Питтинговая коррозия алюминия

Питтинговая или точечная коррозия

Питтинговая коррозия является наиболее часто встречающимся видом коррозии алюминия и алюминиевых сплавов. Часто ее называют точечной коррозией. Язвы образуются в оксидной пленке алюминия, подверженной воздействию атмосферы, пресной или соленой воды и других нейтральных электролитов. Поскольку в растворах с высокой кислотностью или высокой щелочностью оксидная пленка обычно не устойчива, то питтинговая коррозия бывает только при интервале величины рН от 4,5 до 9,0.

Язвы могут быть мельчайшими и концентрированными или широко разбросанными и различными по размерам в зависимости от химического состава алюминиевого сплава, качества оксидной пленки и свойств корродирующей среды. Явление питтинга может усиливаться наличием щелей и контактов алюминия с другими металлами.

Морфология питтинговой коррозии алюминия

Известно, что хлоридные ионы способны «прорывать» оксидную пленку. Хлорид алюминия (AlCl3) обычно присутствуют в растворе внутри язвы и его концентрация увеличивается при развитии коррозии или при снижении влажности окружающего воздуха. Насыщенный раствор хлорида алюминия имеет величину рН около 3,5, поэтому на дне коррозионных язв коррозия продолжается до тех пор, пока туда еще могут мигрировать кислород и корродирующий электролит. Форма коррозионных язв может меняться от мелких блюдцеобразных до полусферических и далее – до глубоких круглых цилиндрических отверстий. Это отличает питтинговую коррозию от межкристаллитной коррозии, при которой образуются подповерхностные «туннели» вдоль границ зерен, обычно видимые только в микроскоп.

Рисунок — Гальваническая химия точечной коррозии

Рейтинг стойкости к питтинговой коррозии

Сопротивление алюминиевых сплавов питтинговой коррозии существенно зависит от степени их чистоты. Чистый алюминий имеет максимальное сопротивление питтинговой коррозии, а сплавы различных серий по стойкости к питтинговой коррозии располагаются в следующем порядке (в европейских и международных обозначениях): 1ххх – 5ххх – 3ххх – 6ххх – 7ххх – 2ххх.

Технический алюминий

Чистый алюминий (99,00 % и чище) является более стойким к питтинговой коррозии, чем любой из алюминиевых сплавов. Быстрое растворение оксидной пленки происходит только в высоко кислотных или высоко щелочных растворах. В интервале величины рН от 4 до 9 на оксидной пленке могут лишь возникать пятна и легкая локальная питтинговая коррозия. Сверхчистый алюминий (99,999 % и чище) сопротивляется питтинговой коррозии намного более успешно, чем алюминий промышленной чистоты.

Алюминиево-магниевые сплавы

Из всех промышленных алюминиевых сплавов сплавы 5ххх (Al-Mg) с содержанием магния не более 3 % имеют наилучшее сопротивление питтинговой коррозии и самую низкую скорость распространения язв, особенно в морской воде и водных растворах с содержанием хлоридов. Повышение содержания меди всего лишь до 0,2 % резко снижает стойкость этих сплавов к питтинговой коррозии.

Алюминиево-марганцевые сплавы

Следующими по сопротивлению питтинговой коррозии стоят алюминиевые сплавы 3ххх (Al-Mn), такие как 3003 (АМц) и 3004 (Д12). Алюминиево-марганцевые частицы в этих сплавах имеют электрохимический потенциал аналогичный потенциалу алюминия. Поэтому при низком содержании меди (до 0,05 %) сплавы 3003 и 3004  имеют сопротивление питтинговой коррозии почти такое же как у чистого алюминия. Повышение содержания меди повышает склонность к питтинговой коррозии в хлоридных растворах и при содержании меди около 0,15 % это влияние становится явным.

Медь и железо для питтинговой коррозии алюминия

Медь и железо оказывают наибольшее влияние на склонность к питтинговой коррозии всех алюминиевых сплавов. Хотя сплавы 6ххх (Al-Mg-Si), например, сплав АД31, в целом являются умеренно склонными к питтинговой коррозии, их сопротивление к ней может резко снижаться при повышенном содержании меди и железа, например, сплав АД33 (сплав 6061). Алюминиевые сплавы 7ххх (Al-Zn-Mg) и сплавы 2ххх (Al-Cu-Mg и Al-Cu-Mn), особенно те, что содержат много меди, имеют наименьшее сопротивление питтиниговой коррозии. Поэтому поверхность листов из этих сплавов обычно плакируют — покрывают  тонким слоем технического алюминия, например, алюминий марки АД1пл (99,30 %) по ГОСТ 4784-97 или специального алюминиевого сплава с содержанием около 1 % цинка (АЦпл) по тому же стандарту. Сплавы 7ххх без меди (с марганцем или без него) показывают лучшее сопротивление питтинговой коррозии из всех высокопрочных сплавов.

Предотвращение питтинговой коррозии алюминия

Типичные подходы к снижению или минимизации питтинговой коррозии основаны на следующих принципах:

  • Снижать агрессивность окружающей среды, например, содержание хлоридных ионов, понижать уровень температуры, кислотности и активных окисляющих веществ.
  • Тщательно подбирать материалы алюминиевых конструкций. Например, применять по возможности алюминиевые сплавы 5ххх и 3ххх. Высокопрочные алюминиевые сплавы применять только плакированными.
  • Тщательно проектировать конструкции: избегать образования щелей, применять циркуляцию и перемешивание жидкостей для предотвращения их застоя, обеспечивать эффективный дренаж жидкостей из конструкций.

Источник: Corrosion of Aluminum and Aluminum Alloys. Edited by J.R. Davis. — ASM International, 1999.