Korrosion av aluminium och intergranulär korrosion av 6000 serielegeringar

Korrosion av aluminium och intergranulär korrosion av 6000 serielegeringar

Korrosion av aluminium och aluminiumlegeringar inkluderar främst gropfrätning, intergranulär korrosion, spänningskorrosionssprickor, skiktad korrosion, etc. Även om aluminium har en relativt hög korrosionsbeständighet, oavsett vilket metallmaterial det är, oavsett hur hög korrosionsbeständigheten är, det kommer alltid att ge mer eller mindre korrosionsförluster under användning. The annual corrosion loss of aluminum is about 0.5% of the annual aluminum production. De 6000 series alloy has the largest output among deformed aluminum alloys. Although its corrosion resistance is not as good as that of 1000 serie, 3000 serie, och 5000 serie aluminiumlegeringar, it is much greater than that of 2000 serie och 7000 serie aluminiumlegeringar. The intergranular tendency of the 6000 series alloy is also relatively large. De 6000 serie aluminiumlegering materials used in important structures should be evaluated for intergranular corrosion sensitivity.

According to the usual estimation method, the direct economic losses caused by corrosion in China each year account for about 3% of GDP (gross national product), and the steel consumed by corrosion accounts for about 1/3 of the annual output, of which about 1/10 of the total output is non-recyclable. The corrosion resistance of aluminum and aluminum alloys is much higher than that of steel, and the corrosion loss is much smaller than that of steel. I 2020, China’s primary aluminum production was 37.3 million tons. According to this estimate, the corrosion loss of aluminum was about 186,500 ton.

Classification of aluminum corrosion

From the morphology of corrosion, aluminum corrosion can be divided into comprehensive corrosion and local corrosion. Den förra kallas också för enhetlig korrosion, även känd som övergripande korrosion, vilket hänvisar till likformig korrosion och förlust av ytan på materialet i kontakt med omgivningen. Korrosionen av aluminium i alkalisk lösning är en typisk enhetlig korrosion, såsom alkalisk tvättning. Korrosionsresultatet är att aluminiumytan blir tunnare i ungefär samma takt och vikten minskar. Dock, Det bör påpekas att absolut enhetlig korrosion inte existerar, och tjockleksminskningen varierar från plats till plats. Lokal korrosion avser korrosion som är begränsad till ett specifikt område eller en del av en struktur, och kan delas in i följande kategorier:

1. Pitting

Pitting förekommer i ett mycket lokaliserat område eller en del av en metallyta, orsakar grottor eller gropar som expanderar inåt och till och med orsakar perforering. Om gropdiametern är mindre än gropdjupet, det kallas pitting; om gropdiametern är större än gropdjupet, det kan kallas pitting. I själva verket, det finns ingen strikt gräns mellan grop och grop. Typisk gropkorrosion uppstår när aluminium är i en kloridhaltig vattenlösning. Bland aluminiumkorrosion, gropbildning är det vanligaste, som orsakas av skillnaden mellan potentialen för en viss yta av aluminium och matrispotentialen, eller genom närvaron av föroreningar med olika potentialer än aluminiummatrispotentialen.

Pitting

2. Intergranulär korrosion

Denna typ av korrosion är en selektiv korrosion som inträffar vid korngränsen för en metall eller legering när själva kornen eller kristallerna inte är märkbart korroderade, vilket kommer att orsaka ett kraftigt fall i materialets mekaniska egenskaper, som leder till strukturella skador eller olyckor. Orsaken till intergranulär korrosion är att korngränserna är mycket aktiva under vissa förhållanden, såsom orenheter vid korngränserna, eller en ökning eller minskning av ett visst legeringselement vid korngränserna, som är, det måste finnas ett tunt lager område på korngränserna som är elektronegativt till resten av aluminiumet, och det korroderar först. Denna typ av korrosion kan uppstå i högrent aluminium i saltsyra och högtemperaturvatten. AI-Med, Al-Mg-Si, Al-Mg, och Al-Zn-Mg-legeringar är alla känsliga för intergranulär korrosion.

3. Galvanisk korrosion

Galvanisk korrosion är också en karakteristisk korrosionsform av aluminium. When a less active metal and a more active metal such as aluminum (anode) are in contact in the same environment or when a conductor is connected, a galvanic couple is formed and current flows, causing galvanic corrosion. Galvanic corrosion is also called bimetallic corrosion or contact corrosion. The natural potential of aluminum is very negative. When aluminum contacts other metals, aluminum always acts as an anode, and corrosion is accelerated. Almost all aluminum and aluminum alloys cannot avoid galvanic corrosion. The greater the potential difference between the two metals in contact, the more serious the galvanic corrosion. It should be noted that in galvanic corrosion, the area factor is extremely important, and a large cathode and a small anode are the most unfavorable combination.

4. Crevice corrosion

När samma eller olika metaller är i kontakt, eller när metaller är i kontakt med icke-metaller, en spricka kommer att bildas, och korrosion kommer att uppstå vid springan eller dess närhet. Det finns ingen korrosion utanför springan, som orsakas av bristen på syre i springan, eftersom en koncentrationscell bildas vid denna tidpunkt. Spaltkorrosion har nästan ingenting att göra med typen av legering, och även mycket korrosionsbeständiga legeringar kommer att förekomma. Den sura miljön på toppen av springan är drivkraften för korrosion, vilket är en typ av korrosion under sediment (skala). Korrosionen under murbruket på ytan av 6063 legerade arkitektoniska aluminiumprofiler är en mycket vanlig spaltkorrosion under skala. Flänsanslutningsytor, mutter fästytor, överlappande ytor, svetsa porer, slam, skala, föroreningar, etc. under rostskiktet och på metallytan av sedimentskiktet kan alla orsaka sprickkorrosion.

5. Sprickbildning av spänningskorrosion

Spänningskorrosionssprickor är korrosionssprickor som orsakas av samexistensen av dragspänningar och specifika korrosiva medier. Stress kan vara yttre eller kvarvarande spänning inuti metallen. Det senare kan orsakas av deformation under bearbetning och tillverkning, eller genom drastiska temperaturförändringar under härdning, eller av volymförändringar orsakade av förändringar i den inre strukturen. Stress orsakad av nitning, bultning, presspassning, och krymppassning är också restspänning. När dragspänningen på metallytan når sträckgränsen Rpo.2, spänningskorrosionssprickor kommer att uppstå. 2000 serie och 7000 tjocka plattor av aluminiumlegering i serie kommer att ge kvarstående spänningar under härdning, which should be eliminated by pre-stretching before aging treatment to avoid deformation during processing of aircraft parts or even bringing it into the parts.

Sprickbildning av spänningskorrosion

6. Layered corrosion

This corrosion is also called delamination, peeling, and layered corrosion, which can be simply called exfoliation. It is a special corrosion form of 2000 serie, 5000 serie, 6000 serie, och 7000 serielegeringar. It is more common in extruded materials. Once it occurs, it can be peeled off layer by layer like mica.

7. Filiform corrosion

This is a type of corrosion that can develop in a worm-like manner under aluminum paint or other coatings, but this type of corrosion has not been found under anodized films. It generally occurs under the coating of aircraft aluminum structures and architectural or structural aluminum parts. Filiform corrosion is related to material composition, pre-coating pretreatment and environmental factors. Miljöfaktorer avser temperatur, fuktighet, klorider, etc.

Intergranulär korrosion av 6000 serielegeringar

Bland de deformerade aluminiumlegeringar som används idag, de mest använda är värmebehandlade och förstärkta 6000 serielegeringar, som är en typ av Al-Mg-Si och Al-Mg-Si-Cu-legeringar. I 2018, totalt 706 vanliga och ovanliga legeringar registrerades hos Aluminiumföreningen, Inc., varav 6000 serielegeringar var de mest talrika, med 126, redovisning för 18%. De har använts flitigt i byggbranschen, strukturella fält och transportutrustning eftersom de har goda formnings- och bearbetningsegenskaper, måttlig styrka och utmärkt korrosionsbeständighet. Dock, om legeringssammansättningsförhållandet inte är lämpligt, eller så är värmebehandlingsparametrarna inte korrekt valda, eller så är bearbetningen och formningen inte lämplig, sedan intergranulär korrosion (IGC) kommer att förekomma i en klorhaltig miljö.

I de flesta fall, intergranular corrosion occurs in alloys containing a small amount of copper and a high Si/Mg ratio. Vanligtvis, the copper content of most copper-containing alloys is no more than 0.4%. Only 6013, 6113, 6056, och 6156 have a copper content as high as 1.1%. Adding copper to Al-Mg-Si alloys is to improve the mechanical properties of the alloy. Studies have found that when observing alloys with intergranular corrosion sensitivity with high-resolution scanning transmission electron microscopy, copper-rich segregation layers and cathodic Q phase precipitates are often found. The Q phase is a quaternary intermetallic phase with a molecular formula of Cu2Mg8 Si5Al4. It precipitates along the grain boundaries, causing the adjacent solid solution to undergo anodic dissolution to form a precipitate-free zone.

Intergranulär korrosion av 6000 serielegeringar

Intergranular corrosion sensitivity test

Vid bestämning av den intergranulära korrosionskänsligheten hos aluminiumlegeringar, det finns två vanliga testmetoder: fälttest och accelererat nedsänkningstest. I det accelererade testet, för att påskynda korrosionen, kaliumkloridlösning innehållande saltsyra (ISO 11846 Metod B) eller kaliumkloridlösning med väteperoxid (ASTM G110) används ofta. Efter provet, tvärsnittet av provet observeras metallografiskt eller dess mekaniska egenskapsförlust mäts. Resultaten av det accelererade ISO11846-testet överensstämmer i hög grad med resultaten från fälttestet för marin atmosfär. Dock, i det accelererade testet, det intergranulära korrosionskänsliga aluminiummaterialet har kraftig korrosion (jämn intergranulär korrosion) vid nästan alla korngränser nära provets yta, medan ytan på fältprovet endast korroderar i begränsade områden (lokal korrosion). Trots detta, det accelererade testet är fortfarande en standardmetod som exakt kan avgöra om materialet har intergranulär korrosion.

Bilindustrin använder ofta ISO 11846 Metod B-standard för att avgöra om 6000 serie aluminiumlegering har intergranulär korrosion. Vid provning enligt denna standard, doppa först ett litet prov (ytarea <20cm2) i en sur natriumkloridlösning (pH = 1) vid rumstemperatur för 24 timmar, och utför sedan en metallografisk undersökning för att bestämma typen av korrosion, gropfrätning eller intergranulär korrosion. Hur stor andel av ytan som skadats av korrosion och det maximala korrosionsdjupet återstår att fastställa. Recent studies have shown that some major changes in the test conditions are allowed without having a major impact on the reproducibility of the test results. Särskilt, the standard stipulates that the ratio of the electrolyte volume to the sample surface area must not be less than 5ml/cm2, otherwise it will have a great impact on the intergranular corrosion rate.

The condition for corrosion on the sample surface is that there must be a cathodic reaction (hydrogen precipitation and oxygen reduction). The pH value of the test solution increases with time, which reduces the electrolyte corrosion.

Among the 8 series of deformed aluminum alloys, de 6000 series alloy is a type of Al-Mg-Si (Cu, Zn) legering, one of the alloys most susceptible to intergranular corrosion, som är, denna serie av legeringar har en ganska stark känslighet för intergranulär korrosion.

För att testa den intergranulära korrosionsbenägenheten hos 6000 serielegeringar, en av de mest effektiva metoderna är att utföra alkalisk etsning och sedan dekontaminering efter ISO 11846 standardtest, och saneringsbehandlingen använder koncentrerad salpetersyralösning. Dock, etsning i 2min-5min i en NaOH-lösning med en temperatur på 50℃-60℃ och en koncentration av (5-10) vikt% kommer att påverka testresultaten.

Ett effektivt alternativ till alkalisk etsning är att använda salpetersyra/fluorvätesyralösning, som effektivt kan ta bort aluminium från järnrika primärpartiklar på ytan. It is known that aluminum particles can accelerate the corrosion of aluminum alloys in chloride solutions because they are local microscopic cathodes and these particles are also the source of intergranular corrosion (IGC). Compared with corrosion in alkaline solutions, alloys corrode more slowly in nitric acid/fluoride solutions.

6000 series alloy is not only the most widely used, largest-volume, most diverse (brand) deformed aluminum alloy, but also one of the most sensitive to intergranular corrosion. Dock, as long as the process specifications, especially the heat treatment process, are strictly followed in production, the structure is reasonably designed, and the production is excellent, this corrosion can be completely avoided. The intergranular corrosion sensitivity of 6000 series alloy structures and parts is also closely related to their working environment, so full attention should be paid when designing the structure.