Ржавеет ли алюминий? Стоит ли бояться коррозии этого металла?

Спасти алюминий

Современное автомобилестроение немыслимо без использования алюминиевых материалов. Далее мы будем использовать термин «алюминий», подразумевая не чистый металл, а конструкционные сплавы на его основе.

Первые автомобили Land Rover имели алюминиевые кузова, а множество Defender со стальной рамой и алюминиевыми панелями и сейчас колесит по дорогам всего мира. Многие модели Audi, Jaguar, Volvo, BMW, пикапы Mazda и других авто имеют детали из алюминия. И уж конечно, системы охлаждения двигателя и кондиционирования без алюминия немыслимы.

«Алюминий не ржавеет» – эту фразу мы помним со школы. А еще нам говорили, что на воздухе изделия из алюминиевых сплавов самопроизвольно покрываются тончайшей оксидной пленкой Al2O3 – она-то и предохраняет их от дальнейших коррозионных атак. Поэтому хозяйки пользуются алюминиевой посудой десятилетиями.

fqug8dfvicm7.jpg
Авиационные материалы для защиты алюминиевых деталей, прототипы Dinitrol 713 IQ

Все верно. Но в машиностроении картина гораздо сложнее. Вибрации, перепады температур, влажная и химически агрессивная среда (вспомним хотя бы солевые растворы на дорогах) – эти и другие факторы повреждают «природную» защитную пленку и препятствуют ее восстановлению.

В местах контакта алюминиевого сплава со сталью (а в большинстве конструкций это неизбежно) возникают гальванические пары. Поскольку алюминий более активный металл, чем железо, электрохимическая коррозия разъедает именно его. Так что алюминиевая трубка со стальным штуцером не такая уж безобидная вещь. Гальванические пары образуются и в зонах сварных швов. А вслед за электрохимической коррозией приходит межкристаллитная, разрушающая границы зерен металла.

hflj96w8koam.jpg
Dinitrol 713 IQ создает легкую прозрачную пленку толщиной всего 15 мкм, которая прекрасно пропускает тепло, не снижая эффективности теплообменника

Главная опасность межкристаллитной коррозии в том, что она существенно снижает прочность и другие механические характеристики изделия при неизменном внешнем виде. А нагрузи деталь чуть сильнее – рассыплется в порошок.

К сожалению, в данном случае практика подтверждает теорию. Ежегодно дилерские сервисы меняют множество теплообменников, изготовленных из «крылатого металла».

Препараты для защиты авиационных сплавов маркируются индексом AV, например, AV‑15. В Швеции их применяли для антикоррозионной защиты радиаторов автомобилей Mercedes. Так сугубо авиационный состав приобрел автомобильный опыт. Защита оказалась настолько эффективной, что на основе AV‑15 был создан препарат Dinitrol 713 IQ – специальный антикор для автомобильных узлов и деталей из алюминия. Впрочем, он умеет защищать и медь, и бронзу, и латунь, и нержавеющую сталь, которая на самом деле тоже не вечна.

«Семьсот тринадцатый» перенял все достоинства «летающего брата» AV‑15, а именно:

– уникальную способность беречь алюминиевые сплавы (авиация!), что достигается за счет особых ингибиторов;

– создавать на поверхности очень легкую (снова авиация!) и тонкую прозрачную пленку – ее толщина всего 15 мкм, и, кстати, она прекрасно пропускает тепло, не снижая эффективности защищаемого теплообменника;

– технологичность нанесения (опять же авиация!).

Говоря о технологичности, подчеркнем, что материал Dinitrol 713 IQ – так называемый одношаговый, не требующий предварительного грунтования. Он «сам себе режиссер»: проникает во все щели и прочие труднодоступные участки конструкции и обеспечивает собственную адгезию. Наносится с помощью кисти, распылением из пистолета или же окунанием.

При необходимости ремонта системы кондиционирования пленка Dinitrol 713 IQ смывается горячей водой под давлением – для этого достаточно обычного моечного аппарата. А при эксплуатации автомобиля защитную пленку рекомендуется регулярно обновлять, например, перед каждой зимой.

Теперь слово за мастерами станций технического обслуживания. Если они вооружатся Dinitrol 713 IQ, число поломок кондиционеров пойдет на убыль. А народ быстро сообразит, что лучше заплатить за обработку, чем менять дорогущие узлы кондиционера.

Методы защиты от коррозии

Особенно сильно коррозия проявляет себя во влажной среде, а так же при появлении т.н. «блуждающих» токов. Именно поэтому очень важно защищать поверхность алюминия с помощью покраски, анодировки, а стальные изделия, соприкасающиеся с ним необходимо оцинковывать, эмалировать или хотя бы обрабатывать грунтовкой в несколько слоев. Крепеж, применяемый в производстве алюминиевых конструкций должен быть как минимум оцинкованным, но желательно, а для фасадных конструкций просто необходимо, использовать крепеж из нержавеющей стали. Для антикоррозионной защиты алюминиевых конструкций применяют следующие методы:

Порошковая окраска

Порошковое покрытие представляет собой напыленный на поверхность изделия полимерный порошок, который запекается (полимеризуется) в специальной печи при определенной температуре, как правило 180-220°С. Технология порошковой покраски состоит из трех этапов:

Читайте также:  Как сделать фрезу для вагонки своими руками?

  1. Поверхность алюминиевого профиля обезжиривают и удаляют с нее все загрязнения
  2. Напыляют слой порошковой краски
  3. Запекание (полимеризация) порошкового покрытия в печи.

Порошковая покраска алюминиевого профиля и фурнитуры для светопрозрачных конструкций не только защищает металл от коррозии, но так же позволяет покрасить конструкцию в любой цвет по шкале RAL.

Анодирование профиля

Анодированое покрытие – это покрытие, которое создает на поверхности профиля устойчивую и не растворимую в агрессивных средах плёнку из окисла алюминия.

Анодирование позволяет создать такую равномерную толщину плёнки нерастворимой окиси на поверхности, которая уже не позволит контактировать алюминию с внешней средой и происходить дальнейшему окислению.

Технология построена таким образом:

  • Сначала профиль обезжиривают в кислоте (например, щавелевой).
  • Промывают в чистой воде.
  • Далее травление в щелочи для вытравливания поверхностных неравномерно окисленных слоев металла, вместе с которыми снимаются все инородные включения на поверхности.
  • Промывка в чистой воде.
  • Профиль погружается в ванну с раствором электролита. Здесь в течение 0,5-1,5 часов он подвергается анодированию. На поверхности профиля образуется пленка оксида алюминия.
  • Далее для получения цветного анодирования профиль перемещается в ванну с раствором соли какого-либо металла через которые снова пропускается ток. Цветные оттенки профиля зависят от продолжительности обработки. Минимально профиль обрабатывают 45 секунд (светлое шампанское), максимально — 15 минут (черный).
  • Изолирование (Ванна упрочнения поверхности) — процесс химического замещения, при котором окисел на поверхности металла превращается в химически более прочную гидратную форму, более устойчивую к воздействию окружающей среды и химических веществ. Покрытие приобретает особую прочность, стойкость к механическим повреждениям.
  • В заключение проводится сушка и упаковка.

Вклад участников

Мой вклад в развитие этой Вики можно посмотреть здесь

Алюминий – металл с большой реакционной способностью, окисляется при нормальных условиях в окружении кислорода. В обычном состоянии алюминиевые изделия покрыты оксидной пленкой, которая немного защищает металл. Спонтанно образовавшийся оксид алюминия покрывает поверхность неравномерно, сцепление с субстратом не всегда прочное. Защищенность металла самопроизвольно сформированным покрытием из оксида ненадёжна.

Коррозию алюминия инициируют кислород, влага. Катализируют процесс агрессивные среды, присутствие рядом некоторых металлов, материалов. Защита алюминия от коррозии сводится к нивелированию действия инициирующих, катализирующих влияний. Нейтрализовать внешнюю агрессию можно следующими методами:

  • формированием на поверхности специального покрытия из целенаправленно полученного оксида;
  • окрашиванием внешнего слоя.

Влияние легирующих элементов

Легирующие элементы алюминиевых сплавов оказывают влияние на их коррозионные свойства. Поэтому для каждой коррозионной среды необходимо выбрать наиболее подходящий сплав.

splavy-korroziya.jpg Рисунок 1 – Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость (и усталостную прочность) [2]

Главными легирующими элементами, которые применяются в алюминиевых сплавах, являются медь, магний, марганец, кремний и цинк, а также неизбежные примеси промышленных сплавов – железо и кремний. Влияние, которое эти элементы оказывают на коррозию алюминия и алюминиевых сплавов, заключается в следующем:

  • медь снижает коррозионную стойкость больше, чем любой другой легирующий элемент;
  • железо снижает коррозионную стойкость и его содержание нужно держать низким, если требуется максимальное сопротивление коррозии;
  • магний оказывает положительное влияние на коррозионную стойкость;
  • марганец производит на коррозионную стойкость небольшой положительный эффект;
  • кремний оказывает на коррозионную стойкость небольшое отрицательное влияние;
  • цинк в большинстве сред мало влияет на коррозионную стойкость.

Соединения алюминия Алюминий в природе

Окись и гидроокись алюминия являются ярко выраженными амфотерными соединениями. Они легко вступают во взаимодействие как со щелочами, так и с кислотами. Молекулу гидроокиси алюминия можно представить в двух формах — в форме основания Аl(ОН)3 и в форме кислоты Н3АlO3. В тех случаях, когда гидроокись алюминия попадает в кислоту, она ведет себя как основание:

Аl(ОН)3 + 3HCl = АlСl3 + 3Н2O

При взаимодействии с сильными щелочами гидроокись алюминия реагирует как кислота:

Н3АlO3 + 3NaOH = Na3AlO3 + 3Н2O

• Оба уравнения напишите в ионной форме

Получается соль трехосновной ортоалюминиевой кислоты, называемая ортоалюминатом натрия. Но такой состав у солей бывает редко. Чаще всего ортоалюминиевая кислота в щелочной среде распадается по уравнению:

Н3АlO3 = Н2O + НАlO2

образуя одноосновную метаалюминиевую кислоту НАlO3. Соли этой кислоты называются метаалюминатами, или просто алюминатами. Реакция между метаалюминиевой кислотой и щелочью выражается следующим уравнением:

НАlO2 + NaOH = NaAlO2 + Н2О

Совершенно так же ведет себя окись алюминия. В кислотах как основной окисел она образует соли алюминия:

Аl2O3 + 6НСl = 2АlСl3 + 3Н2O

в щелочах же — как кислотный окисел и образует алюминаты щелочных металлов:

Аl2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + Н2O

Алюминат натрия, попадая в кислую среду, претерпевает немедленное превращение:

2NaAlO2 + H2SO4 = Na2SO4 + 2НАlO2

НАlO2 + Н2О = Аl(ОН)3

2Аl(ОН)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6Н2O

Таким образом, в конечном итоге получаются следующие продукты:

2NaAlO2 + 4H2SO4 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 4H2O

• Напишите приведенные уравнения реакций в ионной форме.

■ 86. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения: Аl → АlСl3 → Аl(ОН)3 → NaAlO2 → Al2(SO4)3 (См. Ответ) (все уравнения записывайте в полной и сокращенной ионной форме). 87 Имеются алюминий, соляная кислота, едкий натр. Как можно получить гидроокись алюминия? 88. Какова нормальность раствора едкого натра, если на растворение 39 г гидроокиси алюминия израсходовано 200 мл этого раствора? 89. Докажите при помощи уравнений реакций, что окись и гидроокись алюминия — амфотерные соединения. 90. Получится ли алюминат натрия, и если да, то в каком количестве, если на 15 г сульфата алюминия подействовать 50 г едкого натра? (См. Ответ)

Среди соединений алюминия выделяются лишь некоторые его соли. Особенно важен хлорид алюминия АlCl3, незаменимый в промышленности органического синтеза, где он играет роль катализатора во многих процессах. Сульфат алюминия Al(SO4)3 · 18Н2О применяется как коагулянт при очистке водопроводной воды, а также в производстве бумаги. Двойная соль алюминия и калия — алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2 · 12Н2O обладает высокими вяжущими свойствами и применяется при дублении кожи, а также в медицинской практике как кровоостанавливающее средство.

В природе алюминий встречается очень широко и по распространенности элементов стоит на третьем месте. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе встречается только в виде соединений. Он входит в состав алюмосиликатов — глины, слюды, полевого шпата, каолина и др. Главной алюминиевой рудой является боксит АlO3 · nН2O, из которого получают алюминий при участии другого соединения алюминия — криолита AlF3 · 3NaF.

Твердая кристаллическая окись алюминия, окрашенная примесью окиси железа в желто-бурый цвет, называется корундом. Корунд обладает высокой твердостью, поэтому применяется для изготовления шлифовальных кругов, брусков и т. д. Прозрачные кристаллы корунда, окрашенные незначительными примесями, представляют собой драгоценные камни: рубин — красного, сапфир — синего цвета.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий