Алюминиевая фольга и лист устойчивы к коррозии, поскольку компактная оксидная пленка толщиной в несколько нанометров преобразуется-в течение миллисекунд под воздействием воздуха. Эта самообновляющаяся пленка- объясняет, почему голая фольга выдерживает годы эксплуатации в помещении, а ее ограничения объясняют, почему тот же материал быстро выходит из строя на открытом воздухе или на химических заводах. Понимание электрохимической основы делает выбор анодирования, покрытия или конструкции соединения гораздо более предсказуемым.
Почему алюминий корродирует: электрохимическая основа
В гальваническом ряду алюминий является сильно анодным и имеет более отрицательный заряд, чем большинство конструкционных металлов, за исключением магния и цинка. Когда алюминий соединяется со сталью, нержавеющей сталью или медью в присутствии электролита, алюминий становится жертвенным анодом, а более благородный металл вызывает его растворение.
Нативный оксид также амфотерен: он стабилен при pH примерно от 4 до 9 и быстро растворяется в сильных кислотах или щелочах. Таким образом, дождевая вода, нейтральные моющие средства и большинство углеводородных масел наносят незначительный ущерб, а кислотное средство для удаления накипи или едкая промывка могут снять барьер за считанные минуты. Любая защитная мера, обсуждаемая ниже, либо утолщает этот барьер, либо химически стабилизирует его, либо устраняет условия, которые его разрушают.
Как развиваются основные формы коррозии
Неисправности фольги, листов и профилей происходят по разным причинам, и их следует разделить, прежде чем выбирать план защиты.
| Форма коррозии | Курок | Где он появляется | Практическая контрмера |
|---|---|---|---|
| Питтинг | Ионы хлорида проникают в слабые места оксидной пленки. | Поверхности фольги, рулонный прокат, морское или прибрежное воздействие | Ограничьте контакт с хлоридами, укажите анодированные или покрытые поверхности. |
| Межзеренный | Сенсибилизированные границы зерен в сплавах Al-Mg 5xxx, выдерживаемые при температуре выше 65 градусов. | Сварите зоны,-затрагиваемые теплом, и нагрейте-незащищенную пластину | Контролируйте термическое воздействие, выбирайте температуру низкой-чувствительности. |
| Расщелина | Застой электролита в зазорах, pH ниже 4 или выше 9. | Нахлесточные соединения, седла прокладок, соединительные элементы | Герметизировать швы, избегать впитывающих прокладок, предусмотреть дренаж |
| гальванический | Контакт с более благородным металлом плюс электролитный мостик | Смешанные-металлические каркасы, крепления, кронштейны | Изолируйте соединение, отрегулируйте соотношение площадей, покройте оба металла |
| Отшелушивание | Сенсибилизированная микроструктура в сочетании с катящейся текстурой. | Закатанные или экструдированные края толстых профилей | Контролируйте отпуск и термообработку, герметизируйте открытые края. |
Поверхностная обработка для повышения коррозионной стойкости
Обработка поверхности является наиболее прямым рычагом. Каждый процесс, описанный ниже, имеет разные затраты, толщину и внешний вид, поэтому спецификация должна соответствовать классу воздействия, а не наоборот.
Анодированиесоздает оксидный слой толщиной 5–150 мкм со столбчатой структурой пор; закрытие этих пор закрывает основной путь поступления хлоридов и может сочетаться с окрашиванием.
Конверсионное покрытиеисторически полагались на ингибиторы шестивалентного хрома, которые давали эффект самовосстановления. Поскольку Cr(VI) ограничен, конверсионные покрытия из трехвалентного хрома и -безхрома из титана или циркония теперь являются обычной спецификацией.
Плазменное электролитическое окислениесоздает керамические покрытия из глинозема толщиной примерно до 300 мкм с твердостью около 2000 HV, подходящие там, где истирание и коррозия действуют одновременно.
Золь-гелевые покрытияиспользуйте дисперсии наночастиц циркония для формирования плотного химического барьера, который ковалентно связывается с оксидом.
Лазерное плавление поверхностиизмельчает приповерхностную-микроструктуру и растворяет интерметаллические частицы, которые в противном случае действовали бы как места возникновения точечной коррозии.
Правила проектирования, подавляющие гальваническую и щелевую атаку
Геометрия часто определяет коррозионные характеристики в большей степени, чем выбор сплава. Следующие правила не требуют больших затрат на этапе чертежа и требуют больших затрат на модернизацию.
Изолировать разнородные металлы диэлектрическими шайбами, гильзами или прокладками; зазора в 0,1 мм достаточно, чтобы разорвать токопроводящий путь.
Соотношение площадей катода-к-анода должно быть консервативным, ниже примерно 1:100, где небольшой алюминиевый компонент встречается с большой структурой из нержавеющей стали.
Используйте жертвенные цинковые аноды или грунтовки с-богатым содержанием цинка для погружных и морских сборок.
Избегайте использования абсорбирующих прокладок и глухих зазоров, задерживающих электролит; Обеспечьте дренаж, чтобы влага не могла оставаться в расщелине.
Заполните крепежные соединения проводящим герметиком, чтобы электролит никогда не достиг поверхности резьбы.
Тестирование, квалификация и мониторинг-эксплуатации
Лабораторная аттестация обычно начинается с нейтрального солевого тумана в соответствии с ASTM B117 или его эквивалентом ISO 9227, тумана с 5% содержанием хлорида натрия, выдерживаемого при 35 градусах, в течение нескольких часов до появления первой белой ржавчины или образования пузырей. Солевой туман сам по себе является средством проверки; полная программа добавляет электрохимические и полевые методы.
Спектроскопия электрохимического импеданса определяет сопротивление барьера и емкость покрытия посредством эквивалентной-подборки схемы, обнаруживая деградацию до того, как атака станет видимой.
Циклические испытания на коррозию чередуют фазы солевого тумана, влажности и сушки, чтобы более точно воспроизвести реальную эксплуатацию, чем непрерывное распыление.
Измерение выделения водорода позволяет количественно оценить скорость растворения в кислой среде.
Сканирование зондом Кельвина позволяет обнаружить микро-разности потенциалов, отмечающие зарождающуюся питтинговую коррозию.
В полевом мониторинге используются датчики электрического сопротивления для определения потерь металла, электрохимические датчики шума для выявления питтинговых переходных процессов, много-электродные матрицы для локализованного картирования атак и оптоволоконные-датчики pH, встроенные в покрытия для обнаружения мест дефектов.
Роботизированное картирование потенциала позволяет осуществлять осмотр поверхностей больших резервуаров и емкостей без использования строительных лесов.
Соответствие режима испытаний реальной среде делает программу коррозии заслуживающей доверия: точечная коррозия, вызванная хлоридами-, требует воздействия соли, контакт с щелочью требует испытаний погружением, а сборки из смешанных-металлов требуют испытаний гальванической связи, а не испытаний изолированных купонов.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какие алюминиевые сплавы наиболее уязвимы к межкристаллитной коррозии?
Классический случай — сплавы Al-Mg 5xxx. Когда сенсибилизированная микроструктура развивается на границах зерен после длительного воздействия температуры выше примерно 65 градусов, границы подвергаются преимущественной коррозии, поэтому -подверженные тепловому воздействию пластины и зоны сварных швов требуют низких-отпусков сенсибилизации.
Вопрос: Всегда ли анодирование лучше, чем конверсионное покрытие?
Не повсеместно. Анодирование обеспечивает более толстый, твердый и более устойчивый к истиранию-барьер, в то время как конверсионное покрытие тоньше, дешевле и лучше сохраняет электрическое контактное сопротивление, что важно для путей заземления.
Вопрос: Почему испытания в солевом тумане не позволяют напрямую предсказать срок службы?
Непрерывный туман сохраняет поверхность влажной и-богатой хлоридами, что приводит к чрезмерному-образованию из-за циклов сушки, воздействия ультрафиолета и механических повреждений. Циклические режимы и панели воздействия на местах гораздо лучше коррелируют с реальным обслуживанием.
Вопрос: Как можно контролировать гальваническую коррозию там, где изоляция невозможна?
Управляйте соотношением площадей так, чтобы алюминиевый анод был большим по сравнению с катодом, покрывайте катодный металл и допускайте контролируемое расходуемое поведение, при котором анод можно заменять через запланированные промежутки времени.
Вопрос: Какой самый быстрый способ обнаружить разрушение покрытия в полевых условиях?
Спектроскопия электрохимического импеданса и картирование сканирующими датчиками Кельвина обнаруживают потерю барьерных свойств до появления видимой коррозии, а датчики электрического сопротивления выявляют непрерывную тенденцию-потери металла на критически важных объектах.
Вопрос: Гарантирует ли более толстый оксидный слой более длительный срок службы?
Только если он останется целым и запечатанным. Незакрытые поры, механические повреждения и острые кромки создают очаги возникновения, поэтому защита кромок и дисциплина обращения имеют такое же значение, как и номинальная толщина покрытия.
