Alumiinin ja sen seosten korroosio. Menetelmät alumiinin torjuntaan ja suojaamiseen korroosiolta

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Vaikka alumiini on ei-rautametalli ja verrattuna tavalliseen teräkseen suhteellisen kallista, ihmiset käyttävät sitä laajasti. Tätä kestävää ja kevyttä materiaalia voidaan käyttää jokapäiväisessä elämässä, rakentamisessa ja tuotannossa. Alumiinin kemiallinen kaava jaksollisessa taulukossa näyttää tältä: Al.

Onko se syöpynyt

Ruostuu alumiini, kuten tiedät, hyvin hitaasti. Rautaa ja terästä ei ainakaan tässä suhteessa voi verrata siihen. Alumiinin korroosionkestävyys selittyy ensisijaisesti sillä, että normaaliolosuhteissa sen pinnalle muodostuu ohut oksidisuojakalvo. Tämän seurauksena alumiinin kemiallinen aktiivisuus vähenee jyrkästi.

Ruosteenkestävyyteen vaikuttavat tekijät

Alumiini kestää korroosiota, mutta joissain tapauksissa se voi silti alkaa hajota melko nopeasti hapettumisen vuoksi. Tämä tapahtuu yleensä, kun kalvo on jostain syystä vaurioitunut tai sitä ei voida muodostaa.

Alumiini menettää useimmiten ulkoisen ohuen suojansa happojen vaikutuksestatai alkaleja. Tavalliset mekaaniset vauriot voivat myös aiheuttaa kalvon tuhoutumisen.

Korroosiotyypit

Kalvon tuhoutumisen jälkeen Al ja sen seokset alkavat ruostua eli tuhoutua itsestään, kuten monet muutkin metallit. Tämä voi altistaa alumiinin ja korroosiolle:

1. Kemia. Tässä tapauksessa ruostumista tapahtuu kaasumaisessa ympäristössä ilman vettä. Tässä tapauksessa alumiinituotteen pinta tuhoutuu tasaisesti koko alueelta.
2. Sähkökemiallinen. Alumiinin korroosio tapahtuu tässä tapauksessa kosteassa ympäristössä.
3. Kaasu. Tämän tyyppistä korroosiota tapahtuu, kun alumiini on suorassa kosketuksessa kemiallisesti aggressiivisen kaasun kanssa.

Alumiinin korroosion (happihapetuksen) yhtälö ilmassa on seuraava: 4AI+3O₂=2AL₂O3_.

Oksidisuojakalvon kemiallinen kaava on AL₂O_3.

Seokset

Korroosionkestävin lajike on tekninen alumiini. Eli lähes puhdasta 90 % metallia. Alumiiniseokset ovat valitettavasti paljon alttiimpia ruostumiselle. Magnesiumepäpuhtauksien uskotaan vähentävän tämän metallin korroosionkestävyyttä vähiten ja kuparin epäpuhtaudet eniten.

Mg-Al-lejeeringit

Tällaisia materiaaleja käytetään laaj alti rakennus-, elintarvike- ja kemianteollisuudessa. Niitä käytetään usein myös koneenrakennuksessa. Uskotaan, että tällaiset materiaalit sopivat hyvin rakenteiden rakentamiseen, alttiina merivedelle.

Jos magnesiumia ei ole enempää kuin 3 % lejeeringin koostumuksesta, sillä on lähes samat korroosionestoominaisuudet kuin teknisellä alumiinilla. Magnesium tällaisessa lejeeringissä on kiinteässä liuoksessa ja Al8Mg5-hiukkasten muodossa tasaisesti jakautuneena koko matriisiin.

Jos seoksessa on yli 3 % tätä metallia, Al8Mg5-hiukkaset alkavat pudota ulos suurimmaksi osaksi ei rakeiden sisällä, vaan niiden rajoja pitkin. Ja tällä puolestaan on erittäin kielteinen vaikutus materiaalin korroosionesto-ominaisuuksiin. Eli tuotteesta tulee paljon vähemmän ruosteenkestävä.

Magnesium- ja piiseokset

Tällaisia materiaaleja käytetään useimmiten suunnittelussa ja rakentamisessa. Mg2Si tekee tämän lajikkeen seoksista erittäin vahvoja. Joskus kupari on myös tällaisten elementtien komponentti. Se lisätään myös seokseen kovettumista varten. Kuitenkin kuparia lisätään tällaisiin materiaaleihin hyvin pieninä määrinä. Muuten alumiiniseoksen korroosionesto-ominaisuudet voivat heikentyä huomattavasti. Kiteiden välinen ruostuminen niissä alkaa jo lisäämällä yli 0,5 % kuparia.

Lisäksi tällaisten materiaalien alttius korroosiolle voi lisääntyä niiden koostumukseen sisältyvän piin määrän perusteettoman lisääntymisen myötä. Tätä ainetta lisätään alumiiniseoksiin, yleensä sellaisissa suhteissa, että Mg2Si:n muodostumisen jälkeen ei jää jäljelle mitään. Pii puhtaassa muodossaan sisältää vain joitakin tämän lajikkeen materiaaleja.

Alumiinin korroosio jasen sinkkiseokset

Al ruostuu, kuten jo mainittiin, hitaammin kuin seokset. Tämä koskee myös Al-Zn-ryhmän materiaaleja. Tällaisilla metalliseoksilla on suuri kysyntä esimerkiksi lentokoneteollisuudessa. Jotkut lajikkeet voivat sisältää kuparia, toiset eivät. Tässä tapauksessa ensimmäisen tyyppiset seokset ovat luonnollisesti korroosionkestävämpiä. Tässä suhteessa Al-Zn-materiaalit ovat verrattavissa magnesiumalumiiniin.

Tämän lajikkeen seokset, joihin on lisätty kuparia, osoittavat merkkejä epävakaudesta ruostumaan. Mutta samalla ne tuhoutuvat korroosion takia, ne ovat silti hitaampia kuin magnesiumilla ja Cu:lla valmistetut.

Peruskeinot ruosteen käsittelyyn

Tietenkin alumiinin ja sen seosten korroosion nopeutta voidaan vähentää myös keinotekoisesti. On vain muutama tapa suojata tällaisia materiaaleja ruosteelta.

Esimerkiksi tämän metallin ja sen seosten kosketus ympäristöön voidaan sulkea pois maalaamalla maalimateriaaleja. Myös sähkökemiallista menetelmää käytetään usein suojaamaan alumiinia ruosteelta. Tässä tapauksessa materiaali peitetään lisäksi kerroksella aktiivisempaa metallia.

Toinen tapa suojata Al:a ruostumiselta on korkeajännitehapetus. Myös jauhemaalaustekniikkaa voidaan käyttää estämään alumiinin korroosiota. Käytetään tietysti sen suojaamiseen ja ruosteenestoaineisiin.

Kuinka hapetus tapahtuu

Tällä tekniikalla alumiini ja sen seokset suojataan usein korroosiolta. Suorittaahapetus 250 V:n jännitteellä. Tätä tekniikkaa käyttämällä metallin tai sen lejeeringin pinnalle muodostuu vahva oksidikalvo.

Virran vaikutus materiaaliin tapahtuu tässä tapauksessa vesijäähdytyksellä. Alhaisissa lämpötiloissa alumiinin pinnalle muodostuu rasituksen vuoksi erittäin vahva ja tiheä kalvo. Jos toimenpide suoritetaan korkeissa lämpötiloissa, se osoittautuu melko löysäksi. Tällaisessa ympäristössä käsitelty alumiini tarvitsee lisäsuojaa kosketukselta ilman kanssa (maalaus).

Tätä tekniikkaa käytettäessä tuotteesta poistetaan ensin rasva oksaalihappoliuoksessa. Alumiini tai metalliseos kastetaan sitten alkaliin. Seuraavaksi metalliin vaikuttaa virta. Jos hapetus suoritettiin viimeisessä vaiheessa riittävän korkeassa lämpötilassa, materiaali värjätään lisäksi upottamalla suolaliuoksiin ja käsitellään sitten höyryllä.

LMB:n käyttäminen

Tätä menetelmää, kuten hapetusta, käytetään suojaamaan alumiinia ruosteelta melko usein. Tällainen materiaali voidaan maalata kuiva-, märkä- tai jauhemenetelmällä. Ensimmäisessä tapauksessa alumiini käsitellään ensin koostumuksella, joka sisältää sinkkiä ja strontiumia. Lisäksi itse LKM levitetään metalliin.

Jauhemenetelmää käytettäessä työpinnan rasva on esipuhdistettu upottamalla emäksisiin tai happoliuoksiin. Lisäksi tuotteeseen levitetään kromaatti-, zirkonium-, fosfaatti- tai titaaniyhdisteitä.

Käytäeristeet

Hyvin usein muista metalleista tulee stimulaattoreita alumiinin ja sen seosten korroosioprosessien alkamiselle. Tämä tapahtuu yleensä tuotteiden tai niiden osien suorassa kosketuksessa. Alumiinin ruostumisen estämiseksi käytetään tässä tapauksessa erityisiä eristeitä. Tällaiset tiivisteet voidaan valmistaa kumista, paroniitista, bitumista. Myös tässä tapauksessa voidaan käyttää lakkoja ja maaleja. Toinen tapa suojata alumiinia korroosiolta joutuessaan kosketuksiin muiden materiaalien kanssa on päällystää sen pinta kadmiumilla.

On erityisen tärkeää varmistaa, että alumiiniosat eri mekanismeissa ja kokoonpanoissa on eristetty suor alta kosketukselta kuparin kanssa. Uskotaan myös, että ei vain AI:sta valmistettuja osia tulisi suojata kosketukselta muiden metallien kanssa. Korroosionkestävyydeltään rauta on paljon huonompi kuin alumiini, kuten esimerkiksi teräs. Siksi tällaiset metallit ja jotkut muut ovat usein suojattuja erityisellä tavalla. Materiaalit on yksinkertaisesti peitetty suojaavalla alumiinikerroksella. Tietysti myös tällaiset tuotteet on suojattava kosketukselta kuparin tai muiden metallien kanssa.