Почему не алюминиевая ржавчина? - Наука, стоящая за его коррозионной стойкостью

Общее наблюдение и основной вопрос

Мы видим это повсюду. Старая стальная цепь, оставленная в саду, рассыпается, красновато-коричневый беспорядок. Тем временем, алюминиевая лестница, подвергается воздействию одних и тех же элементов в течение многих лет, может выглядеть немного скучным, но никогда не развивается настолько разрушительно, осыпающаяся ржавчина. Это приводит к фундаментальному вопросу, который задают многие люди.: Почему не алюминиевая ржавчина?

Ответ одновременно прост и интересен. Оно заключается в уникальном химическом свойстве, которое позволяет алюминию создавать свои собственные идеальные свойства., защитный щит.

Чтобы по-настоящему понять это, сначала нам нужно прояснить, что такое «ржавчина» на самом деле.

Короткий ответ таков: технически, алюминий не ржавеет, потому что ржавчина, по определению, оксид железа.

Однако, алюминий действительно реагирует с кислородом в процессе, называемом окислением, но именно результат этой реакции имеет решающее значение..

Почему не алюминиевая ржавчина?

Секрет: Встроенный доспех

Когда видишь ржавчину на стали, вы наблюдаете разрушительный процесс. Железо реагирует с кислородом и влагой с образованием гидратированного железа.(III) окись.

Это красновато-коричневое вещество хлопьевидное., пористый, и слабый. Он отслаивается, обнажая свежее железо под ним, чтобы продолжить цикл распада, пока металл не исчезнет.

Алюминий, с другой стороны, играет по совершенно другим правилам.

Когда голый алюминий подвергается воздействию кислорода воздуха, он также окисляется, и это происходит почти мгновенно. Но вместо формирования деструктивного, шелушащееся покрытие, он создает невероятно тонкий, жесткий, и прозрачный слой оксид алюминия (Al₂O₃).

Считайте этот слой оксида алюминия идеальным, самовосстанавливающийся доспех.

• Это чрезвычайно сложно и долговечно: Этот слой жесткий, плотный, и прочно связан с алюминием под ним. В отличие от слабых хлопьев ржавчины, он не откалывается и не отслаивается легко.
• Это непористый: Слой оксида алюминия представляет собой сплошную, герметичная поверхность. Он предотвращает попадание кислорода, вода, и другие коррозионные элементы не достигают чистого алюминия под ним.. Эффективно пассивирует металл., остановить процесс окисления на своем пути.
• Это самоисцеление: Это, пожалуй, самое замечательное его свойство.. Если поцарапать кусок алюминия, вновь обнаженный металл мгновенно вступит в реакцию с кислородом и восстановит защитный оксидный слой.. Вот почему алюминий остается защищенным даже после повреждения поверхности..

Так, при окислении стали (ржавчина) это процесс непрерывного распада, Окисление алюминия — это процесс немедленного самосохранения..

Алюминий против. Сталь: Повесть о двух оксидах

Чтобы по-настоящему понять разницу, прямое сравнение показывает, почему один металл разрушается, а другой процветает в присутствии кислорода..

Может ли алюминий когда-либо подвергнуться коррозии??

Пока алюминий не ржавеет, он не полностью невосприимчив ко всем формам коррозии. Понимание этих конкретных сценариев демонстрирует более глубокое знание поведения материала..

В определенных агрессивных средах, его защитный экран может быть скомпрометирован.

Самый распространенный тип коррозии, на который следует обратить внимание: гальваническая коррозия.

Это происходит, когда алюминий вступает в прямой контакт с более благородным материалом. (менее реактивный) металл, как медь или нержавеющая сталь, в присутствии электролита, например, соленая вода.

В этой ситуации, алюминий действует как жертвенный анод и корродирует с ускоренной скоростью, защищая другой металл..

Вот почему вы должны использовать совместимые крепежные детали и компоненты в морских и наружных алюминиевых конструкциях..

Более того, очень сильные кислоты или щелочи (с pH вне 4-9 диапазон) может химически растворять защитный оксидный слой, позволяя атаковать основной алюминий.

Однако, для большинства повседневных применений, это не проблема.

Заключение

Так, в следующий раз, когда вы увидите блестящую алюминиевую оконную раму или прочный алюминиевый корпус лодки, устойчивый к непогоде, ты узнаешь его секрет.

Дело не в том, что алюминий ленив или нереактивен.. На самом деле, он настолько невероятно реактивен, что мгновенно спасает себя.

Алюминий не ржавеет потому что он включает в себя окисление, используя его, чтобы построить непроницаемую, самовосстанавливающийся щит.

Сталь, в отличие, становится жертвой собственного окисления, рассыпается слой за слоем.

Это фундаментальное отличие является причиной того, почему алюминий стал незаменимым материалом для различных отраслей промышленности, от аэрокосмической и транспортной до строительной и кухонной утвари., обещающая долговечность и долгий срок службы., жизнь без ржавчины.