مقاومت در برابر خوردگی ریخته گری آلومینیوم

1. مقدمه

قطعات آلومینیومی دایکاست (در درجه اول آلیاژهای Al-Si تولید شده توسط فشار بالا دایکستینگ) ارائه هزینه به عملکرد عالی برای خودرو, از راه دور, کاربردهای مصرف کننده و دریایی,

اما عملکرد خوردگی در دنیای واقعی آنها نتیجه خالص آن است شیمی, ساختار, فرآیند دایکاست, درمان سطح و محیط خدمات.

بنابراین کنترل خوردگی موثر نیاز به یک رویکرد برنامه‌ریزی دارد:

(الف) آلیاژهایی با ناخالصی های کاتدی کاهش یافته و اصلاح کننده ها برای پالایش سیلیکون انتخاب یا توسعه دهید, (ب) فرآیند HPDC را برای به حداقل رساندن تخلخل و تولید ساختار SDAS/دانه ریز کنترل کنید, و (ج) قوانین طراحی و مونتاژ قطعات که از گیر افتادن الکترولیت ها و جفت های گالوانیکی فلزی غیرمشابه جلوگیری می کند..

بررسی های اخیر و کارهای تجربی پوشش ها را نشان می دهد (پئو, آندایزینگ بهینه, پوشش های تبدیلی و سیستم های رنگ چند لایه) و کنترل ریزساختار موثرترین اهرم برای افزایش عمر مفید در محیط های تهاجمی است.

2. چرا خوردگی برای قطعات آلومینیومی دایکاست اهمیت دارد؟

آلومینیوم نازک را تشکیل می دهد, فیلم محافظ Al2O3 به طور خود به خود در هوا. این فیلم آلومینیوم حجیم را نسبتاً در برابر خوردگی مقاوم می کند - اما آلیاژهای Al-Si ریخته گری شده از نظر ریزساختاری پیچیده هستند.:

ذرات Si بدون آلیاژ درشت, بین فلزات غنی از آهن, فازهای حامل منیزیم و تخلخل موضعی ایجاد می کند سلول های میکرو گالوانیکی و مکان هایی که فیلم غیرفعال از نظر مکانیکی یا شیمیایی در معرض خطر است.

سرشار از کلرید, اتمسفرهای اسیدی یا مملو از آلاینده این ناهمگنی های محلی را ترویج می کنند سوراخ کردن, خوردگی شکاف و تسریع حمله محلی,

که می تواند یکپارچگی مکانیکی را کاهش دهد, سطوح آب بندی به خطر بیافتد, و عمر سرویس را کوتاه می کند - اگر اقدامات حفاظتی کافی فرض شود اغلب به طور غیرمنتظره.

تولیدکنندگان و OEM ها به این موضوع اهمیت می دهند زیرا خوردگی بر قابلیت اطمینان محصول تأثیر می گذارد, هزینه های گارانتی, ایمنی, و کیفیت درک شده - بنابراین انتخاب های فنی صحیح در مراحل اولیه طراحی و تدارکات سود سهام پایین دستی را به همراه دارد.

3. اصول اصلی خوردگی ریخته گری آلومینیوم: مکانیسم ها و طبقه بندی

خوردگی قالب های آلومینیومی اساساً یک پدیده الکتروشیمیایی است که در آن فلز و محیط آن از طریق واکنش های آندی و کاتدی موضعی، بار را مبادله می کنند..

برخلاف آلومینیوم خالص, آلیاژهای دایکاست تجاری از نظر شیمیایی و ساختاری ناهمگن هستند (آلیاژهای پایه Al-Si با آهن, مس, Mg, منگنز, و غیره), و همواره دارای عیوب مربوط به تولید هستند (تخلخل, چین خوردگی اکسید, اجزاء و فازهای بین فلزی تفکیک شده).

این ناهمگونی‌ها تغییرات فضایی در پتانسیل الکتروشیمیایی در سطح ایجاد می‌کنند و بنابراین ایجاد می‌کنند سلول های میکرو گالوانیکی که حمله به سایت های مجزا را متمرکز می کند.

مکانیزم خوردگی الکتروشیمیایی

آلومینیوم از نظر ترمودینامیکی فعال است (پتانسیل الکترود استاندارد ≈ -1.66 V در مقابل الکترود هیدروژن استاندارد) اما بسیار نازک را تشکیل می دهد, اکسید محافظ در هوا.

این فیلم بومی آلومینا/هیدروکسید (معمولاً در حد چند نانومتر, ~5-10 نانومتر در شرایط جوی) سد اولیه ای را فراهم می کند که انحلال یکنواخت را کند می کند و "انفعال" ظاهری را ممکن می کند.

دنباله کلاسیک است:

1. منفعل شدن: تشکیل یک Al2O3/Al فشرده(اوه)₃ لایه سطحی که انتقال بار و کاهش جرم را در شرایط ملایم محدود می کند.
2. نقض فیلم محلی: گونه های تهاجمی (به ویژه یون های کلرید), آسیب مکانیکی, یا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی (اسیدهای قوی, یون های قلیایی یا فلوراید) لایه اکسید را به صورت موضعی مختل می کند.
3. انحلال آندی: وقتی فیلم نقض می شود, آلومینیوم در معرض اکسید می شود:
   Al → Al³⁺ + 3عید
   الکترون‌های آزاد شده در مکان‌های آندی در مکان‌های کاتدی نزدیک توسط اکسیژن یا دیگر گونه‌های تقلیل‌پذیر مصرف می‌شوند., برای مثال:
   O2 + 2هوس + 4e⁻ → 4OH⁻
4. کوپلینگ میکرو گالوانیکی: ذرات بین فلزی (Fe-, فازهای غنی از مس, Mg2Si, و غیره) یا فازهای آلاینده نجیب به عنوان کاتدهای محلی عمل می کنند, تسریع انحلال آندی ماتریس α-Al اطراف.
   تفاوت های پتانسیل محلی و نسبت ناحیه کاتدی به ناحیه آندی شدت حمله را کنترل می کند..
5. تکامل شیمی محلی: در سایت های محدود (چاله ها, شکاف) هیدرولیز Al3+ و انباشت آنیون های تهاجمی یک ریزمحیط به شدت اسیدی و غنی شده با کلرید ایجاد می کند که به سرعت حفظ می کند., انحلال اتوکاتالیستی.
   یون کلرید, به طور خاص, نفوذ و تثبیت مناطق آندی, تقویت هسته و رشد گودال.

دو نتیجه عملی به دنبال دارد: (من) رفتار خوردگی توسط ترمودینامیک حجیم کمتر از الکتروشیمی محلی و فرآیندهای انتقال در مقیاس میکرو کنترل می شود.;

و (ii) تغییرات کوچک در ریزساختار, سطوح ناخالصی یا تداوم سطح می تواند تغییرات زیادی در حساسیت خوردگی موضعی ایجاد کند.

انواع خوردگی رایج در ریخته گری آلومینیومی

اگرچه چندین اشکال خوردگی ممکن است رخ دهد, مرتبط ترین و آسیب رسان ترین حالت ها برای قطعات دایکاست:

ژنرال (یکنواخت) خوردگی:

از دست دادن نسبتاً یکنواخت فلز در سطوح در معرض دید.
این حالت برای آلومینیوم در اتمسفرهای خنثی نادر است، اما می تواند در محیط های شدیدا اسیدی یا قلیایی رخ دهد.. این به طور قابل پیش بینی ابعاد را کاهش می دهد، اما نسبت به اشکال موضعی کمتر فاجعه بار است.

خوردگی:

تهدید اصلی برای آلیاژهای ریخته گری Al-Si.
حفره ها در جایی شروع می شوند که لایه غیرفعال ضعیف ترین است - در مجاورت منافذ, اجزاء اکسید, ذرات سیلیکون بدون آلیاژ یا بین فلزات - و تحت یک محیط غنی از کلرید منتشر می شوند, ریزمحیط اسیدی شده.
سوراخ شدن بسیار موضعی است و اغلب تا زمانی که عمیقاً نفوذ نکرده باشد نامرئی است, تبدیل آن به یک علت اصلی ناگهانی, خرابی های غیرمنتظره در قطعات باربر.

خوردگی بین دانه ای (igc):

حمله در امتداد مرزهای دانه ناشی از جداسازی عناصر آلیاژی یا رسوب مواد بین فلزی در طول انجماد.
در آلیاژهای دایکاست, مراحل تزئین مرز (برای مثال, Fe- و ترکیبات غنی از مس, یا رسوبات حاصل از منیزیم و سی) می تواند مرزهای دانه را نسبت به فضای داخلی دانه آندی کند, ترویج انحلال انتخابی مرز و تردی.

خوردگی گالوانیک:

زمانی اتفاق می افتد که آلومینیوم به صورت الکتریکی به یک فلز نجیب تر جفت می شود (فولاد, مس, برنجی) در یک الکترولیت رسانا.
اختلاف پتانسیل باعث انحلال آندی جزء آلومینیوم می شود; شدت به نسبت مساحت بستگی دارد, پیکربندی تماس و هدایت الکترولیت.
این یک مشکل رایج در مجموعه ها و اتصالات محکم است.

خوردگی شکاف:

در جایی ایجاد می شود که الکترولیت راکد می شود (زیر مهر و موم, داخل اتصالات رزوه ای, سطوح جفت گیری).
حمل و نقل جرم محدود در داخل شکاف منجر به کاهش اکسیژن و اسیدی شدن می شود, تولید شیمی محلی تهاجمی که به آلومینیوم در زیر حفاظت مشارکتی سطوح مجاور حمله می کند..

ترک خوردگی تنشی (SCC) و خوردگی-خستگی:

اینها پدیده های هم افزایی هستند که در آنها تنش کششی وجود دارد (باقی مانده یا کاربردی) با یک ریز محیط خورنده و یک نقص از قبل موجود تعامل دارد (مانند یک گودال یا بریدگی بین فلزی) برای هسته و تکثیر ترک ها.

SCC برای قطعات دایکاست ساختاری که بارهای پایدار را حمل می کنند، نگرانی خاصی دارد.

هر یک از این حالت ها به دلایل ریشه ای یکسانی هدایت یا تشدید می شوند: ناهمگونی ریزساختاری, ناپیوستگی در تداوم لایه سطحی (تخلخل, چین خوردگی اکسید),

گونه های مهاجم در محیط خدمات (کلرید, گازهای اسیدی), و شرایط مکانیکی یا طراحی که باعث ایجاد شکاف یا تنش کششی می شود.

در نتیجه, استراتژی های کاهش باید هر دو محرک های الکتروشیمیایی را مورد توجه قرار دهند (از طریق طراحی آلیاژ و حفاظت از سطح) و محرک های ریزساختاری/فرآیند (از طریق کنترل های ریخته گری و پس پردازش).

4. عوامل کلیدی موثر بر مقاومت در برابر خوردگی ریخته گری آلومینیوم

عملکرد خوردگی قالب های آلومینیومی توسط مجموعه ای از متغیرهای برهم کنش به جای یک پارامتر غالب کنترل می شود..

شیمی آلیاژ, ساختار, تمرین ریخته گری و محیط سرویس به طور هم افزایی برای تعیین اینکه آیا یک جزء غیرفعال می ماند یا دچار حمله موضعی می شود عمل می کنند..

درک دقیق هر عامل - و نحوه تعامل آنها - مداخلات هدفمند در انتخاب مواد را امکان پذیر می کند, کنترل فرآیند و حفاظت در برابر خوردگی.

ترکیب آلیاژی: تعیین کننده اساسی

آلیاژهای ریخته گری Al-Si (به عنوان مثال ADC12, A380, A383, A356) خط پایه را برای اجزای دایکاست تشکیل می دهد; با این حال, اضافات جزئی و جزئی آلیاژی تأثیر نامتناسبی بر رفتار الکتروشیمیایی دارند.

سیلیکون (و, ~7-12 درصد وزنی در آلیاژهای ریخته گری معمولی).

سی سیالیت را بهبود می بخشد و پارگی داغ را کاهش می دهد, اما معمولاً به صورت ذرات گسسته ای رسوب می کند که اساساً از نظر الکتروشیمیایی نسبت به ماتریس آلومینیوم بی اثر هستند..

مورفولوژی و توزیع Si (به عنوان مثال, خوب, پراکنده یکنواخت در مقابل. درشت, خوشه ای) بر تعاملات گالوانیکی محلی تأثیر می گذارد و عملکرد پوشش را تحت تأثیر قرار می دهد (آندایزینگ به طور خاص).

آلیاژهای نزدیک به یوتکتیک با ساختار یوتکتیکی ظریف نسبت به آلیاژهای با جداسازی Si درشت کمتر مستعد حمله موضعی هستند..

مس (مس, معمولاً 1-4 درصد وزنی).

مس استحکام و قابلیت عملیات حرارتی را افزایش می دهد اما بین فلزات غنی از مس را تشکیل می دهد (به عنوان مثال, کدام) که نسبت به α-Al کاتدی هستند.

این مکان های کاتدی انحلال آندی آلومینیوم مجاور را تسریع می کنند, ترویج حفره و تضعیف اثربخشی فیلم غیرفعال.

بنابراین زمانی که مقاومت در برابر خوردگی هدف طراحی باشد، کنترل محتوای مس بسیار مهم است.

منیزیم (Mg, تقریباً 0.1-0.6 درصد وزنی).

Mg در تقویت رسوبات شرکت می کند (Mg2Si) و, در بسیاری از آلیاژهای Al-Si-Mg, به تشکیل یک اکسید مخلوط پایدارتر کمک می کند که می تواند انفعال عمومی را افزایش دهد.

آلیاژهای Al-Si-Mg در مقایسه با آلیاژهای Al-Si-Cu غالباً رفتار آندایزاسیون و مقاومت کلی در برابر خوردگی را نشان می دهند..

ناخالصی ها و عناصر کمیاب (Fe, روی, Sn, و غیره).

حتی غلظت متوسط ​​ناخالصی ها - که اغلب از طریق بازیافت وارد می شوند - می توانند مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهند..

آهن سخت تشکیل می شود, بین فلزات کاتدی که چگالی مکان های کاتدی محلی را افزایش می دهند; مقادیر Fe بالاتر از حد مشخصات معمولی است (برای مثال > ~ 1.0-1.3 درصد وزنی بسته به آلیاژ) با افزایش حفره شدن ارتباط دارد.

ردپای روی و قلع نیز می تواند فیلم غیرفعال را بی ثبات کند و حساسیت حفره ای را افزایش دهد.

در نتیجه, کنترل مواد اولیه و محدودیت های مشخصات ناخالصی ها برای کاربردهای حساس به خوردگی ضروری است.

کوتاه: انتخاب آلیاژ یک فضای تجاری بین الزامات مکانیکی و ریسک الکتروشیمیایی است; کاهش محتوای آلیاژ/ناخالصی کاتدی و استفاده از اصلاح‌کننده‌هایی که مورفولوژی Si را اصلاح می‌کنند، استراتژی‌های موثر در سطح آلیاژ برای بهبود دوام هستند..

ویژگی های ریزساختاری: درایور داخلی

ریزساختار ترکیب و فرآیند را به واقعیت الکتروشیمیایی تبدیل می کند. ویژگی های ریزساختاری کلیدی که خوردگی را کنترل می کنند عبارتند از:

اندازه دانه / SDAS (فاصله بازوهای دندریت ثانویه).

ساختارهای دانه ریزتر و کاهش SDAS - که معمولاً با سرعت خنک‌سازی بالا به دست می‌آیند - عناصر آلیاژی و بین فلزی را به طور یکنواخت‌تر توزیع می‌کنند و مقاومت در برابر شروع چاله را افزایش می‌دهند..
ریخته گری فشار بالا معمولاً SDAS ظریف تری نسبت به فرآیندهای انجماد کندتر تولید می کند, که برای عملکرد خوردگی سودمند است.

مورفولوژی و توزیع فاز بین فلزی.

درشت, آهن خوشه ای- و فازهای غنی از مس یا آگلومراهای بزرگ Mg2Si، محل‌های کاتدی موضعی ایجاد می‌کنند که باعث خوردگی میکروگالوانیکی می‌شود..

پراکندگی یکنواخت مواد بین فلزی کوچک نیروهای محرک گالوانیکی محلی را به حداقل می رساند.

تخلخل و نقص اکسید.

تخلخل گاز, حفره های انقباض و لایه های اکسید حباب شده تداوم پوشش و لایه های غیرفعال را مختل می کنند., به عنوان سایت های شکاف عمل کنید, و هسته های سرپناهی برای گودال ها فراهم می کند; آنها همچنین استرس را متمرکز می کنند.

به حداقل رساندن تخلخل از طریق گاززدایی مذاب, دروازه مناسب, و کنترل فرآیند یک کاهش اولیه برای حمله داخلی و سطحی است.

تنش های پسماند و ریزترک.

تنش‌های پسماند کششی یا متمرکز کننده‌های تنش ناشی از انقباض انجماد می‌توانند مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی و خستگی ناشی از خوردگی را کاهش دهند.; عملیات حرارتی پس از پردازش یا عملیات تنش زدایی می تواند این اثرات را کاهش دهد.

بنابراین کنترل ریزساختار متالورژی و پردازش را به حساسیت الکتروشیمیایی مرتبط می‌کند; مشخصات معیارهای ریزساختاری (SDAS, کسر تخلخل, اندازه / توزیع بین فلزی) یک اهرم مهندسی موثر است.

فرآیند دایکاست: عامل کنترل فرآیند

مسیر تولید هم وضعیت سطح و هم کیفیت داخلی را تعیین می کند:

مدیریت ذوب و تمیزی.

درمان مذاب مناسب, گنجاندن و کنترل هیدروژن تخلخل و به دام افتادن اکسید را کاهش می دهد. محتوای بازیافتی باید طوری مدیریت شود که ناخالصی های مضر را محدود کند.

پارامترهای فرآیند HPDC.

سرعت تزریق, نمایه شات, دمای قالب و دینامیک پر شدن بر سرعت خنک‌سازی و جذب اکسید تأثیر می‌گذارد.

پنجره‌های عملی معمولی که برای رسیدن به تعادل بین قابلیت پر شدن و ریزساختار استفاده می‌شوند، دماهای ریختن در محدوده ~640-680 درجه سانتیگراد و دمای قالب در حدود 200-250 درجه سانتیگراد هستند.;

فشار تزریق معمولاً در محدوده 80 تا 120 مگاپاسکال با زمان نگهداری چند ثانیه قرار دارد. (به عنوان مثال, 5-10 ثانیه), اما تنظیمات بهینه به هندسه و آلیاژ قطعه بستگی دارد.

دروازه ای که به خوبی تنظیم شده است, تهویه و استفاده از کمک خلاء در صورت لزوم تخلخل را کاهش می دهد و یکپارچگی سطح را بهبود می بخشد.

درمان های پس از گچ گیری.

عملیات حرارتی (T4, T5, T6) تغییر توزیع رسوب, تنش‌ها را کاهش می‌دهد و می‌تواند مواد بین‌فلزی را اصلاح کند - که هر یک بر حساسیت به حمله بین دانه‌ای و SCC تأثیر می‌گذارند..

ماشینکاری سطح, سوراخ کردن یا انفجار باید کنترل شود تا از جاسازی آلاینده ها یا ایجاد فلز تازه بدون محافظت رها شود..

بنابراین کنترل فرآیند یک ابزار مستقیم برای بهبود عملکرد خوردگی است: فرآیند بهتر ← ریزساختار ریزتر ← عیوب کمتر ← افزایش انفعال و چسبندگی پوشش.

محیط خدمات: ماشه خارجی

در نهایت, محیط تعیین می کند که کدام مکانیسم های الکتروشیمیایی فعال شوند:

محیط های دریایی.

غلظت کلرید بالا (آب دریا ≈ 3.5 وزنی NaCl), رطوبت بالا و چرخه‌های مرطوب/خشک مکرر، فیلم‌های غیرفعال را بی‌ثبات می‌کنند و به شدت باعث ایجاد حفره می‌شوند., خوردگی شکاف و SCC.

فضاهای صنعتی.

آلاینده هایی مانند SO2 و NO3 رسوب اسیدی خفیف ایجاد می کنند و ترکیب با ذرات می توانند خوردگی عمومی و موضعی را تسریع کنند..

شرایط خدمات خودرو.

قرار گرفتن در معرض نمک جاده, مواد شیمیایی یخ زدایی, پاشش پاشش و دماهای متغیر قسمت های بیرونی و زیر بدن را در معرض قرار گرفتن متناوب با کلرید بالا و اثرات غلظت آب نمک قرار می دهد که گودال را تشدید می کند..

محفظه و محیط های الکترونیکی.

رطوبت بالا با دماهای نسبتاً پایدار می تواند باعث ایجاد خوردگی یکنواخت شود, در حضور آلاینده ها, حمله موضعی به ویژگی ها و مخاطبین خوب.

زیرا شدت محیطی بسیار متفاوت است, راهبردهای حفاظت از خوردگی باید در برابر قرار گرفتن در معرض نماینده انتخاب و تأیید شوند; تست های تسریع شده (اسپری نمکی, تست های خوردگی چرخه ای) و آزمایشات میدانی باید با کلاس خدمات مورد نظر مطابقت داده شود.

5. فن آوری های عملی پیشگیری و کنترل خوردگی برای ریخته گری آلومینیومی

این بخش به بررسی عملی می پردازد, فن آوری های اثبات شده در میدان مورد استفاده برای جلوگیری و کنترل خوردگی اجزای دایکاست آلومینیومی.

برای هر رویکرد من اصل کار را توضیح می دهم, معیارهای عملکرد معمولی, مزایا و محدودیت های عملی, و توصیه هایی برای مشخصات و QA.

آندایز کردن (نوع دوم تزئینی و نوع سوم آندایزینگ سخت)

اصل. تبدیل الکتروشیمیایی آلومینیوم سطح به یک لایه فشرده / متخلخل Al2O3 که به عنوان یک مانع عمل می کند و رنگ ها یا درزگیرها را می پذیرد..
عملکرد معمولی / داده. آندایزینگ سولفوریک تزئینی (نوع II) معمولاً لایه‌های اکسیدی 5 تا 15 میکرومتری تولید می‌کند و - در صورت آب‌بندی مناسب - می‌تواند حدود 96 تا 300 ساعت در آزمایش‌های پاشش نمک ASTM B117 بسته به آلیاژ ارائه کند., تخلخل و کیفیت مهر و موم;
آندایزینگ سخت (نوع III) ضخیم تر تولید می کند, لایه های متراکم تر (اغلب 20-100+ میکرومتر) و زمانی که آب بندی و کنترل فرآیند کافی باشد می تواند از چند صد ساعت در آزمایش تهاجمی تجاوز کند.
مزایا. مقاومت در برابر سایش و سایش خوب (نوع III), گزینه های تکمیل زیبایی شناختی (رنگ آمیزی نوع دوم), فرآیند صنعتی به خوبی درک شده است, چسبندگی عالی برای برخی از روکش های ارگانیک.
محدودیت ها & دام. آلیاژهای ریخته‌گری شده Al-Si دو چالش خاص را ایجاد می‌کنند: (1) ذرات گسسته Si آنودایز نمی شوند, که می تواند باعث ایجاد نواحی فیلم نازک یا ناپیوسته شود, و (2) تخلخل یا اکسیدهای حباب شده در بستر منجر به عیوب موضعی فیلم و شروع خوردگی در صورت عدم کنترل می شود..
بنابراین آندایز کردن در شیمی آلیاژ مؤثرتر است, تخلخل ریخته گری و پیش تصفیه در مشخصات ذکر شده است.
یادداشت های مشخصات. به تمیز کردن/اچ کردن قبل از آنودایز نیاز دارید, حداقل ضخامت اکسید و روش آب بندی را مشخص کنید, و شامل آزمون های پذیرش می شود (به عنوان مثال, اسپری نمکی, لایه برداری/چسبندگی, نقشه برداری تخلخل).

روکش های تبدیل (شیمی کرومات و غیر کرومات)

اصل. درمان شیمیایی که یک نازک را تشکیل می دهد, لایه تبدیل چسبنده روی آلومینیوم برای ایجاد حفاظت فداکارانه و یک آستر با چسبندگی بالا برای پوشش‌های ارگانیک.
عملکرد معمولی / داده. پوشش های تبدیل سه ظرفیتی مدرن می توانند 200 تا 300 ساعت مقاومت در برابر پاشش نمک را به عنوان یک پیش تصفیه برای سیستم های رنگ شده در بسیاری از کاربردهای خودرو/الکترونیک ایجاد کنند.; عملکرد به شدت به آلیاژ بستگی دارد, کلاس پوشش و سیستم پوشش بالایی.
مزایا. چسبندگی رنگ عالی, فیلم نازک (بدون تغییر ابعادی), انطباق با مقررات (با گزینه های سه ظرفیتی یا غیر کروم), مقرون به صرفه و در دسترس است.
محدودیت ها. پوشش های تبدیلی نازک هستند و به عنوان یک مانع بلندمدت مستقل در محیط های کلرید تهاجمی کافی نیستند.; بهتر است از آنها به عنوان بخشی از یک سیستم چند لایه استفاده شود (تبدیل → پرایمر → پوشش رویی).
یادداشت های مشخصات. نیاز به کلاس درمان تبدیلی (به عنوان مثال, کلاس کرومات سه ظرفیتی), چسبندگی و پذیرش نمک پاشی, و تایید سازگاری با سیستم های رنگ/پودر پایین دست.

اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (پئو / اکسیداسیون میکرو قوس)

اصل. دشارژ پلاسما با ولتاژ بالا در یک الکترولیت قلیایی رشد غلیظی می کند, اکسید سرامیک مانند (اکسیدهای Al2O3/Al-Si) به شدت به بستر چسبیده است.
پوشش های PEO معمولا متخلخل هستند، اما می توانند پس از آب بندی یا پس از درمان برای بهبود خواص مانع.
عملکرد معمولی / داده. مطالعات بررسی شده روی آلیاژهای ریختگی Al-Si کاهش زیادی در نرخ خوردگی و بهبود چشمگیر در مقاومت حفره‌ای با پوشش‌های PEO گزارش می‌کنند.;
عملکرد با ضخامت پوشش بهبود می یابد (نمونه: پوشش از ~20 میکرومتر تا >100 میکرومتر به تدریج مقاومت الکتروشیمیایی بهتری ایجاد کرد; برخی از مطالعات کاهش نرخ خوردگی 50-75٪ در مقابل مرجع بدون پوشش را گزارش می دهند).
مزایا. ترکیبی استثنایی از مقاومت در برابر خوردگی و سایش, سختی زیاد, چسبندگی قوی, و پایداری خوب در دمای بالا.
جذاب در جایی که ترکیبی از خواص تریبولوژیکی و ضد خوردگی مورد نیاز است.
محدودیت ها. هزینه فرآیند بالاتر, پیچیدگی تجهیزات, توان عملیاتی محدود برای قطعات بسیار بزرگ یا پیچیده, و حساسیت ریزساختار پوشش به توزیع سی و ناخالصی های آهن بستر (که می تواند رشد پوشش ناهمگن ایجاد کند).
پس از درمان (آب بندی, اشباع پلیمری) اغلب برای بستن تخلخل سطح و بهینه سازی خواص سد خوردگی مورد نیاز است.
یادداشت های مشخصات. خانواده الکترولیت ها را مشخص کنید, معیارهای ضخامت و تخلخل پوشش هدف, آب بندی / پس از درمان مورد نیاز, و تست های پذیرش الکتروشیمیایی (EIS, اسکن های پتانسیودینامیک در 3.5% NaCl).

آبکاری (پشته های Cu/Ni/Cr و جایگزین ها)

اصل. رسوب فلز با احیای الکتروشیمیایی برای ساخت لایه های فلزی تزئینی و محافظ (معمولاً زیر صفحه مس → نیکل → تزئینی/کروم).
مزایا. بادوام, پرداخت تزئینی با عملکرد قابل پیش بینی سایش و خوردگی در صورت استفاده صحیح; می تواند در صورت لزوم تداوم الکتریکی یا محافظ EMI را فراهم کند.
محدودیت ها & دام. چسبندگی و یکپارچگی آبکاری به تخلخل بستر و پیش تصفیه بستگی دارد; تخلخل به دام افتاده می تواند خوردگی زیر لایه ایجاد کند.
جذب هیدروژن در حین آبکاری باید کنترل شود تا از شکنندگی جلوگیری شود. آبکاری روی آلومینیوم دایکاست اغلب به پیش تصفیه های قوی نیاز دارد (چرخه های روی یا دو رویی) برای اطمینان از چسبندگی.
یادداشت های مشخصات. به چرخه روی کنترل شده نیاز دارید, ضخامت زیر صفحه, تست تخلخل/نشت و تسکین هیدروژن/پخت در صورت امکان.

پوشش های ارگانیک: روکش الکترونیکی, آغازگرها, پوشش پودری و سیستم های مانع

اصل. سیستم های آلی چند لایه (پوشش تبدیل → پوشش الکترونیکی / پرایمر → پرایمر / روکش یا تبدیل → پوشش پودری) ضخامت را فراهم می کند, حفاظت از مانع, و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش/آب و هوا.
عملکرد معمولی / داده. روکش های پودری و مایع با کیفیت بالا که بیش از پیش تیمارهای تایید شده استفاده می شوند، معمولاً صدها ساعت در آزمایش نمک پاشیده می شوند. (محدوده معمولی 200 تا 400 ساعت برای سیستم های خوب فرموله شده است), اگرچه عملکرد میدانی به چرخه های نوردهی و آسیب مکانیکی بستگی دارد.
مزایا. پوشش عالی برای هندسه پیچیده, کنترل رنگ/ظاهر, ترمیم, و مقرون به صرفه بودن قطعات با حجم بالا.
محدودیت ها. اگر پیش تصفیه یا تداوم پوشش به خطر بیفتد، مستعد خوردگی زیر لایه است.; آسیب یا سایش محل های آندی موضعی ایجاد می کند.
انتخاب پوشش باید عدم تطابق انبساط حرارتی و چسبندگی به لایه تبدیل/آندی را در نظر بگیرد.
یادداشت های مشخصات. نیاز به پیش تصفیه تبدیل یا آنودایز, حداقل ضخامت فیلم خشک (dft), تست های چسبندگی برش متقاطع / لایه برداری, و پذیرش قرار گرفتن در معرض محیط (CCT, B117, تست های رطوبت).

حفاظت کاتدی, بازدارنده های خوردگی و رویکردهای قربانی

حفاظت کاتدی. برای قطعات دایکاست معمولی نادر است اما برای سازه های غوطه ور در آب دریا یا مجموعه های بزرگ استفاده می شود;
آندهای قربانی یا سیستم‌های جریان تحت تأثیر فقط در موارد خاص معنا دارند, معمولاً تأسیسات در مقیاس بزرگ یا ثابت.
بازدارنده های خوردگی. بازدارنده های فرّار خوردگی (VCI ها) یا فیلم های بازدارنده خوردگی موقت می توانند از قطعات در حین ذخیره سازی و حمل و نقل محافظت کنند; آنها جایگزینی برای پوشش های محافظ طولانی مدت در خدمت نیستند.
پوشش های قربانی. پوشش های فداکاری روی یا منیزیم می توانند در صورت مهندسی مناسب از آلومینیوم محافظت کنند, اما جفت گالوانیکی و نگرانی های ظاهری استفاده از آنها را برای بسیاری از قطعات مصرفی دایکاست محدود می کند.

ترکیبی / استراتژی های ترکیبی

تجربه صنعت و ادبیات این را نشان می دهد سیستم های چند لایه قابل اطمینان ترین عملکرد میدانی را ارائه دهد,

به عنوان مثال می توان به پوشش تبدیلی اشاره کرد + روکش الکترونیکی + روکش برای محوطه های رنگ شده, یا آندایز بهینه شده + درزگیر + روکش برای تزئینات تزئینی, یا PEO + اشباع پلیمری + پوشش رویی برای قطعات سایش / خوردگی.

رویکردهای ترکیبی بهره برداری می کنند هم افزایی: لایه های تبدیل برای چسبندگی, لایه های ضخیم سرامیکی/آندی برای مانع و سایش, و روکش های ارگانیک برای آب بندی و ظاهر محیطی.

6. طراحی, فرآیند, و اهرم های QA

برای کاهش خطر خوردگی در مصرف نهایی, موارد زیر را در اولویت قرار دهید (رتبه بندی شده توسط ROI معمولی):

• انتخاب آلیاژ و شیمی: جایی که عملکرد اجازه می دهد, آلیاژهایی با مس کمتر انتخاب کنید, تعادل آهن و منگنز را کنترل کرد تا کاتدیسیته آهن را جبران کند.
  آلیاژهای ریخته‌گری Al-Si با عملکرد خوردگی بهبود یافته را بررسی کنید (داده های آزمایشگاهی در برخی موارد در مقایسه با A360/A380 تحت آزمایش های خاص، 20 تا 45 درصد بهبود را نشان می دهد.).
• ریزساختار را کنترل کنید: بهینه سازی پارامترهای HPDC برای افزایش سرعت خنک کننده (SDAS را اصلاح کنید), از اصلاح کننده ها استفاده کنید (پدر, فلز مخلوط) برای تغییر مورفولوژی یوتکتیک Si, و از تیمارهای مذاب برای کاهش لایه‌های اکسیدی وارد شده استفاده کنید.
• تخلخل & طراحی: بازبینی دریچه و هواکش برای به حداقل رساندن انقباض و منافذ گاز; از شبیه سازی جریان و نقشه برداری تخلخل واقعی برای گرفتن نقاط داغ استفاده کنید.
• انتخاب زودهنگام درمان سطحی: سیستم سطح را در مرحله طراحی انتخاب کنید (نه در پایان).
  برای آنودایز از فرآیندهای متناسب با آلیاژهای ریخته گری استفاده کنید (آندایزینگ اختصاصی یا سیستم های CastGuard در صورت نیاز); برای محیط های دریایی/خشن, سیستم های PEO یا چند لایه را در نظر بگیرید (تبدیل + پودر).
• مونتاژ & پیوستن به شیوه ها: اجتناب از به دام انداختن الکترولیت ها (تخلیه, سطوح شیب دار), فلزات غیر مشابه را با واشر یا پوشش عایق جدا کنید, و آندهای قربانی یا حفاظت کاتدی را در صورت نیاز در سیستم های دریایی مشخص کنید.
• کنترل کیفیت & معیارهای پذیرش: ادغام EIS, پتانسیل سوراخ شدن, اسپری نمکی (ASTM B117) به علاوه تست های خوردگی حلقوی و بررسی ریزساختار (SDAS, کسر تخلخل) به برنامه های QA تامین کننده.

7. شیوه های صنعت & مطالعات موردی

• بهینه سازی آنودایز. فرآیندهای تجاری آنودایز سازگار با ریزساختارهای ریخته گری در مقایسه با آنودایز استاندارد عملکرد اسپری نمک به طور قابل توجهی بهبود یافته است.,
  با کنترل شکل موج آندایز, شیمی حمام و پیش تصفیه برای به حداقل رساندن لکه های نازک مرتبط با سیلیکون.
  بسیاری از OEM ها از این درمان های اختصاصی برای تزئینات بیرونی خودرو استفاده می کنند که در آن ظاهر آنودایز و دوام لازم است..
• پرداخت های صنعتی چند لایه. تامین کنندگان ریخته گری دایکاست اغلب فهرستی از تکمیل ها را ارائه می دهند (روکش های تبدیل, کرومات ها, پوشش های پودری و مایع, آبکاری) برای برآورده کردن الزامات کلاس خوردگی انتخاب شده است.
• PEO برای قطعات با وظیفه بالا. افزایش پذیرش PEO برای قطعاتی که نیاز به سایش و مقاومت در برابر خوردگی دارند مشاهده می شود, به ویژه در حجم کم, برنامه های کاربردی با ارزش بالا (دریایی, خارج از جاده).
  ادبیات منتشر شده، بهبودهای خوردگی قوی را در مقابل لایه‌های ریخته‌گری لخت نشان می‌دهد.
• پرداخت های صنعتی چند لایه: تامین کنندگان عمده دایکاست مجموعه های محصولات را با ترکیب پوشش های تبدیل ارائه می کنند, روکش های پرایمر/پودر, و گزینه های آبکاری متناسب با کلاس استفاده نهایی (در فضای باز, محفظه الکترونیکی, تزئینات تزئینی).

8. نتیجه گیری

مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم دایکاست یک مشکل تک رشته ای نیست.

موثرترین استراتژی ها ترکیبی از بهینه سازی آلیاژ هستند (مس کاهش یافته است, استفاده از اصلاح کننده ها), کنترل فرآیند (انجماد سریع, تخلخل کاهش یافته), و مهندسی سطح متناسب (انواع آنودایز تنظیم شده برای ریزساختار ریخته گری, روکش های تبدیل, پئو, و سیستم های آلی چند لایه).

بررسی های اخیر پیوندهای ریزساختار-خوردگی را خلاصه می کند و بر پوشش ها و فرآیند به عنوان مسیرهای کاهش عملی تأکید می کند.; PEO و آندایزینگ بهینه‌شده نتایج امیدوارکننده‌ای را در محیط‌های تهاجمی نشان می‌دهند.

با این حال, شکاف در استاندارد باقی می ماند, مطالعات طولانی مدت قرار گرفتن در معرض اتمسفر و در مدل های پیش بینی با کاربرد گسترده که معیارهای ریزساختاری را به هم مرتبط می کنند (کسر تخلخل, SDAS, توزیع بین فلزی) برای پیش بینی طول عمر میدانی.

ادامه همکاری بین توسعه دهندگان آلیاژ, متخصصان سطح و OEM ها این شکاف ها را می بندند.

 

سوالات متداول

آیا می توانم هر قطعه آلومینیومی دایکاست را آندایز کنم و عمر طولانی داشته باشم?

پاسخ کوتاه: قابل اعتماد نیست. ذرات Si و تخلخل در آلیاژهای ریخته گری معمولی باعث ناسازگاری آنودایز استاندارد می شود.

از دستور العمل های آنودایز مخصوص ریخته گری استفاده کنید یا در صورت لزوم آنودایز را با آب بندی و پوشش رویی سازگار جفت کنید..

کدام خانواده آلیاژ بهترین مقاومت در برابر خوردگی را برای قطعات HPDC می دهد?

آلیاژهای Al-Si با محتوای مس کمتر و آهن کنترل شده است, به علاوه اصلاح کننده ها (Sr/فلز مخلوط), عملکرد بهتری داشته باشد.

سری Al-Mg می تواند تشکیل فیلم آنودایز برتر بدهد، اما دارای مبادلات مکانیکی متفاوتی است - بر اساس نیازهای ترکیبی مکانیکی و خوردگی انتخاب کنید..

ریزساختار چقدر اهمیت دارد?

خیلی. SDAS ظریف تر, پراکندگی بین فلزی یکنواخت و تخلخل کم (توسط کنترل های فرآیند به دست می آید) افزایش مقاومت در برابر حفره شدن و افزایش پتانسیل حفره شدن.

سرعت خنک کنندگی بالای HPDC در مقایسه با ریخته گری کندتر برای بسیاری از آلیاژها یک مزیت است.

آیا PEO همیشه بهترین گزینه است؟?

PEO مانع استثنایی می دهد + می پوشند اما گران تر است و ممکن است برای هندسه بزرگ/پیچیده یا الزامات سخت آرایشی مناسب نباشد. از آن در جایی استفاده کنید که مقاومت در برابر سایش/خوردگی ترکیبی هزینه را توجیه کند.