Корозія алюмінію та міжгранулярної корозії 6000 серії сплавів

Корозія алюмінію та міжгранулярної корозії 6000 серії сплавів

Корозія алюмінію та алюмінієвих сплавів в основному включає точкову корозію, міжкристалічна корозія, корозійне розтріскування під напругою, пошарова корозія, тощо. Хоча алюміній має відносно високу стійкість до корозії, незалежно від того, який це металевий матеріал, незалежно від того, наскільки висока його стійкість до корозії, він завжди спричиняє більшу чи меншу втрату від корозії під час використання. Річні втрати алюмінію від корозії становлять близько 0.5% річного виробництва алюмінію. The 6000 сплав серії має найбільший вихід серед деформованих алюмінієвих сплавів. Хоча його стійкість до корозії не така хороша, як у 1000 серії, 3000 серії, і 5000 серії алюмінієвих сплавів, це набагато більше, ніж у 2000 серія і 7000 серії алюмінієвих сплавів. Міжзернова тенденція 6000 Серія сплаву також відносно велика. The 6000 алюмінієвий сплав серії матеріали, що використовуються у важливих конструкціях, повинні бути оцінені на чутливість до міжкристалічної корозії.

За звичайним методом оцінки, прямі економічні збитки, спричинені корозією в Китаї щороку, складають приблизно 3% ВВП (валовий національний продукт), а сталь, що споживається корозією, становить близько 1/3 річного обсягу виробництва, з яких близько 1/10 загальної продукції не підлягає переробці. Корозійна стійкість алюмінію та алюмінієвих сплавів значно вища, ніж сталі, і втрати від корозії набагато менші, ніж у сталі. в 2020, Основним виробництвом алюмінію в Китаї було 37.3 мільйонів тонн. Відповідно до цієї оцінки, втрати алюмінію від корозії становили близько 186,500 тонн.

Класифікація корозії алюмінію

З морфології корозії, Корозію алюмінію можна розділити на комплексну корозію та локальну корозію. Першу також називають рівномірною корозією, також відома як загальна корозія, що відноситься до рівномірної корозії та втрати поверхні матеріалу, що контактує з навколишнім середовищем. Корозія алюмінію в лужному розчині є типовою рівномірною корозією, наприклад промивання лугом. Результатом корозії є те, що поверхня алюмінію стає тоншою приблизно з тією ж швидкістю, а вага зменшується. Проте, Слід зазначити, що абсолютної рівномірної корозії не існує, і зменшення товщини змінюється від місця до місця. Локалізована корозія стосується корозії, яка обмежена певною ділянкою або частиною конструкції, і їх можна розділити на такі категорії:

1. Піттинг

Пітінг виникає на дуже локалізованій ділянці або частині металевої поверхні, утворення печер або ям, які розширюються всередину та навіть спричиняють перфорацію. Якщо діаметр ями менший за глибину ями, це називається пітінгом; якщо діаметр ями більший за глибину ями, це можна назвати пітінгом. Насправді, суворої межі між пітінгом і пітінгом немає. Типова точкова корозія виникає, коли алюміній знаходиться у водному розчині, що містить хлорид. Серед корозії алюмінію, найбільш поширеним є піттинг, яка зумовлена ​​різницею між потенціалом певної ділянки алюмінію та потенціалом матриці, або наявністю домішок з потенціалом, відмінним від потенціалу алюмінієвої матриці.

Піттинг

2. Міжкристалічна корозія

Цей тип корозії є вибірковою корозією, яка виникає на межі зерен металу чи сплаву, коли самі зерна чи кристали не зазнають значної корозії., що призведе до різкого зниження механічних властивостей матеріалу, що призвело до структурних пошкоджень або аварій. Причина міжкристалічної корозії полягає в тому, що межі зерен дуже активні за певних умов, наприклад домішки на границях зерен, або збільшення або зменшення певного елемента сплаву на межах зерен, тобто, повинен бути тонкий шар ділянки на межах зерен, який є електронегативним до решти алюмінію, і він спочатку роз'їдається. Цей тип корозії може відбуватися в алюмінії високої чистоти в соляній кислоті та воді високої температури. А.І.-С, То-мг-сі, Аль-Мг, і всі сплави Al-Zn-Mg чутливі до міжкристалітної корозії.

3. Гальванічна корозія

Гальванічна корозія також є характерною формою корозії алюмінію. Коли менш активний метал і більш активний метал, наприклад алюміній (анод) знаходяться в контакті в одному середовищі або коли провідник підключений, утворюється гальванічна пара і тече струм, викликаючи гальванічну корозію. Гальванічну корозію також називають біметалевою корозією або контактною корозією. Природний потенціал алюмінію дуже негативний. При контакті алюмінію з іншими металами, алюміній завжди виконує роль анода, і корозія прискорюється. Майже весь алюміній і алюмінієві сплави не можуть уникнути гальванічної корозії. Чим більше різниця потенціалів між двома металами, що контактують, тим серйозніша гальванічна корозія. Слід зазначити, що в гальванічної корозії, фактор площі надзвичайно важливий, а великий катод і маленький анод є найбільш несприятливим поєднанням.

4. Щілинна корозія

При контакті однакових або різних металів, або коли метали контактують з неметалами, утвориться щілина, і в щілині або поблизу неї виникне корозія. За межами щілини корозії немає, яка викликана нестачею кисню в щілині, оскільки в цей час утворюється концентраційна комірка. Щілинна корозія майже не залежить від типу сплаву, і навіть дуже стійкі до корозії сплави. Кисле середовище у верхній частині щілини є рушійною силою корозії, що є типом корозії під осадом (масштаб). Корозія під розчином на поверхні 6063 сплав архітектурних алюмінієвих профілів є дуже поширеною щілинною корозією під масштабом. Поверхні фланцевого з'єднання, поверхні кріплення гайки, поверхні перекриття, зварні пори, мул, масштаб, домішки, тощо. під шаром іржі та на металевій поверхні шару осаду може спричинити щілинну корозію.

5. Корозійне розтріскування під напругою

Корозійне розтріскування під напругою — це корозійне розтріскування, спричинене співіснуванням напруги розтягування та специфічних корозійних середовищ. Напруга може бути зовнішньою або залишковою напругою всередині металу. Останнє може бути спричинено деформацією під час обробки та виготовлення, або різкими змінами температури під час загартування, або змінами обсягу, викликаними змінами внутрішньої структури. Стрес, викликаний заклепками, болтове кріплення, прес-фітинг, а усадка також є залишковою напругою. Коли розтягуюча напруга на поверхні металу досягає межі текучості Rпо.2, відбудеться корозійне розтріскування під напругою. 2000 серія і 7000 товсті пластини з алюмінієвого сплаву серії вироблятимуть залишкову напругу під час загартування, які слід усунути шляхом попереднього розтягування перед обробкою старінням, щоб уникнути деформації під час обробки деталей літака або навіть введення її в частини.

Корозійне розтріскування під напругою

6. Пошарова корозія

Цю корозію також називають відшаруванням, пілінг, і пошарова корозія, яку можна просто назвати пілінгом. Це особлива форма корозії 2000 серії, 5000 серії, 6000 серії, і 7000 серії сплавів. Це частіше зустрічається в екструдованих матеріалах. Як тільки це відбувається, її можна шар за шаром відшаровувати, як слюду.

7. Ниткоподібна корозія

Це тип корозії, який може розвиватися черв’якоподібним чином під алюмінієвою фарбою чи іншими покриттями., але цей тип корозії не був виявлений під анодованими плівками. Зазвичай це відбувається під покриттям алюмінієвих конструкцій літаків і архітектурних або конструкційних алюмінієвих частин. Ниткоподібна корозія пов'язана зі складом матеріалу, попередня обробка покриття та фактори навколишнього середовища. Фактори навколишнього середовища відносяться до температури, вологість, хлориди, тощо.

Міжкристалічна корозія 6000 серії сплавів

Серед застосовуваних сьогодні деформованих алюмінієвих сплавів, найбільше застосування мають термічно оброблені та зміцнені 6000 серії сплавів, які є типом сплавів Al-Mg-Si та Al-Mg-Si-Cu. в 2018, всього 706 поширені та незвичайні сплави були зареєстровані в Асоціації алюмінію, Inc., з яких 6000 серії сплавів були найчисленнішими, з 126, облік 18%. Вони знайшли широке застосування в будівельній галузі, структурні поля та транспортне обладнання, оскільки вони мають хороші властивості формування та обробки, помірна міцність і чудова стійкість до корозії. Проте, якщо співвідношення складу сплаву невідповідне, або неправильно підібрані параметри термообробки, або обробка та формування невідповідні, потім міжкристалічна корозія (IGC) відбудеться в середовищі, що містить хлор.

В більшості випадків, Міжкристалічна корозія виникає в сплавах, що містять невелику кількість міді та високе співвідношення Si/Mg. Зазвичай, вміст міді в більшості мідьвмісних сплавів не перевищує 0.4%. Тільки 6013, 6113, 6056, і 6156 мають високий вміст міді 1.1%. Додавання міді до сплавів Al-Mg-Si має на меті покращити механічні властивості сплаву. Дослідження виявили, що при спостереженні сплавів з чутливістю до міжкристалічної корозії за допомогою скануючої просвічуючої електронної мікроскопії з високою роздільною здатністю, часто зустрічаються багаті міддю сегрегаційні шари та катодні виділення фази Q. Q-фаза — це четвертинна інтерметалічна фаза з молекулярною формулою Cu2Mg8 Si5Al4. Він випадає в осад уздовж меж зерен, змушуючи сусідній твердий розчин піддаватися анодному розчиненню з утворенням зони без осаду.

Міжкристалічна корозія 6000 серії сплавів

Випробування на чутливість до міжкристалічної корозії

При визначенні чутливості алюмінієвих сплавів до міжкристалічної корозії, існує два поширених методу тестування: польове випробування та прискорене занурення. У прискореному тесті, щоб прискорити корозію, розчин хлориду калію, що містить соляну кислоту (ISO 11846 Метод B) або розчин хлористого калію з перекисом водню (ASTM G110) часто використовується. Після тесту, металографічно спостерігають поперечний переріз зразка або вимірюють втрату його механічних властивостей. Результати прискореного випробування ISO11846 дуже узгоджуються з результатами польового випробування морської атмосфери. Проте, в прискореному тесті, Чутливий до міжкристалітної корозії алюмінієвий матеріал має сильну корозію (рівномірна міжкристалічна корозія) майже на всіх границях зерен біля поверхні зразка, тоді як поверхня зразка для польових випробувань кородує лише на обмежених ділянках (локальна корозія). Незважаючи на це, прискорене випробування все ще є стандартним методом, який може точно визначити, чи має матеріал міжкристалітну корозію.

В автомобільній промисловості часто використовується ISO 11846 Стандартний метод B для визначення того, чи є 6000 Алюмінієвий сплав серії має міжкристалітну корозію. При випробуваннях за цим стандартом, спочатку занурте невеликий зразок (площа поверхні <20см2) в кислому розчині хлориду натрію (pH = 1) при кімнатній температурі протягом 24 години, а потім виконати металографічне дослідження для визначення типу корозії, точкова або міжкристалічна корозія. Відсоток поверхні, пошкодженої корозією, і максимальна глибина корозії ще належить визначити. Нещодавні дослідження показали, що допускаються деякі значні зміни умов тестування, які не впливають на відтворюваність результатів тестування.. Зокрема, стандарт передбачає, що відношення об’єму електроліту до площі поверхні зразка має бути не менше 5 мл/см2, інакше це матиме великий вплив на швидкість міжкристалічної корозії.

Умовою виникнення корозії на поверхні зразка є наявність катодної реакції (осадження водню і відновлення кисню). Значення pH досліджуваного розчину зростає з часом, що зменшує корозію електроліту.

Серед 8 ряд деформованих алюмінієвих сплавів, в 6000 серія сплавів типу Al-Mg-Si (Cu, Zn) сплав, один із сплавів, найбільш сприйнятливих до міжкристалітної корозії, тобто, ця серія сплавів має досить сильну чутливість до міжкристалітної корозії.

Щоб перевірити схильність до міжкристалічної корозії 6000 серії сплавів, одним із найефективніших методів є проведення лужного травлення з подальшою дезактивацією після ІСО 11846 стандартний тест, а для дезактивації використовується концентрований розчин азотної кислоти. Проте, травлення протягом 2-5 хв в розчині NaOH з температурою 50℃-60℃ і концентрацією (5-10) мас.% вплине на результати тесту.

Ефективною альтернативою лужному травленню є використання розчину азотної/фтористоводневої кислоти, який може ефективно видаляти алюміній із багатих залізом первинних частинок на поверхні. Відомо, що частинки алюмінію можуть прискорювати корозію алюмінієвих сплавів у хлоридних розчинах, оскільки вони є локальними мікроскопічними катодами, і ці частинки також є джерелом міжкристалічної корозії. (IGC). Порівняно з корозією в лужних розчинах, сплави кородують повільніше в розчинах азотної кислоти/фториду.

6000 сплав серії є не тільки найбільш широко використовуваним, найбільший за обсягом, найрізноманітніші (бренд) деформований алюмінієвий сплав, але також один з найбільш чутливих до міжкристалітної корозії. Проте, до тих пір, поки специфікації процесу, особливо процес термічної обробки, суворо дотримуються на виробництві, структура розумно спроектована, і виробництво чудове, цієї корозії можна повністю уникнути. Чутливість до міжкристалічної корозії 6000 Серія конструкцій і деталей зі сплавів також тісно пов'язана з їх робочим середовищем, тому при проектуванні конструкції слід приділити повну увагу.