет окисляться.

После просушки материала на окислившийся участок наносят защитный полимер. Чаще всего используются полиэфиры, стойкие к механическому, химическому и термическому воздействию. Применяют полимеризованный уретан, эпоксидные и акриловые порошки.

Оксидирование алюминия

Оксидирование алюминия протекает при постоянном токе под напряжением 250 В. Наращивание защитной пленки происходит при комнатной температуре с водяным охлаждением. Не требуется импульсного источника. Пленки получаются плотными и прочными в течение 45-60 минут.

На плотность и цвет оксидного покрытия влияет температура электролита:

  • пониженная температура образует плотную пленку яркого цвета;
  • повышенная – формирует рыхлую пленку, требующую дальнейшей окраски.

Образовать защиту алюминия от коррозии можно электрохимической реакцией. Процесс разделен на несколько этапов:

1. На стадии подготовки алюминиевое изделие обезжиривают, погружая его в раствор щавелевой кислоты.

2. После промывания водой опускают в щелочной раствор, чтобы удалить неравномерно образовавшийся оксидный слой.

3. Для дополнительной окраски алюминиевые изделия погружают в соответствующие растворы солей. Чтобы заполнить образовавшиеся поры, металлический материал обрабатывают паром.

4. Затем изделие подвергают сушке. Анодное оксидирование может проводиться с применением переменного тока.

Для защиты от коррозии применяют химическое оксидирование – менее затратное, не требующее специального электрического оборудования и квалификации исполнителей. Используется несложный химический состав.

В процессе алюминирования полученная оксидная пленка толщиной в 3 мкм имеет салатный цвет, обладает высокими электроизоляционными свойствами, не пориста, не окрашивается.

Коррозия алюминия возникает вследствие находящихся рядом металлов, которые окислились. Предотвращению этот процесса способствует изоляция. Это могут быть прокладки из резины, битума, паронита. При покрытии ржавчиной применяются лак и другие изолирующие материалы. Других способов избавиться от этой проблемы пока нет.

Три способа удалить окисную плёнку с поверхности алюминия (1 видео)

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector