Сколько существует видов коррозии алюминия? 

Виды коррозии алюминия

1. атмосферная коррозия

Наиболее распространенная форма коррозии алюминия. Атмосферная коррозия алюминия возникает в результате воздействия природных элементов. Из-за вероятности возникновения в большинстве мест атмосферная коррозия составляет наибольшую долю от общего ущерба, наносимого алюминию всеми видами коррозии вместе взятыми в мире.

Атмосферную коррозию можно разделить на три подкатегории. Это сухая, влажная и мокрая, в зависимости от уровня влажности рабочей среды.

• сухая коррозия(Влажность <30%): происходит только медленное химическое окисление;
• смачивание коррозия(Влажность 30%-60%): локальная гальваническая коррозия, инициированная тонкой жидкой пленкой;
• гальваническая коррозия(Влажность > 60%): толстая пленка жидкости ускоряет миграцию ионов, и скорость коррозии значительно возрастает.

Поскольку уровень влажности может сильно варьироваться в зависимости от местоположения, в некоторых районах коррозия будет проявляться сильнее, чем в других.

Другими факторами окружающей среды, влияющими на степень атмосферной коррозии, являются изменения направления ветра, температуры и осадков. Концентрация и тип загрязняющих веществ в воздухе, а также близость к крупным водоемам также играют важную роль.

2. Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия, также известная как коррозия разнородных металлов, поражает алюминий, когда он физически или через электролит соединен с благородным металлом. Благородным металлом может быть любой металл, обладающий меньшей реакционной способностью по сравнению с алюминием.

Реакционная способность металла зависит от его положения в электрохимическом ряду. Если другой металл в электрохимическом ряду находится дальше от алюминия, интенсивность коррозии будет выше.

Коррозионная стойкость наиболее высока в месте соединения двух металлов и снижается по мере удаления от этой границы.

Например, если алюминий и латунь находятся в контакте друг с другом или даже рядом друг с другом и помещены в морскую воду, образуется первичная ячейка. Алюминиевая часть будет корродировать, поскольку она выступает в качестве анода (положительного полюса).

Это может стать проблемой на лодках, где латунные фитинги могут находиться рядом с алюминиевыми фитингами, погруженными в морскую воду. Электроны перетекают из алюминия в латунь через морскую воду.

Этот тип первичных элементов может случайно образоваться и вызвать коррозию гальванической связи в других условиях эксплуатации. Гальваническая коррозия происходит гораздо быстрее, чем обычная атмосферная коррозия.

• Разница потенциалов > 0,2 Впроисходило в значительной степени в это время, а скорость коррозии положительно коррелировала с соотношением площади катода и анода;
• Типичный сценарий: алюминиевые компоненты и латунные фитинги на корабле проходят через морскую воду, при этом алюминий в качестве анода корродирует до 0,5 мм в год, что в 20 раз лучше, чем в изолированном состоянии;
• Стратегия защиты: изолируйте разнородные металлы с помощью изолирующих прокладок или анодируйте алюминиевую поверхность.

3. питтинг

Питтинг - это явление поверхностной коррозии, характеризующееся появлением небольших отверстий (ям) на поверхности алюминиевого металла. Обычно эти ямки не влияют на прочность изделия. Напротив, это эстетическая проблема, но она может привести к поломке, если внешний вид поверхности имеет решающее значение.

Питтинговая коррозия обычно возникает в местах, где в атмосфере присутствуют соли, так как за нее отвечает наличие хлорид-анионов. Сульфаты также в определенной степени вызывают точечную коррозию. Хуже всего питтинговая коррозия проявляется в присутствии щелочных и кислых солей.

условие срабатывания::

• Концентрация хлорид-иона (Cl-) > 0,5 моль/л;
• Наличие включений или дефектов границ зерен на поверхности;
• Потенциал сплава выше, чем потенциал локального пробоя (>0,4 В по сравнению с SCE).
  Механизм выдвижения::
• Гидролиз Al³⁺ в порах травления приводит к образованию кислоты (pH до 2-3), а обогащение Cl- образует автокаталитический цикл;
• Скорость роста глубины отверстия может достигать 0,1 мм/месяц, а отношение глубины к ширине часто составляет >10:1.

Для возникновения питтинга потенциал сплава должен быть выше потенциала электролита (солевого раствора). Наличие поверхностных дефектов на границах зерен и частиц второй фазы является предвестником питтинга.

4. щелевая коррозия

Щелевая коррозия - это форма локального коррозионного процесса в материалах. Наложение материалов друг на друга или непреднамеренные ошибки в конструкции могут привести к образованию щелей. В результате скопление морской воды в этих карманах может привести к щелевой коррозии.

Даже небольшого зазора между болтом и конструкцией достаточно, чтобы началась коррозия такого типа. Со временем алюминий, содержащийся в материале, растворяется и выпадает в осадок в морской воде. Этот ионный алюминий поглощает кислород из окружающего воздуха и гидроксид-ионы из электролита, образуя гидроксид алюминия.

Геометрически ограниченные участки (например, фланцевые швы, зазоры между заклепками) образуют окклюзионные ячейки из-за различий в диффузии кислорода:

• начальная стадия: Растворение алюминия происходит под действием разницы в концентрации кислорода внутри и снаружи зазора (Al→Al³⁺+3e-);
• период развития: Гидролиз Al³⁺ приводит к снижению pH и миграции Cl- в концентрацию;
• плато: поддерживает сильно коррозионную микросреду при pH ≈ 2, причем наибольшая опасность возникает при ширине зазора 0,1-0,5 мм.

В присутствии хлоридов это восстановление кислорода делает щели кислыми, что ускоряет скорость коррозии.

5. межкристаллитная коррозия

Для алюминия границы зерен электрохимически отличаются от микроструктуры сплава. Это приводит к созданию электрохимического потенциала и обмену электронами между ними.

Существует несколько разновидностей межкристаллитной коррозии в зависимости от термохимической обработки и структуры металла. В различных серияхалюминийОна также встречается в разной степени. Например, сплавы серии 6xxx относительно нечувствительны к этому типу алюминиевой коррозии.

Анодная дорожка варьируется в разных системах сплавов. В сплавах серии 2xxx он выглядит как узкая полоса по обе стороны от границы зерна, а в сплавах серии 5xxx - как непрерывная дорожка вдоль границы зерна.

Явление преимущественного растворения по границам зерен обусловлено неоднородностью ткани:

• Факультет 2xxxОсаждение CuAl₂ на границах зерен приводит к образованию бедной медью зоны (анода);
• Факультет 5xxx: Селективное деаллоидирование, инициированное непрерывной β-фазой (Mg₂Al₃);
• защищатьОбработка старением по Т6 уменьшает глубину зернограничной коррозии на 80%.

Как и питтинг, межкристаллитная коррозия начинается с питтинга. Однако она быстрее распространяется по чувствительным границам зерен.

6. коррозия с отслаиванием

Коррозия сколов - это особый вид межкристаллитной коррозии, встречающийся в алюминиевых сплавах с ярко выраженной ориентированной структурой. Это особенно заметно на алюминиевых изделиях, подвергшихся процессу горячей или холодной прокатки.

Она возникает по удлиненным границам зерен в микроструктуре. Термин "скол" происходит от того, что продукты коррозии значительно увеличиваются в размерах и создают впечатление, что они поднимаются с поверхности материала.

Этот вид коррозии алюминия распространяется выше поверхности и создает напряжения в изделии. В свою очередь, это приводит к первоначальному расклиниванию на поверхности, а затем к миграции в тело изделия. Происходит сильное расслоение, и материал ослабевает. Может произойти разрушение поверхности, такое как точечная коррозия, сколы и волдыри.

Серии 2xxx, 5xxx и 7xxx более подвержены коррозии отшелушивания из-за высокоориентированной зернистой структуры. Это делает границы зерен более чувствительными к межкристаллитной коррозии. Ламинарная коррозия листового проката из-за анизотропной организации:

Ускоренный тест с раствором EXCO в течение 48 часов имитирует естественный уровень коррозии в течение 10 лет.

Объемное расширение продуктов коррозии (увеличение объема Al → Al(OH)₃ в 6,3 раза) вызывает межслойные напряжения (>100 МПа) в параллельном направлении прокатки;

Восприимчивость к отшелушивающей коррозии можно изменить путем перераспределения осадков с помощью методов термообработки.

7. Общая коррозия

Когда коррозия происходит почти равномерно на поверхности алюминиевого изделия, речь идет о равномерной или полной коррозии.

Эта коррозия возникает, когда изделия часто подвергаются воздействию сильнокислой или щелочной среды. Она также может возникать при наличии высоких электрохимических потенциалов, когда изделие находится в электролите. Типичным примером является ржавление алюминиевых листов в кислых растворах.

Равномерная коррозия является результатом непрерывного движения анодных и катодных областей в контакте с электролитом и проявляется в виде равномерного коррозионного воздействия на поверхность.

Оксидный слой также нестабилен в растворах с высоким и низким pH и не защищает металл, находящийся под ним. Толщина материала уменьшается и в конце концов полностью растворяется.

Атаки не совсем последовательны, есть пики и долины. Здесь нет небольших участков глубокой коррозии, достаточных для того, чтобы назвать это общим примером коррозии.

Пассивирующая пленка полностью растворяется в среде сильных кислот (pH 9):

• скорость коррозии: >1,2 мм/год при pH 9;
• Концентрированная азотная кислота (65%) снижает скорость до 0,001 мм/год за счет сильной пассивации.

8. осадочная коррозия

Осадочная коррозия возникает, когда разнородные металлы осаждаются на алюминиевой поверхности, что приводит к сильной локальной коррозии.

Представьте себе воду, текущую по медной трубе. Когда вода течет по трубе, она поглощает ионы меди. Теперь эти ионы меди находятся в растворе. Когда этот раствор вступает в контакт с алюминиевой поверхностью или контейнером, он осаждает на ней эти ионы меди.

Теперь эти ионы образуют тонкую протоячейку, и если ион занимает низкое место в электрохимическом ряду или ряду протоячеек, он будет корродировать алюминий, образуя питтинг. Чем больше разница между алюминием и электрически связанными с ним осажденными ионами, тем сильнее коррозия.

Известно, что даже растворы ионов меди в концентрации 1 ppm вызывают сильную коррозию алюминиевых поверхностей.

Металлы, которые могут вызывать коррозию алюминиевых отложений, известны как "тяжелые металлы". К важным тяжелым металлам относятся медь, ртуть, олово, никель и свинец.

Пассивирующая пленка полностью растворяется в среде сильных кислот (pH 9):

• скорость коррозии: >1,2 мм/год при pH 9;
• Концентрированная азотная кислота (65%) снижает скорость до 0,001 мм/год за счет сильной пассивации.

Коррозия, вызванная этим методом, более выражена в кислых растворах по сравнению со щелочными. Это связано с низкой растворимостью этих ионов в щелочных растворах.

9. Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC)

Коррозионное растрескивание под напряжением (далее - КРН) - это форма межкристаллитной коррозии, которая может привести к полному разрушению алюминиевых деталей.

Для возникновения этой коррозии необходимо соблюдение трех условий. Чувствительные сплавы - первые из них. Не все алюминиевые сплавы одинаково восприимчивы к SCC. Сплавы с высоким пределом текучести более восприимчивы к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Второе условие - среда, в которой он будет использоваться, должна быть влажной или сырой. Третье условие - наличие растягивающего напряжения в материале. Это растягивающее напряжение является причиной распространения трещины и ее распространения по металлу.

триптих: Чувствительные сплавы (например, 7075-T6), растягивающее напряжение (> предела текучести 30%), агрессивные среды (раствор Cl):

• Тип трещины: вдоль зерна (IGSCC) или через зерно (TGSCC);
• Критический коэффициент интенсивности напряжений (KISCC) может быть снижен до 30% от обычной прочности.

Существует два типа процессов SCC. Первый - межзеренное коррозионное растрескивание под напряжением (МРКРН), при котором трещины распространяются по границам зерен. Второй - сквозное коррозионное растрескивание под напряжением (TGSCC), при котором трещины распространяются по зернам, а не по границам зерен.

10. Эрозионная коррозия

Эрозионная коррозия алюминия вызывается воздействием высокоскоростных водяных струй на алюминиевый корпус.

Два фактора, которые усиливают эрозию-коррозию, - это скорость потока воды и ее pH. Наличие в воде карбонатов и кремнезема еще больше увеличивает скорость коррозии.

В чистой воде коррозия алюминия происходит медленно. Однако эта скорость возрастает, когда pH превышает 9. В кислой воде коррозия происходит еще быстрее.

Гидродинамика и химическая коррозия в синергии:

• высокая скорость(>5 м/с) разрушает пассивирующую пленку;
• песчаная жидкостьИндуцированное повреждение при взаимодействии абразивно-коррозионного материала;
• коллапс вакуолиСоздает ударное давление >1 ГПа, что приводит к отслаиванию поверхности.

Эрозию-коррозию можно предотвратить, контролируя вышеперечисленные факторы. Эрозия-коррозия может быть значительно снижена либо за счет снижения скорости течения воды, либо за счет поддержания качества воды, либо за счет обоих факторов. Улучшение качества воды означает поддержание pH как можно ближе к нейтральному (<9) и снижение уровня кремнезема и карбонатов.

11. Коррозионная усталость

Хорошо известно, что усталость может привести к полному разрушению изделия, если не принять меры. В случае с алюминием усталостное растрескивание может послужить точкой начала питтинговой коррозии.

Коррозионная усталость возникает при многократном воздействии на алюминий низких напряжений в течение длительного периода времени. В коррозионных средах, таких как морская вода и солевые растворы, вероятность возникновения и расширения трещин возрастает.

Синергетическое снижение предела усталости под действием переменных нагрузок и коррозионной среды:

• 3,5% раствора NaCl, усталостная долговечность алюминиевого сплава 2024-T3 снижается до 10% в сухой среде;
• Скорость расширения трещины регулируется ΔK (амплитудой коэффициента интенсивности напряжений) и частотой (критический порог 10 Гц).

Коррозионная усталость не может наступить, если в атмосфере нет воды. Она также в значительной степени не зависит от направления напряжения, поскольку распространение трещины происходит в основном через кристалл. Таким образом, в отличие от SCC, напряжение не влияет на ее распространение.

12. Филаментарная коррозия

Филаментная или червячная коррозия начинается как точечная. Она начинается с того места, где краска отслаивается от алюминиевой поверхности. Причиной может быть царапина или потертость на поверхности, которая обнажает металлическую поверхность под ней.

В присутствии хлорид-анионов и высокой влажности может легко возникнуть и распространиться нитевидная коррозия. Хотя она начинается как точечная коррозия в соленой воде, она распространяется как щелевая коррозия.

Голова дождевого червя имеет кислую реакцию и высокое содержание хлоридов. Она поглощает кислород и действует как анод. Вторая половина гусеницы червя выступает в роли катода, и происходит реакция.

Самопроизвольная коррозия образуется в местах дефектов покрытия:

• Кислая зона в головке (pH ≈ 1-2) и щелочная зона в хвосте (pH ≈ 10-12) образуют электрохимический градиент;
• Скорость разрастания 0,1-0,5 мм/день, путь контролируется переплетением матриц.

Филаментную коррозию можно предотвратить, сохраняя поверхность неповрежденной и заделывая все небольшие щели краской или воском. Если это возможно, необходимо снизить относительную влажность окружающей среды.

13. Микробиологическая коррозия(MIC)

Микробиологически индуцированная коррозия или MIC - это коррозия, вызванная микроорганизмами/грибками. Этот тип коррозии часто встречается в резервуарах для топлива и смазочных материалов.

Микроорганизмы и грибки могут процветать в присутствии воды в масле. Некоторые из этих организмов способны потреблять нефть и выделять кислоты, которые могут вызывать коррозию алюминиевых контейнеров, используемых для хранения.

Эта кислота может вызвать точечную коррозию алюминиевых контейнеров и в конечном итоге привести к протечкам.

вызванное метаболизмом микроорганизмов, таких как сульфатвосстанавливающие бактерии (SRB):

• В анаэробной среде образуется H₂S, который разрушает пассивирующую пленку;
• Биопленки образуют клетки, концентрирующие кислород;
• Область разделения водной фазы в топливной системе - это зона с высоким уровнем загрязнения, которая требует регулярного слива и добавления биоцида.

Для предотвращения этого необходимо максимально очистить масло от воды. Также необходимо регулярно сливать масло из бака после очистки. Если улучшить качество топлива не удается, прорастание можно предотвратить с помощью биоцидов.