Чем остановить окисление алюминия

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:

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:

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.

Коррозия алюминия и его сплавов. Методы борьбы и защиты алюминия от коррозии

Хотя алюминий является цветным металлом и, в сравнении с обычной сталью, стоит относительно дорого, используется он человеком достаточно широко. Применяться этот прочный и легкий материал может в быту, в строительстве, на производстве. Химическая формула алюминия в таблице Менделеева выглядит так: Al.

Подвержен ли коррозии

Ржавеет алюминий, как известно, очень медленно. По крайней мере, железо и сталь с ним в этом плане сравниться не могут. Объясняется стойкость алюминия к коррозии прежде всего с тем, что при обычных условиях на его поверхности образуется тонкая оксидная защитная пленка. В результате химическая активность алюминия резко снижается.

Факторы, влияющие на устойчивость к ржавлению

К коррозии алюминий устойчив, но в некоторых случаях он все же может начать довольно-таки быстро разрушаться из-за окисления. Происходит это обычно при повреждении по каким-либо причинам пленки или невозможности ее образования.

Чаще всего внешней тонкой защиты алюминий лишается под воздействием кислот или щелочей. Также причиной разрушения пленки могут стать и обычные механические повреждения.

Сплавы

Самой устойчивой к коррозии разновидностью является технический алюминий. То есть практически чистый 90% металл. Сплавы алюминия, к сожалению, ржавлению подвержены гораздо больше. При этом считается, что меньше всего коррозийную устойчивость этого металла снижают примеси магния, а больше всего — меди.

Сплавы Mg-Al

Такие материалы широко используются в строительстве, пищевой и химической промышленности. Также их очень часто применяют в машиностроении. Считается, что неплохо подобные материалы подходят и для возведения сооружений, подвергающихся воздействию морской воды.

В том случае, если магния в состав сплава входит не более 3%, антикоррозийные свойства он будет иметь практически такие же, как и технический алюминий. Магний в таком сплаве находится в твердом растворе и в виде частиц Al8Mg5, равномерно распределенных по всей матрице.

Если этого металла в сплаве содержится больше 3%, частицы Al8Mg5 начинают выпадать по большей мере не внутри зерен, а по их границам. А это, в свою очередь, крайне негативно сказывается на антикоррозийных свойствах материала. То есть изделие становится гораздо менее устойчивым к ржавлению.

Сплавы с магнием и кремнием

Такие материалы чаще всего применяются в машиностроении и в строительстве. Mg2Si делают сплавы этой разновидности очень прочными. Иногда составляющим подобных элементов является и медь. Ее также вводят в сплав для упрочения.

Однако добавляют медь в такие материалы в очень небольших количествах. Иначе антикоррозийные свойства алюминиевого сплава могут сильно понизиться. Межкристаллическое ржавление в них начинается уже при добавлении свыше 0.5% меди.

Также склонность к коррозии у таких материалов может возрастать при неоправданном увеличении количества входящего в их состав кремния. Это вещество добавляют в алюминиевые сплавы обычно в таких пропорциях, чтобы после образования Mg2Si не оставалось ничего лишнего. Кремний в чистом виде содержат лишь некоторые материалы этой разновидности.

Коррозия алюминия и его сплавов с цинком

Ржавеет Al, как уже упоминалось, медленнее, чем его сплавы. Касается это в том числе и материалов группы Al-Zn. Такие сплавы очень востребованы, к примеру, в самолетостроении. Некоторые их разновидности могут содержать медь, другие нет. При этом первый тип сплавов, конечно же, является к коррозии более устойчивым. В этом плане материалы Al-Zn сравнимы с магниево-алюминиевыми.

Сплавы этой разновидности с добавлением меди проявляют признаки некоторой неустойчивости к ржавлению. Но при этом разрушаются из-за коррозии они все же медленнее, чем изготовленные с использованием магния и Cu.

Основные способы борьбы с ржавлением

Конечно же, снизить скорость коррозии алюминия и его сплавов можно в том числе и искусственным путем. Способов защиты таких материалов от ржавления существует всего несколько.

К примеру, исключить контакт этого металла и его сплавов с окружающей средой можно путем окрашивания ЛКМ. Также для защиты алюминия от ржавления часто применяется электрохимический способ. В этом случае материал дополнительно покрывается слоем более активного металла.

Еще один способ защиты Al от ржавления — это высоковольтное оксидирование. Также для предотвращения коррозии алюминия может использоваться методика порошкового окрашивания. Применяют для его защиты, конечно же, и ингибиторы ржавления.

Как производится оксидирование

С использованием такой методики алюминий и его сплавы от коррозии защищают достаточно часто. Выполняют оксидирование под напряжением в 250 В. При применении такой методики на поверхности металла или его сплава образуется прочная оксидная пленка.

Воздействие на материал током в данном случае производится с использованием водяного охлаждения.

При низких температурах из-за напряжения пленка на поверхности алюминия образуется очень прочная и плотная. Если же процедура производится при высоких температурах, она получается достаточно рыхлой.

Обработанный в такой среде алюминий нуждается в дополнительной защите от контакта с воздухом (окрашивании).

Изделие при использовании такой технологии сначала обезжиривают в растворе щавелевой кислоты. Затем алюминий или сплав опускают в щелочь. Далее, на металл воздействуют током. На заключительном этапе, если оксидирование проводилось при достаточно высокой температуре, материал дополнительно окрашивают с погружением в растворы солей, а затем обрабатывают паром.

Использование ЛКМ

Этот способ, как и оксидирование, применяется для защиты алюминия от ржавления достаточно часто. Окрашиваться такой материал может по сухой, влажной методике или порошковым способом. В первом случае алюминий сначала обрабатывают составом, содержащим цинк и стронций. Далее, на металл наносят собственно сам ЛКМ.

При использовании порошкового способа рабочую поверхность предварительно обезжиривают путем погружения в щелочные или кислотные растворы. Далее, на изделие наносятся хроматные, циркониевые, фосфатные или титановые соединения.

Использование изоляторов

Очень часто стимуляторами начала коррозийных процессов в алюминии и его сплавах становятся другие металлы. Так происходит обычно при прямом контакте изделий или их частей.

Чтобы предотвратить ржавление алюминия, в этом случае используются специальные изоляторы. Изготавливаться такие прокладки могут из резины, паронита, битума. Также в данном случае могут использовать лаки и краски.

Еще одним способом защитить алюминий от коррозии при контакте с другими материалами является покрытие его поверхности кадмием.

В особенности важно обеспечить изоляцию алюминиевых деталей в разного рода механизмах и узлах от прямого соприкосновения с медью. Также считается, что защищать от контакта с другими металлами следует не только собственно детали, изготовленные из Al.

В плане устойчивости к коррозии железо алюминию, как и сталь, к примеру, сильно уступает. Поэтому такие металлы и некоторые другие часто защищают особым образом. Материалы просто покрывают защитным алюминиевым слоем.

От контакта с медью или другими металлами, конечно же, нужно беречь и такие изделия.

Анодное оксидирование алюминия

Реакцию образования экранирующего слоя можно проводить электрохимически. Процесс реализуют поэтапно.

Подготовка к анодированию. Изделие очищают от жирового налета погружением в раствор щавелевой кислоты. Затем промывают водой, окунают в раствор щёлочи для удаления слоя оксидов, неравномерно образовавшегося ранее.

Материал погружают в электролитический раствор сульфатной (серной) кислоты строго обозначенной плотности. В международной литературе эту кислоту называют дигидрогенсульфатом.

Алюминиевый объект подключают к положительному полюсу источника электроэнергии. Поэтому процесс называют анодным. Катод сделан из свинца. Через рабочий раствор начинают пропускать ток определенной плотности при указанном напряжении.

Огромное значение на плотность и цвет оксидного покрытия оказывает температура раствора.

Пониженная температура способствует образованию плотной пленки красивого насыщенного цвета. Повышенная температура приводит к формированию рыхлой бесцветной пленки, требующей последующего окрашивания. Охлаждение рабочей ванны – процесс энергоемкий. Решение о режиме проведения оксидирование принимают, основываясь на полученное техническое задание.

Для получения дополнительного окрашивания конструкцию можно погружать в подобранные растворы солей. Сформировавшееся покрытие в большем или меньшем количестве содержит поры. Для их закупоривания алюминиевый материал подвергают действию паров или кипящих растворов воды.

Завершает обработку просушивание материала, его упаковка.

В некоторых технологиях в качестве рабочего электролита используют вместо серной кислоты хромовокислый или щавелевокислый растворы. Согласно статистике в мире таким методом защищают меньшую часть алюминиевых конструкций.

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.

Нивелирование влияния соседствующих материалов

Стимулировать коррозию алюминия могут металлы, материалы, находящиеся рядом. Для предотвращения этого эффекта рядом с алюминиевыми конструкциями позволительно нахождение только нержавеющей или оцинкованной стали.

Могут предотвратить контакт прокладки из резины, паронита, битума. Алюминиевые конструкции не должны соприкасаться с бетоном, кирпичом, камнем, деревом. Для защиты рекомендован лак, любые другие изолирующие материалы.

Способы борьбы с коррозией

Защита от коррозии производится несколькими способами:

Защита алюминия от коррозии (видео)

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.

Коррозионная стойкость алюминия

Окись алюминия создает защитный слой, толщина которого составляет 20—100Å, который химически инертен. Чистый алюминий, с поверхностью, очищенной от защитной пленки, реагирует с водой, выделяя при этом водород и создавая оксидную пленку на поверхности.

Таким образом, при контакте с окислителями, поверхность алюминия пассивируется. По сути, кислород, содержащийся в воздухе или растворенный в воде, повышает коррозионную стойкость алюминия, которая, в свою очередь, в значительной степени зависит от содержания примесей других металлов.

Известно, что при контакте двух металлов, в среде электролита, образуется гальваническая пара, где анодом становится более активный металл, а катодом — менее активный. В результате электрохимической реакции происходит разрушение структуры анода. Большая часть примесей (железо, свинец, медь и т.д.

) играют по отношению к алюминию роль катода, способствуя его разрушению. По этой причине чистый алюминий имеет более высокую стойкость к коррозии, чем технический, который, в свою очередь, более стоек к коррозии, чем сплавы алюминия с другими металлами.

Так же стойкость алюминия к коррозии зависит от характеристик внешней среды и от реакций, вызываемых этой средой.

Рис.2. Механизм образования оксидной пленки на алюминии

Заключение

Алюминий имеет высокую стойкость к коррозии, однако, при контакте с другими металлами или при воздействии электрического тока подвержен коррозии. Мерами по защите алюминиевых светопрозрачных конструкций от коррозии являются нанесение порошкового покрытия или анодирование, а так же использование нержавеющего или оцинкованного крепежа и элементов конструкции.

: Молоко с цементом для защиты бочек от ржавчины: изучаем суть

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:

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.

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:

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.

Источник