Чому алюміній не іржавіє? – Наука, що стоїть за його стійкістю до корозії

Загальне спостереження та головне питання

Ми бачимо це всюди. Старий сталевий ланцюг, залишений у саду, лущиться, червонувато-коричневий безлад. Тим часом, алюмінієва драбина, роками піддається впливу одних і тих самих елементів, може виглядати трохи нудно, але ніколи не розвивається настільки руйнівно, розсипається іржа. Це призводить до фундаментального запитання, яке задають багато людей: Чому алюміній не іржавіє?

Відповідь проста і захоплююча. Це полягає в унікальній хімічній властивості, яка дозволяє алюмінію створювати власну ідеальність, захисний щиток.

Щоб по-справжньому зрозуміти це, спочатку нам потрібно з’ясувати, що таке «іржа»..

Коротка відповідь така: технічно, алюміній не може іржавіти, тому що іржа є, за визначенням, оксид заліза.

Проте, алюміній реагує з киснем у процесі, який називається окисленням, але все залежить від результату цієї реакції..

Чому алюміній не іржавіє?

Секрет: Вбудована броня

Коли бачиш іржу на сталі, ви бачите руйнівний процес. Залізо реагує з киснем і вологою з утворенням гідратованого заліза(III) оксид.

Ця речовина червонувато-коричневого кольору розшаровується, пористий, і слабкий. Він розшаровується, оголення свіжого заліза під ним, щоб продовжити цикл розпаду, доки метал не зникне.

Алюміній, з іншого боку, грає за зовсім іншими правилами.

Коли голий алюміній піддається впливу кисню повітря, він також окислюється, і робить це майже миттєво. Але замість формування деструктивного, лущиться покриття, це створює неймовірно тонкий, важко, і прозорий шар оксид алюмінію (Al₂O₃).

Вважайте цей шар оксиду алюмінію ідеальним, самовідновлювальний обладунок.

• Він надзвичайно міцний і міцний: Цей шар міцний, щільний, і міцно з’єднаний з алюмінієм під ним. На відміну від слабких пластівців іржі, він не сколюється і не відшаровується легко.
• Це непористий: Шар оксиду алюмінію суцільний, герметична поверхня. Це перешкоджає надходженню кисню, води, та інші корозійні елементи не досягають чистого алюмінію під ним. Ефективно пасивує метал, припинення процесу окислення на його шляху.
• Це самовідновлення: Це, мабуть, найвидатніша його властивість. Якщо ви подряпаєте шматок алюмінію, щойно відкритий оголений метал миттєво вступить у реакцію з киснем і відновить цей захисний оксидний шар. Ось чому алюміній залишається захищеним навіть після пошкодження поверхні.

Так, під час окислення сталі (іржа) це процес безперервного розпаду, Окислення алюмінію є процесом негайного самозбереження.

Алюміній vs. сталь: Казка про два оксиди

Щоб справді зрозуміти різницю, пряме порівняння підкреслює, чому один метал руйнується, а інший процвітає в присутності кисню.

Чи може алюміній піддатися корозії?

Поки алюміній не іржавіє, він не повністю захищений від усіх форм корозії. Розуміння цих конкретних сценаріїв демонструє глибше знання поведінки матеріалу.

У деяких агресивних середовищах, його захисний екран може бути скомпрометований.

Найбільш поширеним типом корозії, на який слід звернути увагу, є гальванічна корозія.

Це відбувається, коли алюміній безпосередньо контактує з більш благородним (менш реактивний) метал, як мідь або нержавіюча сталь, у присутності електроліту, такі як солона вода.

У цій ситуації, алюміній діє як тимчасовий анод і піддається корозії з прискореною швидкістю, щоб захистити інший метал.

Ось чому ви повинні використовувати сумісні кріплення та компоненти в морських і зовнішніх алюмінієвих конструкціях.

Крім того, дуже сильні кислоти або луги (з pH за межами 4-9 діапазон) може хімічно розчинити захисний оксидний шар, що дозволяє атакувати алюміній, що лежить під ним.

Проте, для більшості щоденних застосувань, це не хвилює.

Висновок

Так, наступного разу, коли ви побачите блискучу алюмінієву віконну раму або міцний алюмінієвий корпус човна, який протистоїть стихії, ти дізнаєшся його секрет.

Справа не в тому, що алюміній ледачий або не реагує. Насправді, він настільки неймовірно реактивний, що миттєво рятується.

Алюміній не іржавіє оскільки він піддається окисленню, використовуючи його для створення непроникного, самовідновлювальний щит.

сталь, на противагу, стає жертвою власного окислення, розсипаючись шар за шаром.

Ця фундаментальна відмінність є причиною того, чому алюміній став незамінним матеріалом для різноманітних галузей промисловості, від аерокосмічної та транспортної до будівництва та виготовлення посуду., перспективна довговічність і довговічність, життя без іржі.