Коррозия алюминия: влияние легирования

Коррозия технического алюминия

Технический алюминий (99,00 % и чище) всегда более стоек к коррозии, чем любой алюминиевый сплав.

В сильно концентрированных  кислотных и щелочных растворах он быстро растворяется, но в интервале рН от 4 до 9 на его поверхности могут появляться только пятна и незначительная локальная питтинговая коррозия.

Чистый алюминий не подвержен таким серьезным видам локальной коррозии, как межкристаллитная и подповерхностная коррозия.

Коррозионная стойкость алюминия снижается с увеличением содержания примесей — железа, кремния и меди. Медь и часть кремния находятся в твердом растворе. Частицы вторичной фазы содержат или железо или железо и кремний – Al6Fe, Al3Fe и Al12Fe3Si2 – все они являются катодными, более благородными, к алюминиевой матрице. Когда эти частицы находятся на поверхности, оксидная пленка над ними или очень тонкая, или ее вообще нет.

Эти частицы образуют локальные электрические цепи, которые вызывают питтинговую коррозию поверхности, которая находится в токопроводящем электролите (рисунок 1). Количество и размер таких корродирующих участков пропорциональны доле площади, занимаемой частицами вторичной фазы.   

korrozija-aljuminija-9950 Рисунок 1

Коррозия дюралюминов 

У дюралей-дюралюминов медь является основным легирующим элементом. Поэтому у них более низкая коррозионная стойкость, чем у других сплавов, у которых меди намного меньше. Электрохимические эффекты коррозии могут проявляться в этих сплавах значительно сильнее, чем в других сплавах уже потому, что у них выше разность электродных потенциалов различных участков поверхности при колебании содержания меди в твердом растворе.

Однако снижение общего сопротивления коррозии с увеличением содержания меди происходит не из-за неоднородности меди в твердом растворе, а из-за гальванических ячеек, которые образуются на мельчайших частичках меди, которые осаждаются на поверхность сплава в результате его коррозии.

Коррозия сплавов алюминия с магнием

Сплавы AlMg имеют высокое сопротивление коррозии и поэтому широко применяются в строительстве, химической и пищевой промышленности, а также в машинах и сооружениях, подвергающихся воздействию морской воды.

При малом содержании в сплаве (где-то до 3 %) магний находится в твердом растворе или частично в виде частиц Al8Mg5, которые равномерно распределены по матрице. Сопротивление коррозии у таких сплавов как у алюминия.

В сплавах с содержанием магния более 3 % частицы Al8Mg5 начинают выпадать в основном не внутри зерен, а по их границам, что весьма отрицательно сказывается на коррозионной стойкости.

Коррозия сплавов алюминия с магнием и кремнием

Довольно высокая прочность и очень хорошее сопротивление коррозии делает эти термически упрочняемые сплавы весьма подходящим для применения в строительстве, морской инфраструктуре и машиностроении. Фаза Mg2Si является основой механизма упрочнения этих сплавов. Как в твердом растворе, так и в виде выделений она оказывает пренебрежимо малое влияние на электродный потенциал.

Добавки меди, которые вводят для повышения прочностных свойств некоторых из этих сплавов, ограничивают небольшими количествами, чтобы минимизировать отрицательное влияние на коррозионную стойкость. При содержании меди более 0,5 % может начать проявляться межкристаллитная коррозия.

Когда в этих сплавах содержание магния и кремния сбалансировано в пропорции для образования только Mg2Si (сплавы 6060/6063 и АД31), то межкристаллитная коррозия очень незначительна в большинстве промышленных атмосфер. Если сплав содержит кремния больше чем нужно для образования Mg2Si, как, например, в сплаве 6005, то склонность к межкристаллитной коррозии возрастает.

Коррозия сплавов алюминия с цинком

В этих сплавах магний, марганец и медь добавляют для достижения различных уровней прочности.

Сплавы с медью, например, 7075 или В95, имеют максимальную прочность и применяются как конструкционный материал, в том числе в самолетостроении.

Сплавы без меди, например, 7005 или 1915, имеют много положительных качеств: высокая прочность, высокая вязкость, хорошие обрабатываемость, формуемость и свариваемость. Их все больше применяют в автомобилях (например, в бамперах), строительных конструкциях и транспортных средствах. Поскольку эти сплавы содержат цинк, они являются анодными к техническому алюминию и другим алюминиевым сплавам. Из всех алюминиевых сплавов они наиболее склонны к коррозии под напряжением.

Сопротивление общей коррозии сплавов без легирования медью достигает уровня сплавов AlMn, AlMg и AlMgSi. Сплавы, легированные медью, например, 7075 и В95, имеют более низкое сопротивление общей коррозии, чем сплавы без меди (7005 и 1915). Все сплавы AlZn являются более стойкими к общей коррозии, чем сплавы Alu-(Mg,Mn), но уступают в этом сплавам других серий.

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