Понимание коррозии и межкристаллитной коррозии в алюминиевом сплаве серии 6000 | MachineMFG

Понимание коррозии и межкристаллитной коррозии в алюминиевом сплаве серии 6000

0
(0)

Согласно традиционным методам оценки, прямой экономический ущерб от коррозии в Китае составляет около 3% ВВП в год, при этом сталь, израсходованная на коррозию, составляет около трети годового объема производства, из которых около десятой части не подлежит переработке.

Коррозионная стойкость алюминия и алюминиевых сплавов значительно выше, чем у стали, что приводит к гораздо меньшим потерям от коррозии. Тем не менее, независимо от материала металла и уровня его коррозионной стойкости, в процессе эксплуатации всегда в той или иной степени будут происходить коррозионные потери.

Ежегодные потери алюминия от коррозии оцениваются примерно в 0,5% от объема производства алюминия за этот год. Виды коррозии, возникающие в алюминии и алюминиевых сплавах, включают точечную коррозию, межкристаллитная коррозияКоррозионное растрескивание под напряжением и слоистая коррозия.

Алюминиевые сплавы серии 6000 имеют самую высокую производительность среди деформируемых алюминиевых сплавов. Хотя их коррозионная стойкость не так хороша, как у алюминиевых сплавов серий 1000, 3000 и 5000, она все же значительно выше, чем у алюминиевых сплавов серий 2000 и 7000.

Сплавы 6000-й серии имеют относительно высокую склонность к межкристаллитной коррозии, поэтому важно оценить их чувствительность к межкристаллитной коррозии для критических конструкций.

1. Классификация коррозии алюминия

Проявления коррозии алюминия можно разделить на два типа: комплексная коррозия и локальная коррозия.

Комплексная коррозия, также известная как равномерная коррозия, означает потери, которые происходят равномерно по всей поверхности материала при его контакте с окружающей средой. Примером равномерной коррозии алюминия является коррозия, возникающая в щелочном растворе, например, при промывке щелочью.

В результате равномерной коррозии алюминиевая поверхность становится тоньше с относительно постоянной скоростью, что приводит к уменьшению массы. Однако следует отметить, что абсолютно равномерной коррозии не существует, и утонение толщины может быть различным в разных областях.

Под локальной коррозией понимается коррозия, которая ограничивается определенными участками или частями конструкции. Этот тип коррозии можно разделить на несколько категорий, включая:

1. Питтинг

Точечная коррозия возникает на отдельных участках металлическая поверхность и приводит к образованию небольших полостей или ямок, которые могут расти и в конечном итоге привести к перфорации.

Если диаметр отверстия меньше его глубины, это называется точечной коррозией. Если диаметр отверстия ямы больше ее глубины, это называется ямочной эрозией.

Не существует четкой границы между точечной коррозией и эрозией.

Типичный пример питтинговой коррозии алюминия - в водном растворе, содержащем хлорид.

Питтинговая коррозия является наиболее распространенным видом коррозии алюминия и вызывается разностью потенциалов между определенными участками алюминия и алюминиевой матрицей или присутствием примесей с потенциалом, отличным от потенциала алюминиевой матрицы.

точечная коррозия алюминия

2. Межкристаллитная коррозия

Этот вид коррозии избирательно воздействует на границы зерен металла или сплава, не вызывая значительной эрозии зерен или кристаллов. Это приводит к резкому снижению механических свойств материала, что приводит к структурным повреждениям или разрушениям.

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия возникает, когда определенные условия приводят к повышению активности на границах зерен, например, примеси на границах зерен или колебания в концентрации элементы сплава на границах зерен.

Другими словами, на границе зерен должен быть тонкий слой, который заряжен электроотрицательно по отношению к остальному алюминию, что делает его более восприимчивым к коррозии. Этот тип коррозии может возникнуть у алюминия высокой чистоты в соляной кислоте и высокотемпературной воде. Такие сплавы, как AI Cu, AI Mg Si, Al Mg и Al Zn Mg, особенно чувствительны к межкристаллитной коррозии.

3. Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия - распространенная форма коррозии алюминия.

Когда два металла с разным уровнем активности, например алюминий (анод) и менее активный металл, соприкасаются в одной среде или соединяются проводником, образуется гальваническая пара и течет ток, вызывая гальваническую коррозию. Этот тип коррозии также известен как биметаллическая коррозия или контактная коррозия.

Алюминий имеет очень отрицательный естественный потенциал, и при контакте с другими металлами он всегда является анодом, что ускоряет процесс коррозии. Почти весь алюминий и алюминиевые сплавы подвержены гальванической коррозии.

Чем больше разность потенциалов между двумя контактирующими металлами, тем сильнее гальваническая коррозия. Важно отметить, что соотношение площади поверхности имеет решающее значение при гальванической коррозии, и наиболее неблагоприятным сочетанием является большой катод и маленький анод.

4. Щелевая коррозия

Щелевая коррозия возникает, когда два одинаковых или различные металлы или когда металл соприкасается с неметаллом, образуя зазор. Коррозия возникает в зазоре или рядом с ним из-за недостатка кислорода в этой области, что создает концентрационную ячейку.

Щелевая коррозия не зависит от типа сплава и может возникать даже в высококоррозионностойких сплавах. Кислая среда в верхней части зазора является движущей силой коррозии и представляет собой разновидность коррозии под осадком (накипью).

Примером щелевой коррозии под окалиной является коррозия, возникающая под раствором на поверхности здания из сплава 6063. алюминиевые профили.

Коррозия соединений может быть вызвана отложениями, накипью и загрязнениями на металлическая поверхность фланцевые соединения, крепежные поверхности, поверхности нахлеста, поры сварного шва, слои ржавчины и раковины.

5. Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением - это вид коррозии, возникающий при одновременном наличии растягивающего напряжения и специфической коррозионной среды. Напряжение может быть внешним или остаточное напряжение внутри металла, что может быть вызвано такими факторами, как деформация в процессе обработки и производства, резкие изменения температуры при закалке или изменение объема в результате изменения внутренней структуры.

Сайт остаточное напряжение также может быть вызвана такими процессами, как клепка, крепление болтами, прессовая посадка и холодная усадка.

Когда растягивающее напряжение на металлическая поверхность достигает предела текучести Rp0,2, возникает коррозионное растрескивание под напряжением.

Алюминиевые сплавы серий 2000 и 7000 могут создавать остаточное напряжение при закалке, которое следует устранять путем предварительного растяжения перед обработкой старением, чтобы избежать деформации или появления напряжения в деталях самолета во время обработки.

6. Многослойная коррозия

Слоистая коррозия, также известная как расслаивание, откол или оголение, - это специфическая форма коррозии, которая возникает в сплавах серий 2000, 5000, 6000 и 7000. Она часто встречается в экструдированных материалах и после ее возникновения может отслаиваться слой за слоем, как слюда.

7. Филлипсообразная коррозия

Филлиформная коррозия - это вид ползучей коррозии, которая может развиваться под алюминиевыми лакокрасочными или другими покрытиями, но не встречается под анодными оксидными пленками. Этот тип коррозии обычно встречается в алюминиевых конструкциях самолетов, а также в строительных или конструкционных алюминиевых деталях.

На возникновение нитевидной коррозии влияют такие факторы, как состав материалаПредварительная обработка перед нанесением покрытия, а также факторы окружающей среды, такие как температура, влажность и уровень хлоридов.

2. Межкристаллитная коррозия сплавов серии 6000

6000 серия алюминиевых Сплавы, которые могут быть упрочнены с помощью термообработки, являются наиболее часто используемыми деформируемыми алюминиевыми сплавами на сегодняшний день. Это сплавы Al Mg Si и Al Mg Si Cu. В 2018 году 126 из 706 зарегистрированных в Алюминиевой ассоциации, Inc. сплавов были сплавами 6000-й серии, что составляет 18%.

Эти сплавы широко используются в строительной, конструкционной и транспортной отраслях благодаря хорошей обрабатываемости, умеренной прочности и отличной коррозионной стойкости. Однако при неправильном соотношении состава сплава, неправильном выборе параметров термообработки или неправильной обработке и формовке в хлорсодержащих средах может возникнуть межкристаллитная коррозия.

В основном межкристаллитная коррозия возникает в сплавах с небольшим количеством меди и высоким соотношением Si/Mg. Как правило, содержание меди в большинстве медьсодержащих сплавов составляет не более 0,4%, и только в четырех сплавах, таких как 6013, 6113, 6056 и 6156, содержание меди достигает 1,1%. Медь добавляется в сплавы Al Mg Si для улучшения механических свойств сплава.

Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения показала, что в сплавах с чувствительностью к межкристаллитной коррозии часто встречаются богатые медью сегрегационные слои и катодные осадки q-фазы. q-фаза представляет собой четвертичную интерметаллическую фазу с молекулярной формулой Cu2Mg8Si5Эл4, который осаждается по границе зерен, вызывая анодное растворение прилегающего твердого раствора и образуя зону, свободную от осадков.

3. Тест на чувствительность к межкристаллитной коррозии

Существует два распространенных метода определения чувствительности алюминиевых сплавов к межкристаллитной коррозии: полевые испытания и ускоренные испытания погружением. При ускоренных испытаниях для ускорения процесса коррозии часто используется раствор хлористого калия с соляной кислотой (метод B по ISO 11846) или раствор хлористого калия с перекисью водорода (ASTM G110).

После испытания поперечное сечение образца исследуется с помощью металлографии или измеряется потеря механических свойств. Результаты ускоренных испытаний по стандарту ISO 11846 полностью совпадают с результатами полевых испытаний в морской атмосфере.

Однако при ускоренном испытании почти все границы зерен вблизи поверхности образца подвергаются сильной коррозии (равномерная межзерновая коррозия), в то время как при полевых испытаниях поверхность образца корродирует только в ограниченных областях (локальная коррозия). Несмотря на эту разницу, ускоренное испытание по-прежнему является стандартным методом для точного определения наличия зернограничной коррозии в материалах.

В автомобильной промышленности часто определяют наличие межкристаллитной коррозии в алюминиевом сплаве 6000-й серии по стандарту ISO 11846 методом B. Для этого необходимо погрузить небольшой образец (площадь поверхности менее 20 см2) в кислый раствор хлорида натрия комнатной температуры (pH = 1) на 24 часа, а затем провести металлографический контроль для определения типа коррозии (питтинговая или межкристаллитная).

Очень важно определить степень коррозионного повреждения поверхности и максимальную глубину коррозии. Последние исследования показывают, что внесение некоторых существенных изменений в условия испытаний не окажет значительного влияния на воспроизводимость результатов.

Стандарт устанавливает, что отношение объема электролита к площади поверхности образца не должно быть меньше 5 мл/см2, иначе это существенно повлияет на скорость межкристаллитной коррозии. Для того чтобы поверхность образца корродировала, должна происходить катодная реакция (осаждение водорода и восстановление кислорода), а значение pH испытуемого раствора должно со временем увеличиваться, что приводит к уменьшению коррозии в электролите.

Из 8 серий деформируемых алюминиевых сплавов сплав серии 6000 является разновидностью сплава Al Mg Si (Cu, Zn) и сильно подвержен межкристаллитной коррозии. Эта серия имеет высокую чувствительность к межкристаллитной коррозии.

Для проверки склонности к межкристаллитной коррозии сплава 6000-й серии наиболее эффективным методом является щелочное травление в соответствии со стандартом ISO 11846, а затем деконтаминационная обработка концентрированным раствором азотной кислоты. Однако на результаты может повлиять травление в растворе NaOH с температурой 50-60℃ и массовой долей 5-10% в течение 2-5 минут.

Более эффективной альтернативой травлению щелочью является использование раствора азотной кислоты/гидрофтористой кислоты, который может эффективно удалять алюминий из богатых железом протопластовых пятен на поверхности. Частицы алюминия могут ускорить коррозию алюминиевых сплавов в хлоридных растворах, поскольку они являются локальными микрокатодами и источником межкристаллитной коррозии.

Коррозия сплава в растворе азотной кислоты/фторида происходит медленнее по сравнению с коррозией в растворе щелочи.

Сплав серии 6000 - это не только широко используемый, высокопроизводительный и разнообразный деформированный алюминиевый сплав, но и один из деформированных сплавов с высокой чувствительностью к межкристаллитной коррозии. Тем не менее, межкристаллитную коррозию можно предотвратить, строго придерживаясь технологических спецификаций, особенно процесса термообработки, а также применяя разумную конструкцию и отличную производственную практику.

Чувствительность конструкций и компонентов из алюминиевого сплава серии 6000 к межкристаллитной коррозии также тесно связана с условиями эксплуатации. Поэтому при проектировании конструкций необходимо уделять этому особое внимание.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх