Sự ăn mòn của nhôm và ăn mòn giữa các hạt của 6000 loạt hợp kim

Sự ăn mòn của nhôm và ăn mòn giữa các hạt của 6000 loạt hợp kim

Ăn mòn hợp kim nhôm và nhôm chủ yếu bao gồm rỗ, Ăn mòn giữa các hạt, Ăn mòn căng thẳng, ăn mòn nhiều lớp, vân vân. Mặc dù nhôm có khả năng chống ăn mòn tương đối cao, Không có vấn đề gì vật liệu kim loại, Cho dù khả năng chống ăn mòn của nó cao đến đâu, Nó sẽ luôn tạo ra nhiều hoặc ít bị tổn thất ăn mòn trong quá trình sử dụng. Tổn thất ăn mòn hàng năm của nhôm là khoảng 0.5% sản lượng nhôm hàng năm. Các 6000 hợp kim loạt có sản lượng lớn nhất trong số các hợp kim nhôm biến dạng. Mặc dù khả năng chống ăn mòn của nó không tốt bằng 1000 loạt, 3000 loạt, và 5000 loạt hợp kim nhôm, nó lớn hơn nhiều so với 2000 loạt và 7000 loạt hợp kim nhôm. Xu hướng liên hạt của 6000 loạt hợp kim cũng tương đối lớn. Các 6000 loạt hợp kim nhôm vật liệu được sử dụng trong các kết cấu quan trọng cần được đánh giá về độ nhạy ăn mòn giữa các hạt.

Theo phương pháp ước lượng thông thường, thiệt hại kinh tế trực tiếp do ăn mòn ở Trung Quốc mỗi năm chiếm khoảng 3% của GDP (tổng sản phẩm quốc dân), và lượng thép bị ăn mòn tiêu hao chiếm khoảng 1/3 sản lượng hàng năm, trong đó về 1/10 tổng sản lượng không thể tái chế. Khả năng chống ăn mòn của nhôm và hợp kim nhôm cao hơn nhiều so với thép, và tổn thất ăn mòn nhỏ hơn nhiều so với thép. Trong 2020, Sản lượng nhôm sơ cấp của Trung Quốc là 37.3 triệu tấn. Theo ước tính này, sự mất mát do ăn mòn của nhôm là khoảng 186,500 tấn.

Phân loại ăn mòn nhôm

Từ hình thái ăn mòn, Ăn mòn nhôm có thể được chia thành ăn mòn toàn diện và ăn mòn cục bộ. Cái trước còn được gọi là ăn mòn đồng đều, còn được gọi là ăn mòn tổng thể, đề cập đến sự ăn mòn đồng đều và mất bề mặt của vật liệu khi tiếp xúc với môi trường. Ăn mòn nhôm trong dung dịch kiềm là sự ăn mòn đồng đều điển hình, chẳng hạn như rửa kiềm. Kết quả ăn mòn là bề mặt nhôm trở nên mỏng hơn với tốc độ xấp xỉ như nhau và trọng lượng giảm đi. Tuy nhiên, cần chỉ ra rằng sự ăn mòn đồng đều tuyệt đối không tồn tại, và độ dày giảm thay đổi theo từng nơi. Ăn mòn cục bộ là sự ăn mòn được giới hạn ở một khu vực hoặc một phần cụ thể của kết cấu, và có thể được chia thành các loại sau:

1. rỗ

Rỗ xảy ra ở một khu vực rất cục bộ hoặc một phần của bề mặt kim loại, gây ra các hang, hố mở rộng vào trong, thậm chí gây thủng. Nếu đường kính hố nhỏ hơn độ sâu hố, nó được gọi là rỗ; nếu đường kính hố lớn hơn độ sâu hố, nó có thể được gọi là rỗ. Thực tế, không có ranh giới nghiêm ngặt giữa rỗ và rỗ. Ăn mòn rỗ điển hình xảy ra khi nhôm ở trong dung dịch nước chứa clorua. Trong số ăn mòn nhôm, rỗ là phổ biến nhất, nguyên nhân là do sự khác biệt giữa điện thế của một diện tích nhôm nhất định và điện thế ma trận, hoặc do sự có mặt của tạp chất có thế năng khác với thế năng ma trận nhôm.

rỗ

2. Ăn mòn giữa các hạt

Loại ăn mòn này là sự ăn mòn có chọn lọc xảy ra ở ranh giới hạt của kim loại hoặc hợp kim khi bản thân các hạt hoặc tinh thể không bị ăn mòn đáng kể., sẽ làm giảm mạnh tính chất cơ học của vật liệu, dẫn đến hư hỏng cấu trúc hoặc tai nạn. Nguyên nhân ăn mòn giữa các hạt là do ranh giới hạt hoạt động rất mạnh trong những điều kiện nhất định., chẳng hạn như tạp chất ở ranh giới hạt, hoặc sự tăng hoặc giảm của một nguyên tố hợp kim nhất định ở ranh giới hạt, đó là, phải có một lớp diện tích mỏng trên ranh giới hạt có độ âm điện với phần còn lại của nhôm, và nó ăn mòn đầu tiên. Kiểu ăn mòn này có thể xảy ra ở nhôm có độ tinh khiết cao trong axit clohydric và nước ở nhiệt độ cao.. AI-Với, To-mg-si, Al-Mg, và hợp kim Al-Zn-Mg đều nhạy cảm với sự ăn mòn giữa các hạt.

3. Ăn mòn điện

Ăn mòn điện cũng là một dạng ăn mòn đặc trưng của nhôm. Khi một kim loại kém hoạt động hơn và một kim loại hoạt động mạnh hơn như nhôm (cực dương) tiếp xúc trong cùng một môi trường hoặc khi nối dây dẫn, một cặp điện được hình thành và dòng điện chạy qua, gây ra sự ăn mòn điện. Ăn mòn điện còn được gọi là ăn mòn lưỡng kim hoặc ăn mòn tiếp xúc. Tiềm năng tự nhiên của nhôm rất tiêu cực. Khi nhôm tiếp xúc với kim loại khác, nhôm luôn đóng vai trò là cực dương, và sự ăn mòn được tăng tốc. Hầu như tất cả các hợp kim nhôm và nhôm đều không thể tránh được sự ăn mòn điện. Hiệu điện thế giữa hai kim loại tiếp xúc càng lớn, sự ăn mòn điện càng nghiêm trọng. Cần lưu ý rằng trong ăn mòn điện, Yếu tố diện tích cực kỳ quan trọng, và cực âm lớn và cực dương nhỏ là sự kết hợp bất lợi nhất.

4. Ăn mòn kẽ hở

Khi các kim loại giống nhau hoặc khác nhau tiếp xúc, hoặc khi kim loại tiếp xúc với phi kim loại, một kẽ hở sẽ được hình thành, và sự ăn mòn sẽ xảy ra ở kẽ hở hoặc vùng lân cận của nó. Không có sự ăn mòn bên ngoài kẽ hở, nguyên nhân là do thiếu oxy trong kẽ hở, bởi vì một tế bào tập trung được hình thành vào thời điểm này. Ăn mòn kẽ hở hầu như không liên quan gì đến loại hợp kim, và thậm chí cả những hợp kim có khả năng chống ăn mòn rất cao sẽ xảy ra. Môi trường axit ở phía trên kẽ hở là động lực gây ăn mòn, đó là một loại ăn mòn dưới trầm tích (tỉ lệ). Sự ăn mòn dưới lớp vữa trên bề mặt 6063 Cấu hình nhôm kiến ​​trúc hợp kim là hiện tượng ăn mòn kẽ hở rất phổ biến dưới quy mô. Bề mặt kết nối mặt bích, bề mặt buộc đai ốc, bề mặt chồng lên nhau, hàn lỗ chân lông, phù sa, tỉ lệ, tạp chất, vân vân. dưới lớp gỉ và trên bề mặt kim loại của lớp trầm tích đều có thể gây ăn mòn kẽ hở.

5. nứt ăn mòn ứng suất

Nứt ăn mòn ứng suất là vết nứt do ăn mòn gây ra bởi sự tồn tại chung của ứng suất kéo và môi trường ăn mòn cụ thể. Ứng suất có thể là ứng suất bên ngoài hoặc ứng suất dư bên trong kim loại. Sau này có thể là do biến dạng trong quá trình gia công và sản xuất, hoặc do sự thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ trong quá trình làm nguội, hoặc do thay đổi thể tích do thay đổi cấu trúc bên trong. Ứng suất do đinh tán gây ra, chốt, lắp ép, và mối nối co ngót cũng là ứng suất dư. Khi ứng suất kéo trên bề mặt kim loại đạt tới giới hạn chảy Rpo.2, vết nứt do ăn mòn do ứng suất sẽ xảy ra. 2000 loạt và 7000 Các tấm dày hợp kim nhôm nối tiếp sẽ tạo ra ứng suất dư trong quá trình làm nguội, cần loại bỏ bằng cách kéo dãn trước khi xử lý lão hóa để tránh biến dạng trong quá trình xử lý các bộ phận máy bay hoặc thậm chí đưa nó vào các bộ phận.

nứt ăn mòn ứng suất

6. Ăn mòn phân lớp

Sự ăn mòn này còn được gọi là sự phân tách, Lột, và ăn mòn lớp, có thể gọi đơn giản là tẩy da chết. Nó là một dạng ăn mòn đặc biệt của 2000 loạt, 5000 loạt, 6000 loạt, và 7000 loạt hợp kim. Nó phổ biến hơn trong các vật liệu ép đùn. Một khi nó xảy ra, nó có thể được bóc từng lớp như mica.

7. Ăn mòn dạng sợi

Đây là loại ăn mòn có thể phát triển theo kiểu sâu dưới lớp sơn nhôm hoặc các lớp phủ khác., nhưng kiểu ăn mòn này chưa được tìm thấy dưới màng anodized. Nó thường xảy ra dưới lớp phủ của cấu trúc nhôm máy bay và các bộ phận kiến ​​trúc hoặc kết cấu bằng nhôm.. Ăn mòn dạng filiform có liên quan đến thành phần vật liệu, tiền xử lý lớp phủ trước và các yếu tố môi trường. Yếu tố môi trường liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm, clorua, vân vân.

Ăn mòn giữa các hạt của 6000 loạt hợp kim

Trong số các hợp kim nhôm biến dạng được sử dụng hiện nay, được sử dụng rộng rãi nhất là được xử lý nhiệt và tăng cường 6000 loạt hợp kim, đó là một loại hợp kim Al-Mg-Si và Al-Mg-Si-Cu. Trong 2018, tổng cộng 706 hợp kim phổ biến và không phổ biến đã được đăng ký với Hiệp hội Nhôm, Inc., trong số đó 6000 loạt hợp kim có số lượng nhiều nhất, với 126, kế toán cho 18%. Chúng đã được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, lĩnh vực kết cấu và thiết bị vận tải vì chúng có đặc tính tạo hình và xử lý tốt, sức mạnh vừa phải và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ thành phần hợp kim không phù hợp, hoặc các thông số xử lý nhiệt không được chọn đúng, hoặc việc xử lý và tạo hình không phù hợp, sau đó ăn mòn giữa các hạt (IGC) sẽ xảy ra trong môi trường chứa clo.

Trong hầu hết các trường hợp, Ăn mòn giữa các hạt xảy ra trong các hợp kim chứa một lượng nhỏ đồng và tỷ lệ Si/Mg cao. Thường xuyên, hàm lượng đồng của hầu hết các hợp kim chứa đồng không quá 0.4%. Chỉ một 6013, 6113, 6056, và 6156 có hàm lượng đồng cao như 1.1%. Việc thêm đồng vào hợp kim Al-Mg-Si là để cải thiện tính chất cơ học của hợp kim. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi quan sát các hợp kim có độ nhạy ăn mòn giữa các hạt bằng kính hiển vi điện tử truyền qua quét có độ phân giải cao, thường thấy các lớp phân ly giàu đồng và kết tủa pha Q catốt. Pha Q là pha liên kim bậc bốn có công thức phân tử Cu2Mg8 Si5Al4. Nó kết tủa dọc theo ranh giới hạt, làm cho dung dịch rắn liền kề trải qua quá trình hòa tan anốt để tạo thành vùng không có kết tủa.

Ăn mòn giữa các hạt của 6000 loạt hợp kim

Kiểm tra độ nhạy ăn mòn giữa các hạt

Khi xác định độ nhạy ăn mòn giữa các hạt của hợp kim nhôm, có hai phương pháp kiểm tra phổ biến: thử nghiệm hiện trường và thử nghiệm ngâm tăng tốc. Trong thử nghiệm tăng tốc, để tăng tốc độ ăn mòn, dung dịch kali clorua chứa axit clohydric (.ISO 11846 Phương pháp B) hoặc dung dịch kali clorua với hydro peroxide (ASTM G110) thường được sử dụng. Sau bài kiểm tra, mặt cắt ngang của mẫu được quan sát bằng phương pháp kim loại hoặc đo sự mất đi tính chất cơ học của nó. Kết quả của thử nghiệm tăng tốc ISO11846 rất phù hợp với kết quả của thử nghiệm hiện trường khí quyển biển. Tuy nhiên, trong bài kiểm tra cấp tốc, vật liệu nhôm nhạy cảm với sự ăn mòn giữa các hạt bị ăn mòn nghiêm trọng (ăn mòn giữa các hạt đồng đều) ở hầu hết các ranh giới hạt gần bề mặt mẫu, trong khi bề mặt của mẫu thử nghiệm hiện trường chỉ bị ăn mòn ở một số khu vực hạn chế (ăn mòn cục bộ). Mặc dù vậy, Thử nghiệm tăng tốc vẫn là phương pháp tiêu chuẩn có thể xác định chính xác liệu vật liệu có bị ăn mòn giữa các hạt hay không.

Ngành công nghiệp ô tô thường xuyên sử dụng ISO 11846 Tiêu chuẩn Phương pháp B để xác định xem 6000 loạt hợp kim nhôm có sự ăn mòn giữa các hạt. Khi kiểm tra theo tiêu chuẩn này, đầu tiên ngâm một mẫu nhỏ (diện tích bề mặt <20cm2) trong dung dịch natri clorua có tính axit (pH = 1) ở nhiệt độ phòng cho 24 Giờ, và sau đó thực hiện kiểm tra kim loại để xác định loại ăn mòn, rỗ hoặc ăn mòn giữa các hạt. Tỷ lệ phần trăm bề mặt bị hư hỏng do ăn mòn và độ sâu ăn mòn tối đa vẫn được xác định. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng một số thay đổi lớn trong điều kiện thử nghiệm được cho phép mà không có tác động lớn đến khả năng tái lập kết quả thử nghiệm.. Đặc biệt, tiêu chuẩn quy định tỷ lệ giữa thể tích chất điện phân và diện tích bề mặt mẫu không được nhỏ hơn 5ml/cm2, nếu không nó sẽ ảnh hưởng lớn đến tốc độ ăn mòn giữa các hạt.

Điều kiện ăn mòn bề mặt mẫu là phải xảy ra phản ứng catot (kết tủa hydro và giảm oxy). Giá trị pH của dung dịch thử tăng theo thời gian, làm giảm sự ăn mòn chất điện phân.

Trong số 8 loạt hợp kim nhôm bị biến dạng, các 6000 loạt hợp kim là một loại Al-Mg-Si (cu, Zn) hợp kim, một trong những hợp kim dễ bị ăn mòn giữa các hạt nhất, đó là, loạt hợp kim này có độ nhạy khá mạnh đối với sự ăn mòn giữa các hạt.

Để kiểm tra xu hướng ăn mòn giữa các hạt của 6000 loạt hợp kim, một trong những phương pháp hiệu quả nhất là thực hiện ăn mòn bằng kiềm và sau đó khử nhiễm sau ISO 11846 kiểm tra tiêu chuẩn, và xử lý khử nhiễm sử dụng dung dịch axit nitric đậm đặc. Tuy nhiên, khắc trong 2 phút-5 phút trong dung dịch NaOH có nhiệt độ 50oC -60oC và nồng độ (5-10) wt% sẽ ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra.

Một giải pháp thay thế hiệu quả cho phương pháp ăn mòn bằng kiềm là sử dụng dung dịch axit nitric/axit hydrofluoric, có thể loại bỏ nhôm khỏi các hạt sơ cấp giàu sắt trên bề mặt một cách hiệu quả. Được biết, các hạt nhôm có thể đẩy nhanh quá trình ăn mòn hợp kim nhôm trong dung dịch clorua vì chúng là các catốt cực nhỏ cục bộ và các hạt này cũng là nguồn gốc của sự ăn mòn giữa các hạt. (IGC). So sánh với sự ăn mòn trong dung dịch kiềm, hợp kim ăn mòn chậm hơn trong dung dịch axit nitric/florua.

6000 loạt hợp kim không chỉ được sử dụng rộng rãi nhất, khối lượng lớn nhất, đa dạng nhất (thương hiệu) hợp kim nhôm biến dạng, mà còn là một trong những chất nhạy cảm nhất với sự ăn mòn giữa các hạt. Tuy nhiên, miễn là các thông số kỹ thuật của quy trình, đặc biệt là quá trình xử lý nhiệt, được tuân thủ nghiêm ngặt trong sản xuất, cấu trúc được thiết kế hợp lý, và quá trình sản xuất thật tuyệt vời, sự ăn mòn này có thể tránh được hoàn toàn. Độ nhạy ăn mòn giữa các hạt của 6000 các cấu trúc và bộ phận hợp kim loạt cũng liên quan chặt chẽ đến môi trường làm việc của chúng, vì vậy cần hết sức chú ý khi thiết kế kết cấu.