Ржавеет ли алюминий

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.

Выделяют два основных фактора, которые влияют на интенсивность коррозийного процесса:

• степень агрессивности воздействующей окружающей среды – влажность, загрязненность, задымленность;
• химическая структура.

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:

• Поверхностная – наиболее распространенная, приносит наименьший вред, легко заметна и быстро поддается устранению.
• Локальная – разрушения наблюдаются в виде углублений и пятен. Опасный вид коррозии в силу своей незаметности. Встречается в труднодоступных частях и узлах металлических конструкций.
• Нитеподобная, филигрань – наблюдается под покрытиями из органики, на ослабленных местах поверхности.

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.

Способы борьбы с коррозией

Защита от коррозии производится несколькими способами:

• Механическое лакокрасочное защитное покрытие.
• Электрохимическая защита – покрытие более активными металлами;
• Покрытие алюминия порошковыми составами, так называемый процесс аллюминирования;
• Высоковольтное анодирование;
• Химическое оксидирование;
• Применение ингибиторов коррозии.

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.

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:

• пониженная температура образует плотную пленку яркого цвета;
• повышенная – формирует рыхлую пленку, требующую дальнейшей окраски.

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.

Рекомендуем прочитать:

Коррозия алюминия: как защитить от электрохимического ржавения в морской воде или остановить ее скорость, чем покрыть металл и его стойкость

Климатические факторы и степень загрязненности атмосферы действуют совместно.

Например, повешенная загрязненность воздуха может снижать критическую величину относительной влажности воздуха, при которой начинает развиваться коррозия.

Параметры атмосферной коррозии

Сопротивление алюминия и его сплавов атмосферной коррозии зависит:

от климатических условий, в которых они находятся:

• влажности;
• продолжительности и интенсивности дождей;
• температуры;
• количества солнечных дней в году;

от степени загрязнения воздуха, то есть концентрации:

• диоксида серы (SO2);
• оксидов азота (NOx);
• количества и химического состава пыли.

Эти факторы могут также давать противоположные результаты: дождь повышает влажность воздуха, но также смывает пыль и продукты коррозии, что может снижать скорость коррозии

Относительная влажность

Скорость атмосферной коррозии зависит от относительной влажности воздуха, а не просто от количества или интенсивности дождей в данной местности. Дождь является одним, но не единственным фактором, от которого зависит относительная влажность воздуха.

Уровень относительной влажности – это отношение между фактическим давлением водяного пара и максимальным давлением водяного пара при данной температуре. Это отношение выражается в процентах.

При нормальной комнатной температуре воздух считается:

• сухим, если относительная влажность составляет не более 30 %;
• нормальным, если относительная влажность находится в пределах от 50 до 60 %;
• влажным, если относительная влажность выше 80 %;
• насыщенным влагой, если относительная влажность около 100 %.

В пустынях и засушливых зонах уровень относительной влажности редко превышает 10-20 %, тогда как в умеренном климате он находится в основном между 40 и 60 %. Во время ливня она может достигать 90-95 %, а во время тропических дождей приближаться к 100 % [2].

Точка росы

Точкой росы называется температура, при которой будет начинаться конденсация влаги. Для данного уровня относительной влажности это та температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы он стал насыщенным влагой, и началось ее выпадение на ближайших поверхностях.

Длительность увлажнения и сульфатный электролит

Коррозия металлов на открытом воздухе зависит от так называемой длительности увлажнения и химического состава поверхностных электролитов.

Длительностью увлажнения называется период, в течение которого на поверхности металла достаточно влаги для возникновения коррозии.

Длительность увлажнения обычно определяют, как время, в течение которого относительная влажность воздуха превышает 80 % и, в тоже время, температура на поверхности металла составляет выше 0 ºС. При этих условиях на поверхности металла может возникать конденсация влаги.

Критическая относительная влажность

Атмосферная коррозия металлов, в том числе, алюминия, происходит в тонких пленках влаги, которые расположены на поверхности металла.  Существует критический порог относительной влажности, ниже которого алюминий и его сплавы не подвергаются коррозии.

Это происходит потому, что при недостаточной влажности не хватает влаги, чтобы создать непрерывную электролитическую пленку на поверхности металла.

Нет сульфатов — нет коррозии

В нормальных сельских районах и в атмосферах с умеренной степенью загрязненности сульфатами, стойкость алюминия к воздействию окружающей среды очень высокая. В атмосфере с высоким содержанием сульфатов и высокой влажностью на алюминиевых изделиях может возникать точечная (язвенная) коррозия. В таких условиях алюминий может потребовать коррозионной защиты.

Хлориды

Присутствие в воздухе солей (особенно хлоридов) снижает долговечность алюминия, но в меньшей степени, чем для большинства других строительных материалов.

Максимальная глубина ямок коррозии составляет обычно только незначительную часть толщины алюминиевой детали.

В отличие от углеродистой стали прочностные свойства алюминиевых деталей, подвергшихся коррозии, остаются практически неизменными.

Коррозия алюминия в почве

Коррозионное поведение алюминия в почве – это очень важный практический вопрос. Электрические и телекоммуникационные кабели, водопроводные  и газовые распределительные сети, а также основания дорожных знаков, уличных фонарей и различных дорожных конструкций – все это очень часто изготавливают из алюминия и алюминиевых сплавов.

Кислотность-щелочность почвы

Оценка сопротивления коррозии металлов, и в том числе алюминия, в контакте с почвами, является очень сложной.

Почва характеризуется величиной рН, которая тесно связана с видом и содержанием растворенных в ней солей, количеством диоксида углерода (CO2), а также возможным загрязнением промышленными и бытовыми сточными водами.

Электрическое сопротивление почвы

Коррозионная агрессивность почвы связана с ее удельным электрическим сопротивлением, которое зависит не только от состава почвы, но содержания воды и концентрации неорганических солей.

Формы коррозии алюминия в почвах

Незащищенный алюминий в почве может проявлять следующие формы коррозии [2]:

• точечная коррозия;
• гальваническая коррозия (в контакте с другими металлами);
• коррозия от блуждающих токов.

Защита алюминия в почве

Для алюминия, который работает в почве, чаще всего применяют коррозионную защиту в виде битумного покрытия, а также катодную защиту.

Физическая химия воды

Вода является сильным растворителем, который способен растворять:

• многие неорганические и органические соединения,
• жидкости, если они являются полярными и содержат гидроксильную группу;
• газы.

Поэтому любая вода имеет переменное содержание:

• неорганических солей;
• растворенных газов;
• твердых веществ в виде суспензии и
• органических веществ.

Однако не все эти растворенные элементы влияют на коррозию алюминия. Основное влияние на коррозию алюминия оказывают растворенные в воде:

• хлориды;
• ионы тяжелых металлов.

Влияние концентрации хлоридов

Обще признано, что среди всех анионов хлоридные ионы имеют самую высокую способность проникать в естественную оксидную пленку на поверхности алюминия.  Это происходит потому, что эти ионы очень маленькие и очень мобильные.

Известно, что хлориды, а также фториды, бромиды и иодиды относятся к анионам, которые активируют коррозию алюминия в воде, тогда как сульфаты,  нитраты и фосфаты меньше активируют такую коррозию (рисунок 5) или вообще ее не активируют.

Особенность хлоридов заключается в том, что они могут заменять атомы кислорода в оксидной пленке алюминия. Это приводит к ослаблению стойкости оксидной пленки к коррозии.

Точечная коррозия

В естественной пресной воде и водопроводной воде алюминий может подвергаться язвенной (точечной) коррозии. Однако, при регулярной чистке и сушке риск серьезной коррозии очень мал.

Алюминиевые кастрюли, котелки и сковородки, а также солдатские алюминиевые миски, ложки и кружки служили верой-правдой десятилетиями без каких-либо признаков коррозии.

Вероятность коррозии повышается, если вода стоячая, а алюминий находится влажным в течение длительных периодов.

Влияние меди

Присутствие в алюминиевых сплавах меди значительно снижает их коррозионную стойкость. Такие сплавы применяют только при условии их надежной коррозионной защиты.

Хлориды в морской воде

Обычно морская вода содержит около 35 г/л растворенных неорганических солей, из которых хлориды составляют около 19 %. С этим связана повышенная коррозионная активность морской воды.

Величина pH морской воды

Величина pH морской воды вблизи поверхности морей и океанов является очень стабильной и составляет около 8,2.  Эта величина pH находится внутри интервала стабильности естественной оксидной пленки. Это объясняет хорошую стойкость к коррозии алюминия в морской воде.

Алюминиевые сплавы для морской воды

В морской воде особенно высокую долговечность проявляют алюминиево-магниевые сплавы (AlMg) с содержанием магния не более 2,5 %. Из этих  сплавов изготавливают корпуса судов и другие несущие конструкции. Для палубных надстроек вполне хватает коррозионной стойкости алюминиевых сплавов серии 6ххх (сплавы AlMgSi).

Алюминий в контакте с бетоном

Применение алюминия в строительной отрасли заставляет его вступать в контакт с большинством материалов, которые применяются в строительстве: бетоном, гипсом, полимерами и т. п.

Воздействие бетона

Алюминий хорошо противостоит воздействию бетона и цементного раствора, не смотря на их высокие щелочные свойства с величиной pH около 12.

Когда бетон начинает схватываться, всегда происходит незначительное протравливание алюминия глубиной не более 30 мкм. Это воздействие, однако, замедляется через несколько дней контакта.

Аналогично бетон воздействует на алюминиевые литые детали. Это повышает адгезию между этими материалами. После того, как бетон затвердеет (высохнет), коррозии обычно уже не происходит. Однако там, где влага накапливается и сохраняется, может развиваться коррозия. Увеличенный объем продуктов коррозии может вызвать в бетоне образование трещин.

Защита алюминия от воздействия бетона

Поэтому брызги влажных щелочных строительных материалов, например, раствора и бетона, оставляют поверхностные, но хорошо видимые пятна на алюминиевых поверхностях. Поскольку эти пятна трудно удалить, то видимые алюминиевые поверхности должны быть защищены, например, на строительных площадках.

Алюминий ржавеет или нет

Если сплавы железа ржавеют относительно быстро, то при нормальных условиях алюминий практически не разрушается. На его поверхности появляется защитная пленка из оксида алюминия. Она имеет тонкий слой примерно 5−10 мм, но обладает высокой прочностью. Этот слой не позволяет влаге, воздуху разрушать структуру металла.

Как только нарушается целостность оксидной пленки, металл корродирует. Причинами повреждения защитного слоя может являться взаимодействие с кислотами, растворителями и щелочами, механическое воздействие (например, силы трения).

В промышленных районах и в городской среде оксидная пленка нарушается за счет продуктов распада топлива, взаимодействия с серой и с окислами углерода.

Интенсивно растворяют пассирующий слой такие элементы, как фтор, хлор, натрий, и соединения брома. Строительные растворы с добавлением цемента также приводят к быстрой порче металла. Морская вода также вызывает интенсивное разрушение чистого алюминия, поэтому на практике используют сплав с медью и марганцем, получивший название дюралюминия.

Гальванические пары способны вызывать электрохимическую коррозию. В местах соединений двух разнородных металлов ржавчина выступает наиболее заметно. При этом коррозии подвергается только один металл, а второй выступает в роли источника. Поэтому не рекомендуют использовать алюминиевые кузова при контакте с железом.

Какие факторы могут замедлить процесс?

Существует ряд факторов, которые замедляют процессы коррозии алюминия, а некоторые из них останавливают подобное явление. Выделяют следующие:

1. Чтобы свойства алюминия, препятствующие коррозии, сохранялись, необходимо поддерживать кислотно-щелочной баланс. Диапазон должен составлять от шести до восьми единиц.
2. Считается, что чистый металл, без примесей, лучше противостоит агрессивной среде. Учеными были проведены эксперименты. По результатам можно сказать, сплавы чистого алюминия (90%) подвержены коррозии больше, чем сплав, содержащий 99% этого вещества. У первого варианта коррозия наступает в 80 раз быстрее, чем у второго сплава.
3. Чтобы в агрессивной среде металл дольше не терял свои свойства, его обрабатывают специальной краской. Можно использовать полимерный состав. После обработки появляется дополнительный защитный слой.
4. Если добавить в сплав при производстве 3% марганца, то появится возможность избежать коррозии алюминия.

Штамповка и чеканка

Самой дешёвой является продукция из штампованного алюминия. Методика подразумевает использование готовых листов – из них путём механического воздействия штампуются заготовки, деформация вызывает нужную форму изделия. В ходе производства металл может быть утолщён, этот способ распространён при выпуске посуды.

Штамповка посредством чеканки сводится к выдавливанию заготовки из цельного листа алюминия. Структура металла в результате меняется, детали могут потерять форму в ходе нагревания. Технология очень проста и не требует больших затрат, что и обуславливает низкую себестоимость продукции (преимущественно это посуда).

Применение алюминия в строительстве

Лёгкость, коррозионная прочность и устойчивость от знакопеременных нагрузок издавна привлекали внимание к алюминию авиаконструкторов и учёных космической отрасли.

Дюралевый прокат: что из себя представляет и где необходим

Изделия из алюминиевых сплавов находят широкое применение в строительстве лёгких, износостойких конструкций, при изготовлении приборов, бытовых и художественных предметов, в пищевой промышленности.

Применение алюминия в строительстве домов

Материал, который в наши дни очень часто применяется в строительстве – это алюминий. Такой материал обладает высокой пластичностью, имеет сравнительно длительный срок службы, устойчив к коррозии, легок, многофункционален и практичен.

Почему посуду так часто делают из алюминия?

Изготавливать посуду из алюминия начали только в прошлом веке. Но она быстро завоевала популярность, так как алюминий дешев, не подвержен коррозии — не ржавеет, легок, обладает высокой теплопроводностью. Не удивительно, что сегодня из алюминия изготавливают практически все основные виды посуды, от вилок до скороварок.

Посуда из алюминия бывает штампованной и литой. Первая — дешевле. Вторая — надежнее.

Устойчивость к коррозии определяет пленка, которая образуется на поверхности посуды при взаимодействии с кислородом. Металл специально оксикодируется при изготовлении изделий из него, чтобы сделать эту пленку толще. Впрочем, сейчас при производстве посуды чаще используют сплавы алюминия либо делают посуду с различными типами покрытия.

Сковороды различных типов: что вам нужно знать об их особенностях

Cтатьи

• 2019 Май 23 Простота в уходе. Сравнительная оценка кухонной посуды из разных материалов
• 2019 Мар 21 Тест. Сковороды из углеродистой стали без покрытия. Force Blue и Mineral B от De Buyer
• 2018 Окт 24 Сковорода без покрытия. Обзор розничных предложений
• 2018 Авг 27 Линия посуды из нержавеющей стали Master House “Grigio”: толстое дно, хорошая сталь, расширенная функциональность
• 2018 Июл 30 Чем дешевая посуда из нержавеющей стали отличается от более дорогой
• 2018 Июл 03 Тест. Крышка для кастрюли: стекло vs нержавеющая сталь
• 2018 Май 29 Тест. Недорогие кастрюли до 1000 рублей. Нержавеющая сталь vs эмалированная сталь
• 2018 Фев 28 “ВРЕМЯ GO ТОВИТЬ” с VARI!
• 2018 Фев 21 Компания “АТ-холдинг” расширяет ассортимент изделий из нержавеющей стали «TimA»
• 2018 Фев 08 Тест. Сковороды для блинов без покрытия

подробнее

Вред алюминия для человека

Вокруг алюминия в последнее время витает много противоречивой информации. Одни твердят, что, накапливаясь в организме, он разрушает нервную систему, другие, что он вызывает болезнь Альцгеймера. Однако имеет ли это отношение к алюминиевой посуде?

Алюминий и вправду токсичен для человека в больших количествах. Опасным для здоровья считается попадание в организм более 50 мг этого металла за сутки. Чем же так не угодила посуда? СМИ распространили информацию, что этот серебристо-белый металл:

• уничтожает нервные клетки;
• приводит к болезни Альцгеймера;
• разрушает мозг и ухудшает его деятельность;
• способствует росту новообразований;
• приводит к дисфункции почек;
• ухудшает обмен витаминов и минералов;
• тормозит выработку гемоглобина.

В 70-х годах прошлого столетия в Канаде проводились опыты, нацеленные обнаружить причину возникновения болезни Альцгеймера. Исследователи начали бить тревогу, так как у всех больных этим недугом выявили повышенное содержание алюминия в сравнении со здоровым человеком.

Однако учёные так и не смогли установить связь между этим фактом и этиологией возникновения этого тяжёлого заболевания. Природа сенильной деменции этого типа так и не выявлена по сей день, но одно известно наверняка – алюминиевая посуда никак не способствует проявлению этого заболевания.

От чего окисляется алюминий

Как и любой другой металл, алюминий подвергается коррозии, одним из проявлений которой является ржавчина. В отличие от стали, на которой коррозия оставляет характерные следы, алюминий ржавеет иначе. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, гибкостью, нетоксичностью, серебристым цветом, благодаря чему его используют во многих отраслях промышленности и в домашнем хозяйстве.

19 сентября 2016

Ржавеет ли аллюминий: причины

Если сплавы железа ржавеют относительно быстро, то при нормальных условиях алюминий практически не разрушается. На его поверхности появляется защитная пленка из оксида алюминия. Она имеет тонкий слой примерно 5−10 мм, но обладает высокой прочностью. Этот слой не позволяет влаге, воздуху разрушать структуру металла.

Как только нарушается целостность оксидной пленки, металл корродирует. Причинами повреждения защитного слоя может являться взаимодействие с кислотами, растворителями и щелочами, механическое воздействие (например, силы трения).

В промышленных районах и в городской среде оксидная пленка нарушается за счет продуктов распада топлива, взаимодействия с серой и с окислами углерода.

Интенсивно растворяют пассирующий слой такие элементы, как фтор, хлор, натрий, и соединения брома. Строительные растворы с добавлением цемента также приводят к быстрой порче металла. Морская вода также вызывает интенсивное разрушение чистого алюминия, поэтому на практике используют сплав с медью и марганцем, получивший название дюралюминия.

Гальванические пары способны вызывать электрохимическую коррозию. В местах соединений двух разнородных металлов ржавчина выступает наиболее заметно. При этом коррозии подвергается только один металл, а второй выступает в роли источника. Поэтому не рекомендуют использовать алюминиевые кузова при контакте с железом.

Почему алюминий не ржавеет?

Следующие факторы замедляют и даже полностью приостанавливают процесс порчи металла:

1. Для сохранения антикоррозионных свойств алюминия значение имеет кислотно-щелочной баланс (pH) в диапазоне от 6 до 8 единиц.

2. Металл без примесей лучше справляется с агрессивной средой. Согласно экспериментам, сплав, состоящий на 90% из чистого алюминия, в 80 раз быстрее подвергается коррозии, чем сплав, который состоит на 99% чистого металла.

4. Предотвратить появление ржавчины помогает добавление марганца на 3% в процессе производства алюминия.

Степень окисления алюминия характеризует валентность химического элемента, отражает его способность образовывать соединения. Это свойство учитывается при разведке месторождений руд, богатых на ценный компонент, технологии их обогащения, очистки от примесей второстепенных соединений и применении в разных отраслях производства.

Физические и химические параметры элемента

Алюминий — химический элемент с атомным номером 13, представляющий собой металл серебристо-белого цвета. Его название происходит от латинского слова alumen — квасцы. Практически во всех соединениях химический элемент проявляет валентность 3.

• Кристаллизация химического элемента происходит в кубической гранецентрированной решетке. Металл может окисляться при комнатной температуре. При этом его поверхность покрывается тонкой оксидной пленкой, выполняющей защитную функцию.
• Температура плавления химически чистого алюминия 660 °C, кипения — 2450 °C. Плотность металла при нормальных условиях составляет 2,6989 г/см3.
• На воздухе алюминий окисляется с образованием тонкой пленки, которая препятствует дальнейшему реагированию с металлом. Такое защитное соединение формируется, если поместить алюминий в концентрат азотной кислоты.
• Металл активно взаимодействует с соляной кислотой. При реакции со щелочами сначала разрушается защитный оксидированный слой, а затем происходит реакция с образованием алюминатов натрия, калия (в зависимости от вида щелочного соединения).
• При нагревании химический элемент реагирует с бромом и хлором. При взаимодействии с серой образуется сульфид алюминия, который легко растворяется в воде. С водородом металл реагирует косвенно путем искусственного синтеза органических соединений. В результате образуется сильнейший восстановитель — полимерный гидрид алюминия.
• При сжигании порошкообразного металла на воздухе образуется тугоплавкий порошок оксида химического элемента, соединение которого обладает высокой прочностью. Это свойство используется для восстановления металлов из их окислов.
• В лабораторных условиях соединения алюминия, содержащие гидроксильную группу OH, можно получить в результате обменных реакций или за счет добавления в раствор соды или аммиака. Соединение алюминия оседает на дно в виде гелеобразного осадка.

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.

Анодированное покрытие различных цветов профилей из алюминия

При соприкосновении с другими металлами, алюминий и его сплавы могут составлять гальваническую пару.

Такое соприкосновение часто становится причиной коррозии.

Для того, чтоб избежать возникновения таких процессов необходимо использовать на изделиях из этого металла крепежи, которые изготовлены только из нержавеющей и оцинкованной стали.

Полимерные покрытия

Одним из самых действенных способов антикоррозийной защиты конструкций из алюминия и его сплавов считается покрытие поверхностей при помощи различных красок и полимерных составов.

Постоянный рост спроса на изделия и металла и огромная цветовая изделия из этого материала, является причиной того, что техника и методы нанесения таких покрытий постоянно улучшаются и становятся более совершенными с технологической стороны.

Современные материалы, при помощи которых на алюминий наносится защитное покрытие, состоят из растворителей, красителей и вяжущих материалов. Краски, в которых отсутствует растворитель, называют порошковыми, а те, в составе которых, все-таки, есть растворитель, называются мокрыми красками.

Способы окрашивания, которые используют современные производители можно подразделить на:

• покрытие «на мокрую поверхность» выполняется посредством использования двухкомпонентной краски с отвердителем, которая в технической информации к материалу часто носит название краска DD и PUR-Lack.
• покрытия порошкового типа, наносится методом обычного напыления на один слой или насухо.

Можно отметить, что сам по себе алюминий обладает отличными характеристиками устойчивости к процессу коррозии. Но при контакте с электричеством или другими металлами, все-таки подвергается различным разрушительным процессам.

Лучшими способами защиты этого металла и его сплавов считается анодирование и нанесение порошкового покрытия.

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.

Рисунок 1 – Электрическая изоляция алюминия от стали

Разрыв электролитической цепи

В больших конструкциях, там, где применение электроизоляции затруднительно, применяют альтернативное решение – предотвращение электролитического мостика между двумя металлами. Окраска поверхности – это один из путей сделать это. Чаще всего лучшим вариантом является окраска поверхности катода, то есть более благородного металла.

Катодная защита

Катодная защита от коррозии может достигаться двумя путями. Чаще всего – это установка анода из менее благородного металла в прямом металлическом контакте с алюминием. Этот менее благородный металл «жертвует» собой, то есть корродирует вместо алюминия. Поэтому его называют жертвенным анодом.

Чтобы такой жертвенный анод работал, он должен быть в жидком контакте с защищаемой алюминиевой поверхностью. Для защиты алюминия в качестве жертвенных анодов чаще всего применяют цинк и магний. Пример катодной защиты показан на рисунке 2.

Другим путем получения катодной защиты является подсоединение алюминиевого объекта к отрицательному полюсу выпрямителя тока.

Рисунок 2 – Катодная защита алюминиевого винта судна

Язвенная коррозия алюминия

Для алюминия именно язвенная коррозия является наиболее частым видом коррозии. Она также случается только в присутствии электролита (воды или влаги), который содержит растворенные соли, обычно хлориды.

Эта коррозия обычно выглядит как очень маленькие ямки, которые на открытом воздухе достигают максимальной глубины незначительной части толщины металла. Глубина этих ямок может быть больше в воде и почве.

Предотвращение язвенной коррозии

Язвенная коррозия является в основном вопросом эстетическим, потому что, в практическом смысле, никогда не снижает прочности алюминиевых изделий.

Проявление язвенной коррозии, конечно, бывает более серьезным на алюминии с естественной поверхностью, то есть поверхностью без какой-либо защитной обработки. Защитная обработка поверхности алюминия (анодирование, окраска или другие методы нанесения покрытий) успешно защищает его от язвенной коррозии.

Для предотвращения язвенной коррозии применяют также катодную защиту (см. выше).

Конструирование дренажа

Очень важно проектировать алюминиевые профили и другие алюминиевые изделия так, что они имели возможность дренажа осадков и быстрого высыхания поверхности. Профили, которые могут подвергаться воздействию влаги, не должны иметь углов или карманов, в которых скапливается вода. Каждый профиль, в котором может скапливаться вода, должен иметь дренажные отверстия (рисунок 3).

Рисунок 3 – Конструктивный дренаж в алюминиевых профилях

Эффективный дренаж (рисунок 4) и вентилирование «мокрых» алюминиевых профилей значительно снижает риск появления на них язвенной коррозии.

Рисунок 4 – Дренажные отверстия в алюминиевом профиле

Сущность щелевой коррозии

Щелевая коррозия может возникать в узких, наполненных жидкостью щелях. Возникновение такой коррозии в алюминиевых профилях маловероятно.

Однако, значительная щелевая коррозия может возникать в морской атмосфере или на наружной поверхности кузовов транспортных средств.

В ходе транспортирования и хранения алюминиевых профилей иногда может собираться вода в щелях между смежными алюминиевыми поверхностями, которая вызывает поверхностную коррозию в виде «водяных пятен» (рисунок 4).

Рисунок 5 – Сущность щелевой коррозии

Источником этой воды является дождь или конденсация влаги. Эта вода по капиллярному механизму буквально засасывается в пространство между двумя металлическими поверхностями.

Конденсация влаги может возникать тогда, когда холодный материал помещают в теплое помещение.

Разность между ночной и дневной температурами может также вызывать конденсацию, когда алюминий хранится снаружи под плотным тентом, который препятствует вентиляции.

Предотвращение щелевой коррозии

На соединяемые поверхности наносят герметики или двухсторонний скотч. Это предотвращает попадание в зазор между ними воды и предотвращает возникновение щелевой коррозии.

В некоторых случаях вместо соединения на заклепках и винтах применяют клеевое соединение. Это также противодействует образованию щелевой коррозии.

Рисунок 6 – Герметизация соединения предотвращает щелевую коррозию

См. продолжение: Когда и как защищать алюминий от коррозии