Гальваническая коррозия алюминия

Алюминий и его реакция с водой

Впервые алюминий был получен лишь в начале XIX века. Cделал это физик Ганс Эрстед. Свой эксперимент он проводил с амальгамой калия, хлоридом алюминия и ртутью.

Кстати, название этого серебристого материала произошло от латинского слова «квасцы», потому что именно из них добывается этот элемент.

Квасцы [Wikimedia]

Квасцы – это природные минералы на основе металлов, которые объединяют в своем составе соли серной кислоты.

Раньше алюминий считался драгоценным металлом и стоил на порядок дороже, чем золото. Объяснялось это тем, что металл было довольно сложно отделить от примесей. Так что позволить себе украшения из алюминия могли только богатые и влиятельные люди.

Японское украшение из алюминия [Wikimedia]

Но в 1886 году Чарльз Холл придумал метод по добыче алюминия в промышленном масштабе, что резко удешевило этот металл и позволило применять его в металлургическом производстве. Промышленный метод заключался в электролизе расплава криолита, в котором растворен оксид алюминия.

Алюминий — очень востребованный металл, ведь именно из него изготавливаются многие вещи, которыми человек пользуется в быту.

Применение алюминия

Благодаря ковкости и легкости, а также защищенности от коррозии, алюминий является ценным металлом в современной промышленности. Из алюминия изготавливают не только кухонную посуду — он широко используется в авто- и авиастроительстве.

Также алюминий является одним из самых недорогих и экономичных материалов, так как его можно использовать бесконечно, переплавляя ненужные алюминиевые предметы, например, банки.

Алюминиевые банки

Металлический алюминий безопасен, но его соединения могут оказывать токсическое действие на человека и животных (особенно хлорид, ацетат и сульфат алюминия).

Физические свойства алюминия

Алюминий — достаточно легкий металл серебристого цвета, который может образовывать сплавы с большинством металлов, особенно с медью, магнием и кремнием. Также он весьма пластичен, его без труда можно превратить в тонкую пластинку или же фольгу. Температура плавления алюминия = 660 °C, а температура кипения — 2470 °C.

Химические свойства алюминия

При комнатной температуре металл покрывается прочной пленкой оксида алюминия Al₂O₃, которая защищает его от коррозии.

С окислителями алюминий практически не реагирует из-за защищающей его оксидной пленки. Однако ее можно легко разрушить, чтобы металл проявил активные восстановительные свойства. Разрушить оксидную пленку алюминия можно раствором или расплавом щелочей, кислотами или же с помощью хлорида ртути.

Благодаря восстановительным свойствам алюминий нашел применение в промышленности — для получения других металлов. Этот процесс называется алюмотермией. Такая особенность алюминия заключается во взаимодействии с оксидами других металлов.

Алюмотермическая реакция с участием оксида железа (III) [Wikimedia]

Например, рассмотрим реакцию с оксидом хрома:

Cr₂O₃ + Al = Al₂O₃ + Cr.

Алюминий хорошо вступает в реакцию с простыми веществами. Например, с галогенами (за исключением фтора) алюминий может образовать иодид, хлорид, или бромид алюминия:

2Al + 3Cl₂ → 2Al­Cl₃

С другими неметаллами, такими как фтор, сера, азот, углерод и т.д. алюминий может реагировать только при нагревании.

Также серебристый металл вступает в реакцию и со сложными химическими веществами.Например, с щелочами он образует алюминаты, то есть комплексные соединения, которые активно используются в бумажной и текстильной промышленности. Причем в реакцию вступает как гидроксид алюминия

Al(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]),

так и металлический алюминий или же оксид алюминия:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na[Al(OH)₄] + ЗН₂.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

С агрессивными кислотами (например, с серной и соляной) алюминий реагирует довольно спокойно, без воспламенения.

Если опустить кусочек металла в соляную кислоту, то пойдет медленная реакция — сначала будет растворяться оксидная пленка — но затем она ускорится. Алюминий растворяется в соляной кислоте с выделением водорода. В результате реакции получается хлорид алюминия:

Al₂O₃ + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂O

2Al + 6HCl → 2Al­Cl₃ + 3H₂.

Хлорид алюминия [Wikimedia]

Здесь вы найдете интересные опыты на изучение химических свойств металлов.

Реакция алюминия с водой

Если опустить алюминиевую стружку в обычную воду, ничего не произойдет, потому что алюминий защищен оксидной пленкой, которая не дает этому металлу вступить в реакцию.

Только сняв защитную пленку хлоридом ртути, можно получить результат. Для этого металл нужно вымачивать в растворе хлорида ртути на протяжении двух минут, а затем хорошо его промыть. В результате получится амальгама, сплав ртути и алюминия:

3Hg­CI₂ + 2Al = 2Al­CI₃ + 3Hg

Причем она не удерживается на поверхности металла. Теперь, опустив очищенный металл в воду, можно наблюдать медленную реакцию, которая сопровождается выделением водорода и образованием гидроксида алюминия:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂.

Источник: https://melscience.com/ru/articles/alyuminij-i-ego-reakciya-s-vodoj/

Suzuki Escudo BRUTUS › Бортжурнал › Алюминий на железе – зло? или познавательная коррозия.

С чего обычно начинаются работы по добавлению функционала наших машин? Правильно – с посещения сайтов и форумов, чтобы посмотреть, как другие реализовали подобные идеи, подчерпнуть что-то интересное и не совершать чужих ошибок. Но всегда ли стоит верить тому, что написано на форумах? Чужой опыт не всегда является истиной и редко описывается человеком, достигшим Дзен в данном вопросе. Вспоминаю свои первые посты – такую ерунду писал, да еще и отстаивал свою правоту, да так убедительно. А ведь кто-то может этим воспользоваться. Так же помню читал раньше, где уже не помню, о том, что ни в коем случае нельзя выполнять отделку кузова алюминием. Звучало это приблизительно так: «Ребята, да Вы что, совсем физику не учили?! При контакте алюминия и железа Вы создаете гальваническую пару и у Вас кузов за полгода сгниет весь, растворится! Головой-то надо думать хоть иногда!». Гальваническая пара создается, да, но будет ли таким плачевным результат? Об этом далее. По моей новой профессии отправили меня учится на повышение квалификации в Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, где в течении двух недель кандидаты технических наук рассказывали мне о коррозии металла и как с ней бороться. Эта статья не будет научно-публицистической, дабы не забивать Вам голову, постараюсь все рассказать на примере яблок, образно. Итак, по механизму протекания коррозия делится на химическую и электрохимическую. Химическая коррозия протекает в неэлектролитической среде при высокой температуре. Так как мы рассматриваем кузов автомобиля, то данный тип коррозии не применим. Нас интересует электрохимическая коррозия, электролитом в которой выступает влага. Из курса физики и химии мы все помним, что все металлы имеют кристаллическую решетку, в которой электроны свободно двигаются и называется такая решетка металлосвязью. Эта связь атомов не очень крепкая и ее свойства позволяют активно использовать данные материалы в нашей жизни. Но тот факт, что она не крепкая доставляет нам проблемы. Например, диполи воды (а вода, в силу своего строения, является довольно агрессивной средой) разбивают металлосвязь и наиболее активно это происходит в местах, где количество электронов недостаточно, вытягивая молекулы металла и создавая с ними более стабильное соединение. Эти места являются очагами коррозии. Как же возникают участки металла с малым количеством электронов? Связано это как раз со способностью электронов свободно перемещаться в кристаллической решетке металла. Все металлы имеют естественный потенциал (электростатический), отличный от нуля. Железо в естественных условиях имеет потенциал, равный приблизительно -0,44 Вольта, цинк -0, 76 В, алюминий -1, 67 В, магний -2,3 В. Но даже металл одной природы, например, лист железа, в разных своих частях имеет отличающиеся потенциалы. Незначительно, но отличаются. Это связано с различными причинами, в том числе с механическими напряжениями в структуре металла, различными вкраплениями, острыми краями, заусенцами, царапинами, наклёпами, сварочными швами и т.д. Такие места имеют более отрицательный потенциал по отношению к другим частям и они являются анодными зонами, т.е. анодами (остальные части соответственно являются катодами). При протекании электрохимической коррозии в электролите анод насыщает электронами через проводник катод, тем самым теряя силу молекулярной связи и разрушается под действием агрессивной среды. Вспомните места, где наиболее часто гниет кузов – это сгибы кузова, швы, соединения различных частей и т.д., т.е. в местах, где присутствует влага и есть дополнительные факторы, создающие анодные зоны. Те же полики на наших машинах не гниют равномерно по всей площади. Очаги начинают развиваться в углах и на сгибах. Каждый из Вас может в качестве подтверждения провести один небольшой и не сложный опыт: Возьмите два одинаковых гвоздя. Один из них согните на 90 градусов. Затем обезжирьте оба и не касаясь пальцами (можно брать их бумажкой) положите в раствор поваренной соли (NaCl). Коррозия будет протекать наиболее интенсивно на согнутом гвозде в месте изгиба. На прямом гвозде она будет протекать более равномерно по всей площади и менее интенсивно. Кому доводилось разбирать деревянные постройки, в которых ржавые гвозди, могут вспомнить, что согнутые гвозди в местах сгибов очень легко ломаются и практически все место слома ржавое насквозь. От действия коррозии кузов защищает изоляция, в роли которой выступают краска и грунтовка. Но тут есть один момент – в местах нарушения изоляции коррозия будет развиваться более интенсивно, нежели бы весь металл был голым, без изоляции. Так какое же все-таки влияние оказывает алюминий на железо в местах контакта? Металлы с более отрицательным естественным потенциалом при соприкосновении с железом выступают в роли анода, т.е. защищают металл от коррозии. К таким металлам относятся цинк, алюминий и магний. Т.е. при отделке кузова алюминием при наличии электролита между ними в качестве анода будет выступать алюминий и именно он будет разрушаться. Процесс этот длительный, а при условии, что алюминий редко несет серьезные механические нагрузки – еще и безболезненный. На данном принципе построена протекторная защита металлоконструкций от коррозии, например, нефтепроводов. Конечно, никто Вам гарантий того, что уложив лист алюминия на полик Вы полностью защите кузов от коррозии, здесь не дает. На этот процесс влияет много факторов, в том числе токи, протекающие по кузову от электроприемников, различные агрессивные среды, разлитые масла, химические жидкости и т.д. Но хуже алюминием Вы не сделаете, даже наоборот. Здесь еще стоит отметить, что в местах контакта кузова с металлами, имеющими меньший естественный потенциал по отношению к железу, железо уже не будет катодом, а станет анодом, как следствие процесс коррозии будет протекать более интенсивно. К таким металлам относятся никель, олово, свинец, медь. Серебро и золото тоже, но они думаю у вас в машинах не валяются.

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.

Считается, что алюминий не ржавеет. Но это неправда. Рассказываем, почему

Считается, что алюминий не ржавеет. Но это неправда. Рассказываем, почему.
Есть мнение, что алюминий не ржавеет и не портится на воздухе. Это близко к правде, но не совсем. К атмосферным воздействиям алюминий действительно устойчивее, чем железо. Но и он может корродировать, теряя твердость и внешний вид.

В этой статье расскажем, почему ржавеет алюминий и какие меры принимаются на производстве, чтобы этого избежать.

Почему (не) ржавеет алюминий

Микроструктура алюминия устроена так, что он защищает от коррозии сам себя. Под воздействием контакта с воздухом свободные атомы алюминия на поверхности «цепляют» кислород и образуют пленку из оксида алюминия. Она и препятствует запуску коррозионных процессов.

Структура алюминия

Но оксидная пленка − это не танковая броня. Скорее это кожица, как у яблока. Пока плод спрятан внутри, ему ничего не грозит. Если надкусить яблоко и оставить на тарелке, повреждение быстро начнет темнеть − пойдут те самые окислительные процессы.

Примерно то же самое происходит с алюминием. Пока пленка сохраняет целостность, все в порядке. Но, если ее нарушить, алюминий тоже будет корродировать. Сильнее всего оксидной пленке вредят механические воздействия, кислотные и щелочные соединения в атмосфере.

Самые серьезные разрушители алюминия − фтор, калий и натрий. Они вступают в реакцию с кислородом, как бы вытягивая его из оксидной пленки. Устойчивость материала к коррозии падает. Также для алюминия вредны соединения брома и хлора, растворы извести, цемент. Активно разрушается оксидный слой под воздействием соленого морского воздуха в прибрежных регионах.

Так выглядит ржавчина на старых автомобильных дисках

Так выглядит ржавчина на старых автомобильных дискахТем более, «идеальная» оксидная пленка образуется только в лабораторных условиях с чистым алюминием и беспримесным воздухом. В реальной промышленности обычно используются сплавы на основе алюминия. Да и воздух чаще всего содержит целый букет разнообразных соединений.

Те же автомобильные диски, как правило, делают из сплавов с участием кремния. Кремний делает материал более текучим − это важно при выплавке дисков. Плюс повышает износостойкость изделия.

Антикоррозионные свойства зависят от состава алюминиевого сплава.

Повышение антикоррозионных свойств алюминия

В промышленности для повышения антикоррозионных свойств алюминия применяют анодирование.

Этот метод решает сразу две проблемы:

Разноцветный профиль из анодированного алюминия

При анодировании с поверхности удаляется естественная оксидная пленка и создается новая − значительно толще и прочнее. Естественный оксидный слой обычно не превышает 0,01 мкм.

Анодирование позволяет создать защитное покрытие толщиной до 25 мкм. Это уже не яблочная кожура, а настоящая скорлупа ореха. Повредить ее значительно сложнее.

Поэтому анодированный алюминий значительно долговечнее обычного.

Процесс анодирования алюминия

Есть несколько технологий анодирования. В цехах «Новаметалтрейд» используется следующий подход:

Обезжиривание.

Прокат погружается в ванну с поверхностно-активным веществом, которое удаляет грязь и пятна масел. Этот этап нужен, чтобы качественно подготовить поверхность к следующему.

Травление.

Подготовленный прокат погружается в ванну с щелочным раствором, который разрушает естественную оксидную пленку и верхний слой чистого металла.

Осветление.

В результате травления на поверхности металла остается тонкий слой из окислов элементов, которые входят в состав щелочного раствора. На этой стадии поверхность проката очищается от тяжелых металлов и готовится непосредственно к анодированию.

Анодирование.

Прокат помещается в проводящую среду, и производится анодная поляризация. В результате на поверхности вырастает прочная пористая пленка, которая обеспечивает материалу высокую коррозионную стойкость.

Абсорбционное окрашивание.

Прокат помещается в среду, содержащую красящий пигмент. Пигмент проникает в образовавшиеся поры, придавая поверхности ровный однородный цвет.

Уплотнение.

Это финальный технологический этап. Прокат погружается в кипящую воду и выдерживается там. Под таким воздействием поры надежно закупориваются. Теперь пигмент не вымывается с поверхности под воздействием внешних факторов, а материал надолго сохраняет свой внешний вид.

Автоматизированная линия анодирования алюминиевого проката

В процессе анодирования можно получить покрытия разной толщины.

Анодированный алюминий классов 5 и 10 используется для изделий, рассчитанных на эксплуатацию в помещении.

Классы 15 и 20 используются для архитектурных сооружений.

Высший класс 25 применяется для изделий, который эксплуатируются в особо жестких атмосферных условиях: в прибрежных регионов, вблизи агрессивных сред, в помещениях с загрязненным воздухом (например, в производственных цехах) и т. д.

Подписывайтесь на канал, если хотите знать о металлургии и металлических изделиях еще больше.

«Новаметалл Трейд» — один из ведущих производителей металлопроката и металлических изделий в России. На рынке с 2010 года.

В статье использованы изображения с сервиса Яндекс.Картинки

Основные виды коррозии алюминия

Алюминий и, в разной степени, его сплавы обладают высокой стойкостью к коррозии даже без какого-либо специального защитного покрытия.

Естественное оксидное покрытие

Естественная поверхность алюминия, которая возникает в ходе изготовления алюминиевого изделия, например, прессованием, прокаткой или литьем, имеет высокое сопротивление коррозии в большинстве типов окружающей среды. Это происходит потому, что свежая поверхность алюминия спонтанно и мгновенно образует тонкий, но очень эффективный оксидный слой, который предотвращает дальнейшее окисление металла.

Эта оксидная пленка является непроницаемой и, в отличие от оксидных пленок других металлов, например, железа, очень прочно «прикрепляется» к основному металлу. При каком-либо механическом повреждении эта пленка мгновенно восстанавливается, залечивается.

Естественный оксидный слой и является главной причиной хорошего сопротивления алюминия к коррозии. Это покрытие является стойким в средах с кислотностью – водородным показателем рН – от 4 до 9.

Три главных вида коррозии алюминия

Наиболее частыми видами коррозии алюминия являются:

• гальваническая (контактная) коррозия;
• язвенная (точечная) коррозия;
• щелевая коррозия.

Коррозия под напряжением, которая ведет к образованию трещин, является более специфическим видом коррозии. Она случается в основном в высокопрочных алюминиевых сплавах, например, сплавах AlZnMg, когда они подвергаются длительным растягивающим напряжениям в присутствии коррозионной среды. Этот тип коррозии обычно не происходит в сплавах серии 6ххх, то есть сплавах AlMgSi.

Гальваническая коррозия алюминия

Гальваническая коррозия может случаться тогда, когда два различных металла находятся в непосредственном контакте и между ними образовался электролитический мост. Менее благородный металл в этой комбинации становится анодом и корродирует. Более благородный металл становиться катодом и находится под защитой от коррозии.

В большинстве комбинаций с другими металлами алюминий является менее благородным металлом. Поэтому алюминий подвержен более высокому риску гальванической коррозии, чем другие строительные материалы. Однако, этот риск меньше, чем это обычно считается.

Необходимые условия: контакт и влага

Гальваническая коррозия алюминия происходит только тогда, когда одновременно:

• есть контакт с более благородным металлом (или другим электрическим проводником с более высоким химическим потенциалом, чем у алюминия, например, графитом;
• между двумя металлами находится электролит с хорошей проводимостью, чаще всего, вода с растворенными солями.

Гальваническая коррозия не происходит в сухой воздушной атмосфере, например, внутри нормального жилого помещения. Нет большого риска гальванической коррозии и чистой сельской атмосфере. Вместе с тем, риск гальванической коррозии необходимо всегда принимать в расчет в атмосферах с высоким содержанием хлоридов, например, в районах вблизи морей и океанов.

Алюминий и оцинкованная сталь

Могут быть проблемы с гальванической коррозией и в паре алюминия с оцинкованной сталью. Цинковое покрытие оцинкованной стали будет сначала защищать алюминий от коррозии.

Однако, эта защита снижается, когда поверхность стали начинает обнажаться по мере расходования цинка. Горячее цинкование стали дает большую толщину цинкового покрытия, чем электрохимическое цинкование и обеспечивает более длительную защиту алюминия.

Поэтому в агрессивной атмосфере в контакте с алюминием применяют только оцинкованную сталь горячего цинкования.

Электрическая изоляция

Там, где различные металлы применяются в контакте, гальванической коррозии можно избежать путем электрической изоляции одного металла от другого. Пример такого решения для болтового соединения между алюминиевым и стальным листом приведен на рисунке 1.

Между головкой болта и поверхностью алюминия может возникнуть электролит, но электроизолирующая шайба не даст возможности протекать гальваническому электрическому току и коррозии не произойдет.

С другой стороны в контакте алюминиевого и стального листа отсутствует возможность попадания влаги, электролит не образуется и коррозия не происходит.

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.

Коррозия алюминия и методы его защиты

Алюминий и его сплавы отличаются отличной устойчивостью к разрушениям различного характера. Однако, несмотря на это — коррозия алюминия представляет собой не такое уж и редкое явление. Различные формы коррозии представляют собой основную причину порчи этих материалов. Для борьбы с разрушительными процессами необходимо обязательно понимать факторы, которые являются причиной их появления.

Коррозия алюминия представляет собой реакцию, которая имеет место между металлом и окружающей средой. Этот процесс может иметь как естественное, так и химическое происхождение. Самой распространенной формой разрушения металла можно назвать появление на его поверхности процессов ржавления.

Особенностью всех видов металлов можно назвать их свойство вступать в реакцию с водой и окружающей средой. Отличием для каждого вида металла считается только интенсивность данного процесса. К примеру, у благородных металлов типа золота скорость такой реакции не будет слишком быстрой, а вот железо, в том числе и алюминий, будут реагировать на воздействия такого характера достаточно быстро.

Можно выделить два фактора, которые оказывают непосредственное влияние на интенсивность протекания процесса коррозии. Одним из них можно назвать степень агрессивности окружающей среды, а вторым металлургическую или химическую структуру. Атмосфере, которая нас окружает, всегда характерен определенный уровень влажности. Кроме того, ей характерен определенный уровень загрязнений и отходов.

Если учесть, что свойства атмосферы часто определяются регионом и степенью индустриализации, на сегодняшний день можно выделить:

• сельская местность (малая степень загрязнений и средний уровень влажности);
• приморские области (средняя степень загрязнений и высокий уровень влажности);
• городская местность (средний уровень влажности и средний уровень продуктов распадов жидкого топлива, серы и окислов углерода);
• промышленные и индустриальные зоны (большое количество серы, окислов углеродов и кислот, а также средний уровень влажности)

Для большинства случаев, кислоты неорганического типа, даже при низкой концентрации смогут растворить алюминий. И даже натуральная пленка оксида алюминия не сможет стать достаточной защитой от возникновения коррозийных процессов.

Самыми мощными растворителями можно назвать фтор, калий и натрий. Кроме того, алюминию характерна довольно низкая сопротивляемость к соединениям хлора и брома. Весьма агрессивны к различным сплавам алюминиевых металлов, являются известковые и цементные растворы.

Можно выделить несколько разновидностей проявления коррозии алюминия и его сплавов:

1. Поверхностная. Данный тип разрушения встречается чаще всего и является наименее вредоносным. Его легче всего заметить на поверхности. Это дает возможность своевременно использовать предохранительные средства. Поверхностные разрушения очень часто встречаются на анодированных профилях для строительства.
2. Локальная. Такие разрушения проявляются в виде форм, углублений и пятен. Такой тип коррозии бывает поверхностного и междукристаллического типа. Разрушения такого характера являются особенно опасными, по причине того, что их достаточно сложно обнаружить. Такая коррозия очень часто разрушает именно труднодоступные части конструкций и узлов.
3. Нитеподобная или филигранная. Этот вид разрушения алюминия часто появляется под покрытиями органического типа, а также на граничных поверхностях обработки. Нитеподобная коррозия появляется в ослабленных местах повреждения органического покрытия или краях отверстий;

Довольно часто, естественных антикоррозийных способностей алюминия и его сплавов для защиты от разрушений бывает недостаточно. А длительный период эксплуатации изделий из этих металлов, в обязательном порядке потребует использования дополнительных методов защиты. К самым частым методам протекции металлов от коррозии можно отнести:

• анодирование окисление (исследования немецких специалистов показывают, что данный вид защиты используется на 15% от общего количества производства строительных профилей в мире);
• покрытие поверхности металлов порошковыми составами;
• защита от контакта с другими металлами

Анодирование

Анодированное покрытие представляет собой покрытие, которое создает на поверхности алюминия прочную пленку из оксида алюминия, которая не поддается воздействию агрессивных сред. Такая обработка позволяет создать на поверхности металла такой слой пленки, который просто не оставляет алюминию возможности контактировать с внешней средой и ограждает его от процессов окисления.

Окрашивание алюминиевой продукции

Большую часть производимых изделий предохраняют нанесением слоя красящих веществ. Если красители растворены, то крашение называют мокрым. Если красители сухие, процедуру часто называют порошковым окрашиванием.

Мокрое окрашивание

Нанесение лакокрасочных слоёв возможно после защиты алюминия пассивирующим грунтом, в состав которых входят соединений цинка, стронция. Грунт наносят в две стадии на скрупулезно подготовленную металлическую основу. После полного испарения растворителя из грунтовочной смеси поверхность покрывают изолирующим внешним слоем масляного или глифталевого лака. Существуют функциональные лакокрасочные составы, защищающие от химических реагентов, от бензина, масел. Для получения цветных декоративных конструкций используют молотковые лаки. При некоторых технологиях защиты наносят бакелитовый лак под давлением, чтобы гарантированно заполнить все микропоры. Выбор покрытия обусловлен будущими условиями эксплуатации. Технология нанесения постоянно совершенствуется.

Порошковое окрашивание

Для использования этого метода металл также нужно очистить от слоя жира, других включений. Подготовку проводят погружением в щелочные, слабощелочные (почти нейтральные), кислотные растворы. Для повышения эффективности очистки иногда добавляют смачиватели.

Следующей стадией подготовки некоторых алюминиевых конструкций является формирование конверсионного слоя обработкой хроматными, фосфатными составами. Иногда используют циркониевые, титановые соединения. Необходимость этого этапа определяется специфическими особенностями изделия. Это вопрос компетенции технологов. Выполнение каждого этапа обработки чередуется с обязательным промыванием и сушкой материала.

Затем наносят полимер, выполняющий защитную функцию. Широко используют полиэфиры. Они образуют плотный слой, стойкий к химическому, механическому, термическому воздействию. Покрытия из полимеризованного уретана обладают большей твердостью. Применяют также эпоксидные, полиэфирно-эпоксидные, акриловые порошки – краски. Они формируют поверхность любого заданного цвета, структуры, способностью отражать световые лучи. Красящий порошок наносят электростатическим или трибостатическим методом.

Электростатически частицы пигмента в воздухе (флюиды) заряжают действием электродов. Трибостатически крупинки краски заряжаются благодаря силе трения, продуцируемой специальным пистолетом. Процесс реализуют в камерах. Неиспользованный порошок собирается, возвращается в исходное место. Стадия завершается полимеризацией при высокой температуре.

Оба вида окрашивания алюминия позволяют получать цвета, соответствующие международным стандартам. Некоторые производственные требования обуславливают необходимость последовательного сочетания двух методов: анодного оксидирования и окрашивания. Количество, суть используемых методов определяются специалистами.

Коррозия алюминия

Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия — 660 °C.

Плотность алюминия — 2,6989 г/см3 (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:

4Al + 3O2 → 2Al2O3.

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:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑.

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:

2Al + 3H2SO4(разб) → Al2(SO4)3 + 3H2↑.

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

2Al + 6H2SO4(конц) → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.

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:

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑.

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:

Al + 6HNO3(конц) → Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O.

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.

Почему морская вода так опасна для металла

По статистике, металлические изделия в море портятся намного быстрее, чем в стандартных условиях на открытом воздухе.

Катализатором становится 3 особенности жидкости:

• Большое количество кислорода. Как известно, именно он запускает окисление, которое и понимается под коррозией. Уровень содержания кислорода – до 8 мг на один литр.
• Электропроводность. Морская вода выступает как хороший электролит. В некоторых морях ее электропроводность составляет 3х10-2 Ом-1 см-1.
• Особый состав. Химики давно установили, что в жидкости присутствует весь набор веществ, делающих ее опасной для металла – от сульфатов натрия и солей кальция до хлоридов.

Коррозия в морской воде протекает быстрее, потому что у нее есть выраженное депассивирующее действие. Если на поверхности начинает формироваться защитная пассивная пленка, вода быстро разрушает ее.

Все что попадает в море начинает разрушаться. Убедитесь в этом, если посмотрите на состояния днищ кораблей, погруженных металлоконструкций, трубопроводов, проложенных по дну.

То же относится и к металлическим изделиям, которые периодически соприкасаются с агрессивной средой, к примеру, при охлаждении.