Rozsdásodik az alumínium?

1. Bevezetés

A rövid válasz az nem: az alumínium nem rozsdásodik. A rozsda a vashoz és a vasban gazdag ötvözetekhez, például az acélhoz kapcsolódó korróziós termék.

Alumínium másként viselkedik: ha oxigénnek van kitéve, vékonyat alkot, szorosan tapadó alumínium-oxid fólia, amely lassítja a további támadást, nem pedig a hámlást és a friss fém feltárását.

Ez az oxidfilm a fő oka annak, hogy az alumíniumot széles körben természetes korrózióálló fémnek tekintik.

Ez nem jelenti azt, hogy az alumínium immunis a korrózióval szemben. Ez azt jelenti, hogy a korróziós mechanizmus más.

Az alumínium foltosodhat, gödör, galvanikus támadást szenvednek, és lebomlanak agresszív környezetben; egyszerűen nem képez technikai értelemben vett „rozsdát”..

Az igazi kérdés, majd, nem az, hogy az alumínium rozsdásodik-e, de milyen körülmények között tönkremegy vagy elégtelenné válik védő oxidrétege.

2. Rozsda meghatározása: Kritikus különbség a rozsda és a korrózió között

Mi a rozsda?

A rozsda az ismerős vörösesbarna korróziós termék, amely akkor keletkezik, amikor a vas vagy acél reagál oxigénnel és nedvességgel. Porózus, rosszul tapad, és nem védi az alatta lévő fémet.

Ennek eredményeként, a korrózió tovább terjedhet a rozsdaképződés után. Az alumínium nem termeli ezt a vas-oxid rozsda kémiát. Helyette, felületén gyorsan kialakul egy kompakt alumínium-oxid film.

Korrózió vs. rozsda: szélesebb perspektíva

A korrózió tágabb anyagtudományi fogalom. A fémnek elektrokémiai vagy kémiai reakciók révén történő környezeti lebomlására utal.

Sok mérnöki ötvözet passzív fóliákra támaszkodik a hasznosság szempontjából; amikor azok a filmek helyben tönkremennek, az eredmény lokális korrózió, például lyuk- vagy réskorrózió, nem pedig a szűk értelemben vett rozsda.

Az alumínium oxidációja: nem rozsda, hanem védőpajzs

Az alumínium ellenáll annak a fokozatos oxidációnak, amely az acél rozsdásodását okozza. Exponált felülete oxigénnel egyesül, és csak néhány tízmillió hüvelyk vastagságú inert alumínium-oxid filmet képez..

A film szorosan tapad, átlátszó, és blokkolja a további oxidációt. Ha karcos, gyorsan visszazáródik.

3. Az alumínium oxidációjának tudománya: Mechanizmusok és tulajdonságok

Az oxidációs folyamat: gyors, vékony, és önkorlátozó

Az alumínium nagyon gyorsan oxidálódik, ha levegőnek vagy nedvességnek van kitéve, de a reakció egészen másképpen viselkedik, mint a vaskorrózió.

Frissen kitett alumíniumon, szinte azonnal vékony oxidfilm képződik, és az a film lassítja a további oxigénszállítást a fémfelületre.

A legtöbb hétköznapi környezetben, az eredmény az passziválás, nem látható korrózió a rozsda értelmében.

A natív oxidréteg rendkívül vékony, tapadó, és elég stabil ahhoz, hogy az alumínium természetesen korrózióálló legyen a légköri használat során.

Ez a központi kohászati ​​ok, amiért az alumínium nem rozsdásodik.

A rozsda porózus, nem védő korróziós termék; Az alumínium-oxid egy kompakt zárófólia, amely inkább elnyomja a további reakciót, mintsem ösztönözné azt.

Gyakorlati szempontból, Az alumínium felületi kémiája számos általános körülmény között önvédő, ezért a fémet továbbra is olyan széles körben használják a szállításban, építés, és fogyasztói termékek.

Az alumínium-oxid legfontosabb tulajdonságai (Al₂o₃)

Az alumínium-oxid azért működik olyan jól védőrétegként, mert tulajdonságprofilja alapvetően különbözik a vasrozsdától.

A rozsda általában durva lesz, porózus, és pelyhes, így nem védi hatékonyan az alatta lévő acélt.

Ezzel szemben, az alumínium-oxid kompakt, szorosan tapadnak, és kémiailag stabil a hasznos környezeti ablakon keresztül.

Az alumínium korrózióval kapcsolatos referenciák megjegyzik, hogy a natív oxidfilm stabil nagyjából a pH 4 -hoz 8 hatótávolság, míg az erősebb savak vagy lúgok feloldhatják.

Az alábbiakban egy részletesebb összehasonlítás látható.

Öngyógyító mechanizmus: a kritikus előny

Az alumínium egyik legértékesebb tulajdonsága, hogy az oxidfilm öngyógyító. Ha a felület karcos vagy frissen ki van téve, az oxigén azonnal reakcióba lép az új alumínium felülettel és ismét friss oxidréteg képződik.

Ez nem jelenti azt, hogy az alumínium immunis minden korrózióval szemben, de ez azt jelenti, hogy a kis felületi sérülések általában nem úgy viselkednek, mint a terítés, vasban látható önterjedő korrózió.

Ez az önpassziváló viselkedés a fő oka annak, hogy az alumínium levegőben korrózióálló.

Az oxidfilm természetes állapotában mindössze néhány nanométer vastag, de sok környezetben elegendő a további gyors támadás blokkolásához.

Amikor eloxált, az oxidréteg sokkal vastagabbá és védőbbá válik, Ezért az eloxált alumínium használható ott, ahol a megjelenés és a tartósság egyaránt számít.

4. Amikor az alumínium korrodálódik: Az oxidréteg korlátai

Az oxidréteget lebontó környezeti feltételek

Savas és lúgos környezet

Az alumínium natív oxidja csak mérsékelt pH-tartományon belül stabil. Savas körülmények között, az oxid savas támadás hatására feloldódik; lúgos körülmények között, úgy oldódik, hogy aluminátot képez, például Al(Ó)₄⁻.

Gyakorlati szempontból, erős savak és erős lúgok elboríthatják a védőfóliát, és folyamatosan szabaddá tehetik a friss alumíniumot.

Kloridban gazdag környezet

A kloridok különösen agresszívek, mert megzavarják a passzivációt és elősegítik a film lokális lebomlását.

Egy klasszikus korróziós áttekintés a lyukképződésről kifejti, hogy a lyukképződés akkor következik be, amikor egy passzív védőfólia lebomlik, és hogy a kloridionok általában az érintett kulcsfontosságú agresszív fajok.

A kloridban gazdag környezet ezért az egyik legfontosabb korróziós kockázatot jelenti az alumíniumötvözetek számára.

Magas hőmérsékletű környezet

Magas hőmérsékleten, a natív oxid továbbra is fontos, de a tervezési probléma megváltozik.

Bevonatok, felszíni kezelések, és az ötvözetválasztás jelentősebbé válik, mert a hőhatás felerősítheti az oxidációt és megzavarhatja a felület védelmét.

Alumíniumhoz, A tervezett anódoxid filmeket gyakran éppen azért használják, mert robusztusabb és ellenőrizhetőbb védőréteget biztosítanak, mint a natív fólia önmagában.

Az alumínium korrózió általános típusai – nem rozsda

Gödrös korrózió

A gödrösödés egy lokális feloldódás, amely ott alakul ki, ahol a passzív film lebomlik.

Ez az egyik legfontosabb korróziós mód az alumínium számára, mert mély lehet, lokalizált, és nehéz korán felismerni. A klorid szennyeződés klasszikus kiváltó tényező.

Galvanikus korrózió

Amikor az alumíniumot elektromosan egy nemesebb fémhez kapcsolják nedvesség jelenlétében, az alumínium előnyösen korrodálhat.

Ez ugyanúgy tervezési, mint kémiai probléma: eltérő fém érintkező, beszorult nedvesség, és a rossz elszigeteltség mind növeli a kockázatot.

Réskorrózió

A réskorrózió a védett, zárt zónákban fordul elő, ahol a helyi kémia eltér a nyitott felülettől.

Ez szorosan összefügg a pittinggel, mivel mindkettő a passzív film lebomlásából és a lokális elektrokémiai egyensúlyhiányból ered..

Filiform korrózió

A filiform korrózió véletlenszerűen jelenik meg, korróziós termék nem elágazó fehér alagutak, gyakran bevonatok alatt vagy védetlen fémen.

Általában jobban károsítja a megjelenést, mint az erőt, bár vékony lap perforálható.

Szemcseközi korrózió

Bizonyos alumíniumötvözetcsaládok ki vannak téve a szemcsék közötti támadásnak, ha az ötvözés vagy hőkezelés kedvezőtlen szemcsehatár-csapadékot eredményez.

Klasszikus példa erre a magasabb magnéziumtartalmú kovácsolt ötvözetek, ahol a szinte folyamatos Al₈Mg5 csapadék a szemcsehatárokon növelheti a hámlásra vagy feszültségkorróziós repedésekre való hajlamot.

A rézben gazdag ötvözetek bizonyos körülmények között érzékenyek lehetnek a szemcsék közötti támadásokra is.

Alumínium „fehér rozsda”: téves elnevezés

A „fehér rozsda” tulajdonképpen a cinkhez és a horganyzott acélhoz tartozik, nem alumínium.

Ha az alumíniumon fehér foltok vagy fehér felületi maradványok láthatók, a jelenség általában oxidos foltosodás vagy korróziós termék, nem pedig valódi rozsda.

Más szavakkal, a megjelenés hasonlíthat a „fehér rozsda,” de a kémia más.

5. Alumíniumötvözetek: Hogyan befolyásolja az összetétel a korrózióállóságot

Az alumínium korrózióállóságát nem önmagában az „alumínium” határozza meg. Mérnöki gyakorlatban, az alumínium alkatrész korróziós viselkedése erősen függ attól ötvözet sorozat, indulat, mikroszerkezet, és a környezet.

Kulcsfontosságú ötvözőelemek és korróziós hatásuk

Magnézium (Mg)

A magnézium az alumínium egyik legfontosabb ötvözőeleme, különösen a 5xxx sorozat.

Gyakran kiváló korrózióállósággal társul, különösen tengeri környezetben.

Az ötvözetek, mint pl 5052 és 5083 széles körben használják, mert egyesítik a jó szilárdságot a tengervízzel és a légköri korrózióval szembeni erős ellenállással.

A magnézium segít megőrizni az ötvözet stabil védőoxidos viselkedését, és támogatja a jó teljesítményt kloridtartalmú környezetben. Ezért gyakoriak az 5xxx ötvözetek:

• hajógyártás,
• offshore építmények,
• tengeri hardver,
• nyomó edények,
• és szállítóeszközök.

Viszont, van egy fontos korlát. Amikor a magnéziumtartalom megnő, és az ötvözet tartós húzófeszültségnek van kitéve, kockázata feszültségkorróziós repedés növelheti.

Más szavakkal, A magnézium sok helyen javítja a korrózióállóságot, de csak a megfelelő összetételen és szolgáltatási ablakon belül.

Réz (CU)

A rezet elsősorban a szilárdság növelése érdekében adják hozzá, különösen a 2xxx sorozat mint például 2024 és 2017.

Ezeket az ötvözeteket ott értékelik, ahol a mechanikai teljesítmény kritikus, de a réz általában csökkenti a korrózióállóságot.

Az ok kohászati: a rézben gazdag régiók elektrokémiailag aktív helyszínekké válhatnak, amelyek helyi támadást ösztönöznek. Ennek eredményeként, 2xxx ötvözetek hajlamosabbak:

• szemcseközi korrózió,
• beillesztés,
• és a stressz korrózió repedése.

Emiatt, 2Az xxx ötvözeteket széles körben használják repülőgép- és űrhajózási szerkezetekben, ahol az erősség elengedhetetlen, de gyakran védőkezelést igényelnek, például eloxálást, burkolat, vagy bevonatok az elfogadható tartósság elérése érdekében.

Szilícium (És)

A szilíciumot általában javításra használják önthetőség, különösen a 3xxx és 4xxx családok.

Ezek az ötvözetek általában mérsékelt korrózióállóságot és jó gyártási viselkedést biztosítanak. Széles körben használják őket:

• autóipari alkatrészek,
• főzőedény,
• hőcserélő alkatrészek,
• és öntött termékek, ahol a folyékonyság és a feldolgozhatóság számít.

A szilícium általában nem hozza létre a rézben gazdag ötvözetek korróziós hatását.

Helyette, gyakrabban használják feldolgozási segédanyagként, amely segít szabályozni az öntési viselkedést és a mechanikai reakciót anélkül, hogy súlyosan veszélyeztetné a korróziós teljesítményt.

Cink (Zn)

A cink a fő erősítő elem a 7xxx sorozat, beleértve az olyan ötvözeteket, mint pl 7075 és 7050.

Ezek az elérhető legerősebb alumíniumötvözetek közé tartoznak, de érzékenyebbek a korrózióval kapcsolatos problémákra is, mint a gyengén ötvözött sorozatok.

A nagy szilárdságú 7xxx ötvözetek gyakran gondos temperálást igényelnek, mert érzékenyek lehetnek:

• feszültségkorróziós repedés,
• szemcseközi korrózió,
• és tulajdonvesztés agresszív környezetben.

Emiatt, speciális hőkezelési feltételek, mint például T73, gyakran használják, ha javítani kell a korrózióállóságot, még ha fel is áldoznak némi csúcserőt.

Újra itt, a mérnöki szabály egyértelmű: a maximális szilárdság nem jelenti automatikusan a maximális tartósságot.

Króm (CR) és titán (-Y -az)

A krómot és a titánt általában kis mennyiségben adják hozzá a szemcseszerkezet finomítása és a kohászati ​​​​szabályozás javítása érdekében.

Általában nem ezek a fő erőelemek, de fontos támogató szerepet töltenek be.

Ezek a kisebb kiegészítések segítenek a javításban:

• gabonafinomítás,
• tulajdonság konzisztenciája,
• szilárdsági stabilitás,
• és sok esetben a szilárdság és a korrózióállóság közötti összhang.

Jó példa erre a 6xxx sorozat, mint például 6061 és 6063.

Ezek az ötvözetek magnéziumot és szilíciumot használnak fő erősítő rendszerként, míg a króm és a titán segít finomítani a szerkezetet és támogatja a korrózióállóság hasznos kombinációját, erő, és a megfogalmazhatóság.

Ez az egyik oka annak, hogy a 6xxx ötvözeteket gyakran általános célú mérnöki anyagoknak tekintik.

Korróziós viselkedés az általános alumíniumötvözet-családoknál

6. Védő alumínium: A korrózióállóság fokozása

Eloxálás: megvastagítja az oxidréteget

Az eloxálás az alumínium egyik legfontosabb felületkezelése, mert szándékosan vastagítja és szabályozza az oxidréteget.

Az anódoxid filmek szakirodalma megkülönbözteti a barrier típusú és a porózus típusú filmeket, és megjegyzi, hogy a lezárt porózus fóliák ott használhatók, ahol kiváló korrózióállóság szükséges.

Gyakorlati szempontból, Az eloxálás az alumínium természetes passzív filmjét egy jobban megtervezett védőréteggé alakítja.

Védőbevonatok

A védőbevonatok fizikai akadályként szolgálnak az alumínium és környezete között, megakadályozza a korrozív anyagok fémfelülethez jutását. A gyakori bevonatok közé tartozik:

• Festék és porbevonat: Alkalmazható alumínium felületekre esztétikai és védelmi célokra egyaránt. A porbevonat különösen tartós, kiváló ellenálló képességet biztosít a forgácsolással szemben, elhalványul, és korrózió.
  Viszont, kevésbé hatékony, mint az eloxálás zord környezetben, mivel a bevonatok idővel leválhatnak vagy megrepedhetnek.
• Kémiai konverziós bevonatok: Vékony, tapadó bevonatok (PÉLDÁUL., kromát, foszfát) amelyek védőréteget képeznek az alumíniumon.
  Ezeket a bevonatokat gyakran használják alapozóként a festés előtt, a tapadás és a korrózióállóság fokozása.
• Kerámia bevonatok: Magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz használják (PÉLDÁUL., repülőgép-hajtóművek alkatrészei), a kerámia bevonatok hőállóságot és korrózióvédelmet biztosítanak 500°C feletti hőmérsékleten.

A galvanikus korrózió elkerülése

Az alumínium szerelvényeket úgy kell megtervezni, hogy nedvesség jelenlétében minimálisra csökkentsék az elektromosan kapcsolt érintkezést több nemesfémmel.

Szigetelő alátétek, tömítőanyagok, bevonatok, és a jó vízelvezetés segít csökkenteni a galvántámadást. Vegyes fémszerkezetekben, a tervezési részletek gyakran többet számítanak, mint maga az ötvözet.

Megfelelő karbantartás és tisztítás

A tisztítás fontos, mert lerakódnak, sófilmek, beszorult nedvesség, és a szennyeződés mind megváltoztathatja a helyi kémiát.

Egy tiszta, száraz, és a jól vízelvezető alumínium felületen sokkal kisebb a valószínűsége annak, hogy foltosodás vagy helyi támadás alakul ki, mint azokon a felületeken, amelyek hosszú ideig nedvesek vagy szennyezettek.

7. Következtetés: Az alumínium nem rozsdásodik – de korrodálhat

A „Rosdásodik-e az alumínium??” teljes világossággal: Nem, az alumínium nem rozsdásodik.

Az alumínium nem sérthetetlen. Savas vagy lúgos közegben, kloridban gazdag környezet, hasadékok, galvánpárok, és bizonyos ötvözet/temperációs feltételek, a passzív film lokálisan meghibásodhat és a korrózió előrehaladhat.

Azokban az esetekben, a helyes kérdés nem az, hogy „Miért rozsdásodott el az alumínium?” hanem „Melyik alumínium korróziós mechanizmus van jelen, és hogyan kell irányítani?”

A legpontosabb összefoglaló tehát ez: az alumínium nem rozsdásodik, de korrodálhat – és ennek a különbségnek a megértése a kulcsa a megfelelő használatnak.

 

GYIK

Az alumínium rozsdásodik a vízben?

Nem. Az alumínium vas értelemben nem rozsdásodik. Általában védő oxidfilmet képez, bár vízfoltosság vagy helyi korrózió a környezettől függően továbbra is előfordulhat.

Miért fehéredik néha az alumínium??

A fehér felületi maradék általában oxidos foltosodás vagy korróziós termék, nem igazi rozsda. A „fehér rozsda” kifejezést általában a cinkre használják, nem alumínium.

Az alumínium gyorsabban korrodálhat, ha hozzáér az acélhoz?

Igen. Az eltérő fém érintkezés nedvesség jelenlétében galvanikus korróziót okozhat, különösen, ha az ízület nincs megfelelően izolálva vagy bevonva.

Eloxált alumínium rozsdaálló?

Egyetlen anyag sem teljesen rozsda- vagy korrózióálló. Az eloxálás javítja a korrózióállóságot az oxidréteg megvastagításával és védelmesebbé tételével.