Aluminum protection against corrosion

Алюминий и, в разной степени, его сплавы обладают высокой стойкостью к коррозии даже без какого-либо специального защитного покрытия.

Естественное оксидное покрытие

Естественная поверхность алюминия, которая возникает в ходе изготовления алюминиевого изделия, например, прессованием, прокаткой или литьем, имеет высокое сопротивление коррозии в большинстве типов окружающей среды. Это происходит потому, что свежая поверхность алюминия спонтанно и мгновенно образует тонкий, но очень эффективный оксидный слой, который предотвращает дальнейшее окисление металла.

Эта оксидная пленка является непроницаемой и, в отличие от оксидных пленок других металлов, например, железа, очень прочно «прикрепляется» к основному металлу. При каком-либо механическом повреждении эта пленка мгновенно восстанавливается, залечивается.

Естественный оксидный слой и является главной причиной хорошего сопротивления алюминия к коррозии. Это покрытие является стойким в средах с кислотностью – водородным показателем рН – от 4 до 9.

Три главных вида коррозии алюминия

Наиболее частыми видами коррозии алюминия являются:

• гальваническая (контактная) коррозия;
• язвенная (точечная) коррозия;
• щелевая коррозия.

Коррозия под напряжением, которая ведет к образованию трещин, является более специфическим видом коррозии. Она случается в основном в высокопрочных алюминиевых сплавах, например, сплавах AlZnMg, когда они подвергаются длительным растягивающим напряжениям в присутствии коррозионной среды. Этот тип коррозии обычно не происходит в сплавах серии 6ххх, то есть сплавах AlMgSi.

Гальваническая коррозия алюминия

Гальваническая коррозия может случаться тогда, когда два различных металла находятся в непосредственном контакте и между ними образовался электролитический мост. Менее благородный металл в этой комбинации становится анодом и корродирует. Более благородный металл становиться катодом и находится под защитой от коррозии.

В большинстве комбинаций с другими металлами алюминий является менее благородным металлом. Поэтому алюминий подвержен более высокому риску гальванической коррозии, чем другие строительные материалы. Однако, этот риск меньше, чем это обычно считается.

Необходимые условия: контакт и влага

Гальваническая коррозия алюминия происходит только тогда, когда одновременно:

• есть контакт с более благородным металлом (или другим электрическим проводником с более высоким химическим потенциалом, чем у алюминия, например, графитом;
• между двумя металлами находится электролит с хорошей проводимостью, чаще всего, вода с растворенными солями.

Гальваническая коррозия не происходит в сухой воздушной атмосфере, например, внутри нормального жилого помещения. Нет большого риска гальванической коррозии и чистой сельской атмосфере. Вместе с тем, риск гальванической коррозии необходимо всегда принимать в расчет в атмосферах с высоким содержанием хлоридов, например, в районах вблизи морей и океанов.

Алюминий и оцинкованная сталь

Могут быть проблемы с гальванической коррозией и в паре алюминия с оцинкованной сталью. Цинковое покрытие оцинкованной стали будет сначала защищать алюминий от коррозии. Однако, эта защита снижается, когда поверхность стали начинает обнажаться по мере расходования цинка. Горячее цинкование стали дает большую толщину цинкового покрытия, чем электрохимическое цинкование и обеспечивает более длительную защиту алюминия. Поэтому в агрессивной атмосфере  в контакте с алюминием применяют только оцинкованную сталь горячего цинкования.

Электрическая изоляция

Там, где различные металлы применяются в контакте, гальванической коррозии можно избежать путем электрической изоляции одного металла от другого. Пример такого решения для болтового соединения между алюминиевым и стальным листом приведен на рисунке 1. Между головкой болта и поверхностью алюминия может возникнуть электролит, но электроизолирующая шайба не даст возможности протекать гальваническому электрическому току и коррозии не произойдет. С другой стороны в контакте алюминиевого и стального листа отсутствует возможность попадания влаги, электролит не образуется и коррозия не происходит.

Рисунок 1 – Электрическая изоляция алюминия от стали

Разрыв электролитической цепи

В больших конструкциях, там, где применение электроизоляции затруднительно, применяют альтернативное решение – предотвращение электролитического мостика между двумя металлами. Окраска поверхности – это один из путей сделать это. Чаще всего лучшим вариантом является окраска поверхности катода, то есть более благородного металла.

Катодная защита

Катодная защита от коррозии может достигаться двумя путями. Чаще всего – это установка анода из менее благородного металла в прямом металлическом контакте с алюминием. Этот менее благородный металл «жертвует» собой, то есть корродирует вместо алюминия. Поэтому его называют жертвенным анодом.

Чтобы такой жертвенный анод работал, он должен быть в жидком контакте с защищаемой алюминиевой поверхностью. Для защиты алюминия в качестве жертвенных анодов чаще всего применяют цинк и магний. Пример катодной защиты показан на рисунке 2.

Другим путем получения катодной защиты является подсоединение алюминиевого объекта к отрицательному полюсу выпрямителя тока.

Рисунок 2 – Катодная защита алюминиевого винта судна

Язвенная коррозия алюминия

Для алюминия именно язвенная коррозия является наиболее частым видом коррозии. Она также случается только в присутствии электролита (воды или влаги), который содержит растворенные соли, обычно хлориды.

Эта коррозия обычно выглядит как очень маленькие ямки, которые на открытом воздухе достигают максимальной глубины незначительной части толщины металла. Глубина этих ямок может быть больше в воде и почве.

Предотвращение язвенной коррозии

Язвенная коррозия является в основном вопросом эстетическим, потому что, в практическом смысле, никогда не снижает прочности алюминиевых изделий.

Проявление язвенной коррозии, конечно, бывает более серьезным на алюминии с естественной поверхностью, то есть поверхностью без какой-либо защитной обработки. Защитная обработка поверхности алюминия (анодирование, окраска или другие методы нанесения покрытий) успешно защищает его от язвенной коррозии.

Для предотвращения язвенной коррозии применяют также катодную защиту (см. выше).

Конструирование дренажа

Очень важно проектировать алюминиевые профили и другие алюминиевые изделия так, что они имели возможность дренажа осадков и быстрого высыхания поверхности. Профили, которые могут подвергаться воздействию влаги, не должны иметь углов или карманов, в которых скапливается вода. Каждый профиль, в котором может скапливаться вода, должен иметь дренажные отверстия (рисунок 3).

Рисунок 3 – Конструктивный дренаж в алюминиевых профилях

Эффективный дренаж (рисунок 4) и вентилирование «мокрых» алюминиевых профилей значительно снижает риск появления на них язвенной коррозии.

Рисунок 4 – Дренажные отверстия в алюминиевом профиле

Щелевая коррозия алюминия

Сущность щелевой коррозии

Щелевая коррозия может возникать в узких, наполненных жидкостью щелях. Возникновение такой коррозии в алюминиевых профилях маловероятно. Однако, значительная щелевая коррозия может возникать в морской атмосфере или на наружной поверхности кузовов транспортных средств. В ходе транспортирования и хранения алюминиевых профилей иногда может собираться вода в щелях между смежными алюминиевыми поверхностями, которая вызывает поверхностную коррозию в виде «водяных пятен» (рисунок 4).

Рисунок 5 – Сущность щелевой коррозии

Источником этой воды является дождь или конденсация влаги. Эта вода по капиллярному механизму буквально засасывается в пространство между двумя металлическими поверхностями. Конденсация влаги может возникать тогда, когда холодный материал помещают в теплое помещение. Разность между ночной и дневной температурами может также вызывать конденсацию, когда алюминий хранится снаружи под плотным тентом, который препятствует вентиляции.

Предотвращение щелевой коррозии

На соединяемые поверхности наносят герметики или двухсторонний скотч. Это предотвращает попадание в зазор между ними воды и предотвращает возникновение щелевой коррозии.

В некоторых случаях вместо соединения на заклепках и винтах применяют клеевое соединение. Это также противодействует образованию щелевой коррозии.

Рисунок 6 – Герметизация соединения предотвращает щелевую коррозию

Источник: Материалы корпорации SAPA

См. продолжение: Когда и как защищать алюминий от коррозии