Коррозия упрочненного алюминия

Коррозионный процесс, разрушающий металлы, заключается в переходе атомов из кристаллической решетки в ионное состояние. Различают химическую коррозию и электрохимическую. Для алюминия не характерно разрушение от химической коррозии, которая происходит при непосредственном взаимодействии металла с жидкими или газообразными средами, не являющимися электролитами. Алюминий почти не реагирует на действие уксусной кислоты, слабых органических кислот (лимонной, яблочной, молочной, муравьиной), используемых в пищевой промышленности. При воздействии этих кислот на поверхности металла образуется защитная пленка Al2O3, которая предохраняет его от разрушения. Почти не действуют на алюминий сернистые соединения, бензин, масла, жиры, парафин, эфиры, кетоны. Как показывает более чем 20-летний опыт эксплуатации отечественных строительных конструкций, деталей и переплетов из алюминия, этот металл, особенно анодированный, сохраняется хорошо.

Энергичное растворение металла происходит в соляной, крепкой серной, некоторых органических кислотах, креозоле и феноле. Сильнее всего алюминий реагирует со щелочами, солями и их растворами, галоидами, ртутью. Разрушение его наблюдается от действия строительных растворов и бетона.

В промышленных районах алюминий разрушается в плохо защищенных местах сопряжения с другими строительными материалами: углеродистыми и нержавеющими сталями, свинцом, оловом, хромом, медью, никелем, деревом, бетоном. Между алюминием и металлами в этом случае возникает электрохимическая коррозия. Она может возникнуть в местах контактов металлов с разными электродными потенциалами Ен0 при наличии пленки раствора соли или кислоты — электролита. Ниже даны электродные потенциалы различных металлов.

Естественным электролитом может быть морская вода, загрязненные промышленными стоками воды озер и рек, воздух, насыщенный влагой и промышленными отходами в виде газов. Два разнородных металла, находясь по соседству, не защищенные и не изолированные друг от друга, в таком естественном электролите будут образовывать пару и находиться в неустойчивом термодинамическом состоянии, вследствие чего между ними возникает анодный или катодный процесс. При этом разрушается более активный металл, имеющий низкий по отношению к другому металлу электрохимический потенциал.

Частицы металла и примеси в нем также могут образовать пару, которая будет называться микроэлементом. Пара получается за счет различного состояния одного и того же сплава (например, деформированного и литого, отожженного и закаленного), разного характера защитных пленок, разницы химического состава раствора и других факторов. В сложных сплавах структура может быть такова, что по границам зерен и в различных зонах их выделяются соединения, значительно отличающиеся электродными потенциалами от основного металла. При этом получается разница потенциалов между границей, зернами и соединениями. В результате образуется многоэлектродная система, которая в соответствующих условиях приводит к интенсивной коррозии границ зерен, т. е. к интеркристаллитной коррозии.

Химически чистые металлы, а также сплавы и металлы, имеющие примеси, но находящиеся в чистой воде, почти не подвержены коррозии. Антикоррозионные свойства алюминия в сильной степени зависят от свойств и характера защитной пленки Al2O3, покрывающей его поверхность. Потенциал пленки выше потенциала чистого алюминия и равен — 0,5, благодаря чему у покрытого пленкой основного металла уменьшается склонность к электрохимической коррозии. В щелочных растворах пленка растворяется и образует алюминаты. Тогда скорость коррозии алюминия увеличивается.

Интеркристаллитная коррозия характерна для алюминия. Распространяясь в глубь металла, она разрушает связь между кристаллитами. Внешний вид поверхности часто остается без изменений. Для конструкций, находящихся под напряжением, это особенно опасно, так как приводит к неожиданному преждевременному их разрушению.

Как уже отмечалось, чистый алюминий разрушается от коррозии медленно. Наличие в нем примесей железа или меди более 0,01 % сильно увеличивает скорость коррозии. Склонность к интеркристаллитной коррозии сплавов, у которых примеси образуют с алюминием твердые растворы, зависит от температуры и режима термообработки. В сплавах системы алюминий — медь при понижении температуры обработки падает растворимость меди, и ее избыток образует интерметаллическое соединение CuAl2, которое выделяется из раствора в виде включений. А так как потенциал CuAl2 более положителен, чем потенциал раствора алюминий — медь, происходит процесс за счет образования пар CuAl2 — твердый раствор алюминий — медь.

Сплавы на основе алюминий — магний хорошо сопротивляются коррозии на воздухе и в соленых брызгах. Они более стойки, чем сплавы на основе Al—Cu, Al—Zn—Mg, Al—Mg—Si. Хорошие данные по сопротивлению коррозии в щелочных растворах у деформируемых сплавов с содержанием магния до 7—8 %. Увеличение магния в сплавах снижает их коррозионную стойкость.

Для магналиев характерен особый вид коррозии под напряжением. Коррозионная стойкость этой группы сплавов также зависит от обработки: нагрева при изготовлении изделий, скорости и температуры охлаждения, режима пластического деформирования при этом и режима последующих после этого отпуска, отжига, наклепа и т. п. В зависимости от этого изделие получает соответствующую структуру. Алюминиево-магниевые сплавы, имеющие структуру a-твердого раствора, малочувствительны к коррозии под напряжением. Сплавы с содержанием 5—7 % магния имеют в своей структуре соединение Al3Mg2, которое может образовать в-фазу, выделяющуюся в виде сплошной сетки по границам зерен. Такой процесс выделения в-фазы является основной причиной межкристаллитной коррозии магналиев. Если в-фаза выделилась в виде коагулированных частиц («нитей-бус») по границам зерен, то сплав не обладает склонностью к коррозии.

Горячекатаные листы получают структуру в зависимости от режима, при котором заканчивается обработка. Если при этом не происходит рекристаллизации или она частичная, то в растворе NaCl, например, образцы сплава АМг6, находящиеся под напряжением, разрушаются от слоевой коррозии (рис. 16,б). У нагартованных листов, подвергнутых длительному (в течение 6—100 ч) нагреву при температуре 398—573 К, при этих же условиях происходит коррозионное растрескивание (рис. 16,а).

Коррозионная стойкость сплавов на основе Al—Zn—Mg (1920 и 1915) зависит от суммарного содержания цинка и магния. При общем содержании этих элементов менее 6 % сплавы являются коррозионно-стойкими. При увеличении этого процента сопротивление растрескиванию резко падает.

Повышает коррозионную стойкость равномерность деформирования металлов по объему полуфабрикатов, особенно в крупногабаритных прессованных профилях. Коррозия под напряжением развивается в местах ликваций, скоплений интерметаллических соединений, так как в плохо деформированных полуфабрикатах распад твердого раствора происходит не по всему зерну, а по его границе, что вызывает интерметаллическую коррозию.

Сравнительная оценка коррозионной стойкости различных конструкционных марок упрочненного алюминия представлена ниже как результат испытания на коррозию в водном 3 %-ном растворе NaCl + 0,1 % H2O2 при полном погружении образцов в среду в течение 3 месяцев. Для чистого алюминия АМц и магналиев (AMг1—АМг6) потери прочности Аов = 0/5% и относительного удлинения Д6 = 0/10%. Для остальных марок эти данные следующие:

Как видно из приведенных данных, наименьшая потеря прочности ов и пластичности (относительного удлинения b) от коррозии у чистого алюминия, АМц и магналиев, наибольшая — у дуралюминов.