Алюминий востребован в разных промышленных сферах, поскольку обладает хорошей прочностью, надёжностью, стойкостью к износу и ко многим отрицательным факторам внешней среды. Но помимо всех достоинств такой материал имеет конкурентное преимущество — алюминий устойчив к коррозии даже в разных сложных условиях применения, при воздействии многих агрессивных веществ. Почему алюминий не подвергается коррозии? Рассмотрим более подробно в этой статье.
Почему алюминий не ржавеет?
Структура металла построена таким образом, что он способен самостоятельно защитить себя от коррозии. При контактировании с воздухом свободные атомы алюминия образуют оксидную плёнку. Она и защищает материал от разрушающих процессов.
Естественный оксидный слой имеет небольшую толщину (до 3 нм). Но если создать определённые условия, то эта плёнка не будет разрушаться на протяжении многих лет и станет прекрасной защитой от негативных внешних воздействий.
Но как только нарушится целостность оксидного слоя, сразу же начнётся процесс коррозии металла. Он с течением времени утратит свои первоначальные свойства.
Разрушение всегда начинается с поверхности. После этого коррозия углубляется дальше в структуру металла со скоростью, которая зависит от сплава и разного негативного внешнего воздействия. Сначала металлическая продукция становится матовой или изменяет свой оттенок, после чего появляются характерные пятна, точки. И в результате дальнейшего контакта с опасной средой появляются продукты коррозии, которые только ускоряют протекание разрушающего процесса. К таким агрессивным внешним факторам относится температурный режим, блуждающие токи, соседство с разными металлами. На скорость разрушения также влияет химический состав сплава, структура металла и внутренние напряжения.
Каковы причины образования коррозии?
Материал быстро разрушается, если была нарушена оксидная плёнка.
И различные внешние факторы только ускоряют этот процесс:
- Контакт с кислотой либо щёлочью. Коррозия алюминия в кислой среде весьма распространена. Азотная или серная кислота быстро приводит к разрушению алюминия, даёт очень сильную реакцию. Даже разбавленная кислота способствует образованию необратимых процессов, которые нельзя ослабить добавлением никаких ингибиторов. Негативное влияние оказывают органические кислоты, а также их соли.
- Механический фактор. Это удары, трение, высокий износ — всё, что приводит к образованию сколов, царапин на верхнем слое. Все образовавшиеся дефекты станут местом свободного поступления влаги к металлу, соответственно, старту коррозионного разрушения.
- Продукты распада топлива. Если алюминиевая продукция будет постоянно контактировать с продуктами распада жидкого топлива, то это приведёт к быстрому разрушению естественной защиты материала. Кислоты, альдегиды, которые находятся в данных продуктах, провоцируют появление ржавчины. Поэтому в мегаполисах алюминиевые изделия более подвержены коррозионному разрушению.
- Химическая реакция. Самые серьёзные разрушители металла — это фтор, калий, натрий, хлор и бром. При контакте с данными элементами начинается сильная химическая реакция, которая в итоге способствует окислению и разрушению металла.
- Строительные смеси. Растворы, которые содержат известь и цемент, являются чрезвычайно агрессивной средой для алюминия. Бетон сразу же запускает коррозионные процессы.
Но есть и факторы, которые способны замедлить и даже приостановить процесс коррозионного разрушения алюминия, рассмотрим их более подробно
- Чистота сплава. При производстве ответственного и важного оборудования, нагруженных конструкций, как правило, используется металл высокой чистоты с минимальным количеством примесей. Согласно статистике, сплав, в состав которого входит 90% чистого металла в 80 раз быстрее подвергается коррозионным процессам, нежели сплав, состоящий на 99% из алюминия.
- Среда, в которой находится алюминий. Важно учитывать состав сплава, дальнейшую область использования. Например, высокий процент меди в составе может уменьшить вероятность быстрого разрушения при длительном нахождении в морской воде. Также важно исключить неблагоприятное соседство, которое может способствовать образованию катодно-анодной связи.
- Показатель pH среды. Оксидный слой образуется естественным образом тогда, когда pH среды находится в интервале от 3 до 9. Это оптимальный кислотно-щелочной баланс, при котором коррозионные процессы не смогут развиваться.
- Наличие дополнительного защитного слоя. Чтобы увеличить антикоррозионные качества естественного слоя, часто используются специальные защитные краски или полимерные покрытия. Но более широкое распространение получило анодирование металла.
После анодирования образуется прочное и толстое защитное покрытие (до 25 нм), которое гораздо сложнее повредить. Поэтому анодированные алюминиевые изделия отличаются более высоким запасом прочности и долговечности.
Чтобы улучшить защитный слой, применяется процесс электролиза, в котором алюминий выступает в качества анода, а другие материалы — катода. Вся система загружается в ёмкость с электролитом, после чего через неё пропускается электрический ток определенной силы.
В процессе анодирования металл не только становится прочнее, надёжнее, устойчивее к разрушающим внешним факторам, но и красивее, так как его можно дополнительно окрасить в разные цвета, что повышает эстетическую ценность. Анодный слой не требует особого обслуживания, надолго сохраняет свои защитные и декоративные качества, имеет превосходные антивандальные показатели. Поэтому анодированные алюминиевые изделия имеют внушительную область применения, особенно когда надо использовать конструкции в сложных условиях на открытом воздухе.
Производство светотехнического оборудования Алюмпарк предлагает высококачественные алюминиевые анодированные опоры освещения. Они отлично подходят для применения в разных регионах, не боятся негативного влияния внешних факторов. Все изделия имеют длительную гарантию.
Почему происходит разрушение алюминия на воздухе?
Во многом на коррозионное разрушение влияет степень агрессивности окружающей среды:
- сельская местность, она имеет, как правило, малый процент опасных примесей, средний уровень влажности, поэтому не так агрессивна для алюминиевых изделий
- прибрежные регионы, в этом случае отмечается повышенный уровень влажности, а также на алюминий оказывают негативное воздействие морские соли, которые тоже являются важным фактором для появления коррозионных разрушающих процессов
- городская местность, где преобладает большое количество продуктов распада топлива, серы, окислов углерода
- промышленные районы, в которых присутствует большое количество серы, углерода и разных кислот, а они весьма опасны для металла
На увеличение скорости развития коррозионного процесса на воздухе оказывают следующие отрицательные факторы:
- Показатель влажности. Если будет происходить периодический контакт с влагой, а в целом уровень влажности находится в норме, то это никак не скажется на металлической продукции. Но если же будет повышенная влажность (более 80%), то это во много раз увеличит скорость разрушения алюминия.
- Состав окружающей атмосферы. Чем больше опасных примесей в атмосферном воздухе, тем выше вероятность, что алюминий начнёт ржаветь. Самыми агрессивными являются сульфаты, которые часто присутствуют в промышленных зонах.
- Количество электролитов. Развитие коррозии на воздухе зависит от так называемой продолжительности увлажнения и химсостава электролитов, находящихся на поверхности. Если уровень влажности окружающей среды будет около 80%, а температура на поверхности составит свыше 0°, то в данных условиях и появится конденсированная влага, что приведёт к постепенному разрушению оксидного естественного слоя.
- Климатические условия региона, где важен не только уровень влажности, но и продолжительность, интенсивность атмосферных осадков, средний температурный режим, количество солнечных дней в году.
Но если провести анодирование, то можно будет увеличить срок службы, защитить от негативного внешнего влияния.
Как вода воздействует на алюминий?
Главное негативное воздействие оказывают хлориды и ионы тяжёлых металлов, которые находятся в воде. Хлоридные ионы способны проникать в естественную оксидную плёнку, потому что они имеют крошечный размер и способны заменять собой атомы кислорода. Это и приводит к ухудшению стойкости защитного покрытия и появлению коррозии.
В пресной воде металл в основном подвергается точечной коррозии. Но если осуществлять регулярную просушку алюминиевой продукции, то, как правило, риск появления серьёзной ржавчины минимален. Поэтому так часто используются алюминиевые кастрюли, котелки, сковородки, ложки и кружки, которые без проблем служат на протяжении десятилетий.
Вероятность разрушения увеличивается, если вода стоячая, так как в ней содержится большее количество опасных примесей. Особенно вредно, если алюминий находится при контакте с водой на протяжении длительного срока времени.
Другое дело, когда алюминий находится в морской воде. В ней находится большое количество растворённых неорганических солей, большую часть которых составляют именно хлориды. Но pH морской воды находится в допустимом для металла пределе 8,2. Эта величина не превышает норму защиты естественной оксидной плёнки. Это и объясняет хорошую устойчивость металла к морской воде. Но менее подвержены негативному влиянию солёной воды именно алюминиево-магниевые сплавы, где содержание магния составляет не более 2,5%. Этот сплав активно используется при судостроительстве.
Для защиты алюминиевой продукции от агрессивной морской или пресной воды используются разные способы:
- Применение защитных покрытий, таких как краски или лаки. Они создают надёжный барьер между водой и алюминием, предотвращая контакт и, соответственно, взаимодействие с опасными химическими веществами. Но данные покрытия, как правило, быстро изнашиваются, поэтому требуют периодического обновления.
- Нанесение антикоррозионных покрытий, которые содержат цинк или иные металлы. Данный вариант предотвращает негативное внешнее воздействие, при этом он является более долгосрочным, но обработанная поверхность требует специализированного ухода.
- Анодирование. Это наиболее эффективный способ защиты алюминия в морской воде, так как он создаёт твёрдую оксидную плёнку, которая обладает превосходной стойкостью к коррозии, не разрушается на протяжении длительного времени, не требует какого-либо специального обслуживания.
Важным аспектом защиты алюминиевой продукции от коррозии в морской воде является правильный отбор сплава, регулярная проверка целостности поверхности, её грамотное обслуживание.
Во многом усилить коррозионные процессы в морской воде могут всевозможные загрязнения, повышение температуры и биологическое воздействие.
Алюминий имеет естественную защитную плёнку. Но при воздействии многих внешних факторов — будь то повышенная влажность, увеличение температуры или опасные химические вещества, происходит разрушение защитного слоя. Поэтому используются разные методы, которые улучшают стойкость металла. Это нанесение разных составов. Но наиболее эффективным способом выступает анодирование. Анодированные изделия максимально надёжные и долговечные, поэтому имеют такую широкую сферу применения.