strzałka do góry

Korozja detali aluminiowych- rodzaje i przyczyny
Utworzony przez:  Administrator
Data utworzenia:  2016-03-11 09:53:36


Aluminium jest jednym z najczęściej stosowanych metali nieżelaznych na świecie. Jego mała gęstość powiązana z wytrzymałością, przewodnością cieplną i elektryczną oraz odpornością korozyjną są jednymi z jego największych zalet. Stopy aluminium wykazują takie praktyczne korzyści jak wysoka żywotność komponentów- jest to szczególnie ważne dla pokryć dachów paneli ściennych, zastosowań morskich, statków, gdzie produkt jest użytkowany przez wiele lat, a także zachowanie zadowalającego wyglądu produktu- uzyskanie dobrego wyglądu małym kosztem, szczególnie ważne dla infrastruktury miejskiej (znaki drogowe, kosze na śmieci, lampy, sygnalizacje świetlne).

Produkty korozji aluminium są białe, nie plamią powierzchni materiału w przeciwieństwie do rdzy na stali. Już w temperaturze otoczenia na wszystkich nieszlachetnych metalach tworzy się cienka warstwa tlenku. Jest ona ważna, gdyż chroni materiał przed dalszym bezpośrednim atakiem korozyjnym środowiska. Zwarta warstwa tlenku glinu stanowi skuteczną przeszkodę w dalszym utlenianiu metalu.

Korozja definiowana jest jako zjawisko niezamierzonego niszczenia materiałów w wyniku reakcji ze środowiskiem i wynika z dążności do przejścia metali w naturalny dla nich stan utleniony. Często interpretowana jest jako zmiany na powierzchni materiału- rdzewienie, matowienie, jednak zniszczenia korozyjne mogą się objawiać również w inny sposób- obniżać wytrzymałość mechaniczną i powodować pękanie korozyjne. W procesach obróbki chemicznej nie można usunąć negatywnych skutków zjawiska korozji.

W ośrodku utleniającym powierzchnia aluminium pokrywa się ochronną warstwą tlenku glinu (III). W procesie utleniania zachodzą podstawowe reakcje:

Al→Al3++3e-

Al++2H2O→Al3++H2+2OH-

Warstewka ochronna składa się z:

  • warstewki wewnętrznej, która przylega bezpośrednio do powierzchni metalu, przepuszcza elektrony tylko w jednym kierunku, powstaje w reakcji z tlenem, jej struktura i grubość zależą od temperatury utleniania
  • warstewki zewnętrznej, która jest wyniiem reakcji warstewki wewnętrznej z otaczającym środowiskiem, przepuszcza elektrony w obie strony. Grubość tej warstewki zależy od czasu i agresywności otaczającego środowiska.

Całkowita grubość warstewki ochronnej zwiększa się, przy czym grubość warstewki wewnętrznej jest stała.

Stopy aluminium podzielone zostały na 8 grup ze względu na główne dodatki stopowe. Pierwiastki te wraz z obróbką cieplną i innymi procesami modyfikują i poprawiają parametry otrzymanego materiału, jednak wytworzone fazy międzymetaliczne poprzez inne właściwości elektrochemiczne stwarzają ryzyko wystapienia korozji lokalnej. Poszczególne kategorie stopów różnią się odpornością na korozję. Najwiekszy wpływ na odporność korozyjną wywierają pierwiastki stopowe będące w największych stężeniach w stopach:

  • Miedź- zawsze będzie obniżać odporność korozyjną - znajduje się w duralach (2XXX) i serii 7XXX
  • Mangan- wywiera niewielki wpływ, dlatego seria stopów (3XXX) ma bardzo dobrą odporność korozyjną
  • Krzem- nie obniża odporności korozyjnej
  • Magnez- poprawia odporność korozyjną, szczególnie w środowisku wody morskiej (seria 5XXX)

Ponadto dodatki stopowe w mniejszej ilości także mają wpływ na odporność korozyjną jak, np. wzrost zanieczyszczeń żelaza może spowodować tendencję do korozji wżerowej.

Seria 5XXX wykazuje najlepszą odporność na korozję, następnie czyste aluminium 1XXX. Pośrednie właściwości korozyjne mają serie 3XXX i 6XXX. Serie 2XXX i 7XXX wymagają powłok ochronnych, jeśli mają być stosowane w agresywnych środowiskach korozyjnych.

Wyróżniamy korozję:

  • chemiczną
  • i elektrochemiczną.

Korozja chemiczna (sucha) jest procesem chemicznego utleniania metali w suchych gazach oraz w cieczach nie majacych charakteru elektrolitu (cieczach organicznych). Szybkość utleniania w korozji chemicznej wzrasta ze wzrostem temperatury, w temperaturach 350-475°C jest to zależność paraboliczna, powyżej 500°C liniowa.

Korozja elektrochemiczna (mokra) zachodzi w środowiskach wilgotnych. Zdecydowana większość procesów korozyjnych ma charakter elektrochemiczny. Towarzyszy jej przepływ prądu od jednej częsci metalu do drugiej, proces zachodzi pod wpływem działania na metal płynnych elektrolitów (roztworów zawierających jony- nośniki ładunku elektrycznego). Postęp korozji atmosferycznej jest szczegolnie szybki, gdy wilgotność wzgledna atmosfery przekracza 65%, kiedy na powierzchni materiału nastepuje kondensacja pary wodnej. Na korozję elektrochemiczną wpływają czynniki środowiskowe:

  • atmosfera- w silnie zanieczyszczonej atmosferze tlenek siarki (IV) nasila korozję, wpływ ma także temperatura oraz wilgotność względna powietrza.
  • woda- w czystej wodzie do temperatury wrzenia stopy aluminium są odporne na korozję, w pH kwaśnym lub zasadowym korozja jest bardziej intensywna, intensywna korozja wżerowa jest inicjowana przez jony Cl-, HCO3-, Cu2+ w obecności rozpuszczonego tlenu. W wodzie morskiej aluminium ma relatywnie wiekszą odporność korozyjną niż inne materiały konstrukcyjne.
  • gleba- korozja zależy od składu ekstraktu glebowego- pH, anionów i kationów obecnych w elektrolicie glebowym.
  • roztwory soli- w wodnych roztworach soli wpływ na korozję ma pH i charakter obecnych jonów, najbardziej agresywne są chlorki, w przypadku kationów: K+, Na+, NH4+, Ca2+ i Mg2+.
  • kwasy organiczne i nieorganiczne- silnie kwaśne środowisko niszczy warstwę tlenkową, agresywność korozyjna zależy od typu kwasu i jego stężenia.
  • środowisko zasadowe- roztwory wodorotlenków sodu, potasu, wapnia, amonu i baru podobnie jak roztwory zasadowych soli intensywnie uszkadzają powierzchnię aluminium. Poziom ataku jest dużo większy w porównaniu do kwasów o tym samym stopniu dysocjacji. Korozja wzrasta wraz z zmniejszającą się czystością stopu.

W zależności od sposobu ataku na powierzchnię wyrobu korozję dzielimy na:

  • równomierną (ogólna)- stały stopniowy ubytek grubości metalu na całej powierzchni- bardzo częsta
  • lokalną
    • w postaci plam, kropek- nieregularnie rozmieszczone plamy lub niewielkie plamki otoczone wspólcentrycznymi kołami,
    • w postaci wżerów (pittingowa)- gdzy obszar korozji jest bardzo mały, a atak skierowany jest wgłąb materiału, często niewidoczna na powierzchni, może być spowodowana produktami lub oparami chemicznymi,
    • podpowierzchniową- często spotykany rodzaj korozji, miejsca skorodowane znajdują się pod powierzchnią metalu, poprzez wąski kanalik przenika środek korodujący,
    • międzykrystaliczną- najbardziej niebezpieczna, przebieg i rozprzestrzenianie się tego typu korozji bardzo szybki i sięga głeboko w masę stopu, korozja pojawia się na granicach ziaren, na powierzchni wyrobu nie obserwuje się zniszczeń, przyczyną są nieprawidłowości w strukturze stopu, materiał zewnetrznie zdrowy, osłabiony wewnątrz pęka przy niewielkich obciążeniach,
    • warstwową- korozja wzdłuż kierunku przeróbki plastycznej, odmiana korozji międzykrystalicznej,
    • naprężeniową (pękanie korozyjne)- rodzaj korozji międzykrystalicznej, wzdłuż granicy ziaren pojawiają się pęknięcia wskutek spiętrzenia naprężeń wewnętrznych wskutek m.in. obróbki cieplnej, mechanicznej. Największą skłonność do korozji naprężeniowej mają stopy przerabiane plastycznie, m.in. AlZnMg, AlMg, AlCu,
    • selektywną- korozji ulega jeden lub więcej składników stopu, powstała porowata masa utrzymuje kształt detalu. Szczególnie czesto zjawisko to występuje w stopach aluminium i miedzi.

Wpływ zanieczyszczenia powietrza na niszczenie aluminium i innych istotnych metali konstrukcyjnych był analizowany przez wiele lat. Zbadanie długoterminowych trendów w korozyjności atmosferycznej pozwoliło uzyskać podstawowe informacje o oddziaływaniu środowiska na materiały budowlane. Na podstawie tych pomiarów stworzony został system klasyfikacji pozwalający oszacować stres środowiskowy, a także wybrać ochronę przeciwkorozyjną gwarantującą długi czas użytkowania. Dla aluminium na długość okresu eksploatacji znacząco oddziaływuje korozja lokalna w atmosferze o wyższej korozyjności.

Kategoria korozyjności
Przykładowe środowiska Szybkość korozji (µm/rok)
Wewnątrz Na zewnątrz pierwsze 10 lat pozostałe lata
C1 bardzo mała Ogrzewane budynki z czystą atmosferą, np. biura, szkoły. - ≤0.01 -
C2 mała Budynki nie ogrzewane, w których może mieć miejsce kondensacja, np. magazyny. Atmosfery w małym stopniu zanieczyszczone. Głównie tereny wiejskie. <0.025 0.01<0.02
C3 średnia Pomieszczenia produkcyjne o dużej wilgotności i pewnym zanieczyszczeniu powietrza, np. zakłady spożywcze, pralnie. Atmosfery miejskie i przemysłowe, średnie zanieczyszczenie tlenkiem siarki (IV). Obszary przybrzeżne o małym zasoleniu. 0.025<0.2 0.02<0.2
C4 duża Zakłady chemiczne, pływalnie, stocznie remontowe statków i łodzi. Obszary przemysłowe i obszary przybrzeżne o średnim zasoleniu. korozja lokalna
C5(I) bardzo duża (przemysłowa) Budowle lub obszary z prawie ciągłą kondensacją i dużym zanieczyszczeniem. Obszary przemysłowe o dużej wilgotności i agresywnej atmosferze.
C5(M) bardzo duża (morska) Budowle lub obszary z prawie ciągłą kondensacją i dużym zanieczyszczeniem. Obszary przybrzeżne i oddalone od brzegu w głąb morza o dużym zasoleniu.

Tabela 1. Podział kategorii korozyjności w zależności od środowiska. [5]


Źródła:

[1] Praca zbiorowa- Poradnik galwanotechnika, WNT Warszawa 2002

[2] Orman, M., Golian, A. Korozja aluminium i jego stopów. Wydawn. Śla̜sk, 1963.

[3] Kwiatkowski, L. Podatność na korozję i skuteczność aktualnych metod ochrony przed korozją stopów aluminium stosowanych w budownictwie" Inżynieria powierzchni 4 (2009): 24-32.

[4] Vargel, Ch. Corrosion of aluminium. Elsevier, 2004.

[5] Michna, Š., Lukáč, I., Louda, P., Očenášek, V. & kol. Aluminium materials and technologies from A to Z Adin s.r.o. (2007)

Komentarze
Anna
Data utworzenia:  2016-03-14 13:44:28


W wyrobach zabezpieczonych powłokami malarskimi jeszcze występuje korozja nitkowa.
5Stan8
Data utworzenia:  2019-03-03 14:27:15


Proszę o pomoc w wyjaśnieniu dziwnej moim zdaniem korozji aluminium. Element aluminiowy, anodyzowany plus blacha ocynkowana plus wilgoć. Efekt : potężna korozja wżerowa i obecność dużych ilości białej substancji wyglądającej jak parafina - efekt korozji. Jak to wytłumaczyć ?
Napisz komentarz
Aby dodać komentarz musisz się zalogować


g -

Zapisz się na newsletter








Forum Aluminium 2018