El paper d'alumini i la làmina resisteixen la corrosió perquè es forma una pel·lícula d'òxid compacta d'uns pocs nanòmetres de gruix{0}}en mil·lisegons després de l'exposició a l'aire. Aquesta pel·lícula auto-renovable explica per què la làmina nua sobreviu a anys de servei a l'interior i els seus límits expliquen per què el mateix material falla ràpidament a l'aire lliure o a les plantes químiques. Entendre la línia de base electroquímica fa que l'elecció de l'anoditzat, el recobriment o el disseny de les juntes sigui molt més previsible.
Per què l'alumini es corroeix: la línia de base electroquímica
A la sèrie galvànica, l'alumini és fortament anòdic i és més negatiu que la majoria dels metalls estructurals, a part del magnesi i el zinc. Quan l'alumini s'acobla a l'acer, acer inoxidable o coure en presència d'un electròlit, l'alumini es converteix en l'ànode de sacrifici i el metall més noble impulsa la seva dissolució.
L'òxid natiu també és anfòter: és estable entre aproximadament pH 4 i pH 9 i es dissol ràpidament en àcids o àlcalis forts. Per tant, l'aigua de pluja, els detergents neutres i la majoria d'olis d'hidrocarburs causen poc dany, mentre que un descalcificador àcid o un rentat càustic poden eliminar la barrera en qüestió de minuts. Totes les mesures de protecció que es comenten a continuació engrossiran aquesta barrera, l'estabilitzen químicament o eliminaven les condicions que la trenquen.
Com es desenvolupen les principals formes de corrosió
Els errors en làmines, làmines i extrusions segueixen diferents desencadenants i s'han de separar abans de seleccionar un pla de protecció.
| Forma de corrosió | Disparador | On apareix | Contramesura pràctica |
|---|---|---|---|
| Pitting | Els ions clorur penetren en els punts febles de la pel·lícula d'òxid | Superfícies de làmines, material de bobina, exposició marina o costanera | Limiteu el contacte amb clorurs, especifiqueu superfícies anoditzades o recobertes |
| Intergranular | Límits de gra sensibilitzats en aliatges d'Al-Mg 5xxx que es mantenen per sobre dels 65 graus | Soldeu les zones-afectades a la calor i la placa-exposada a la calor | Controleu l'exposició tèrmica, seleccioneu temperaments de baixa-sensibilització |
| Escletxa | Electròlit estancat als buits, pH inferior a 4 o superior a 9 | Juntes de solapa, seients de juntes, interfícies de fixació | Segellar juntes, evitar juntes absorbents, dissenyar per al drenatge |
| Galvànica | Contacte amb un metall més noble més un pont electròlit | Marcs-metàl·lics mixts, elements de fixació, suports | Aïllar l'articulació, gestionar la proporció d'àrea, recobrir ambdós metalls |
| Exfoliació | Microestructura sensibilitzada combinada amb una textura enrotllada | Vores enrotllades o extruïdes de seccions gruixudes | Control de temperament i tractament tèrmic, segellar les vores exposades |
Enginyeria de superfícies per a una major resistència a la corrosió
El tractament superficial és la palanca més directa. Cada procés inferior comercialitza el cost, el gruix i l'aspecte de manera diferent, de manera que l'especificació hauria de seguir la classe d'exposició i no a la inversa.
Anoditzatconstrueix una capa d'òxid de 5-150 µm amb una estructura de porus columnar; segellar aquests porus tanca la via principal dels clorurs i es pot combinar amb colorants.
Recobriment de conversióhistòricament es basava en inhibidors de crom hexavalent que donaven un efecte d'auto{0}}curació. Com que el Cr(VI) està restringit, els recobriments de conversió de titani o zirconi lliures de crom-trivalent són ara l'especificació normal.
Oxidació electrolítica del plasmacrea recobriments d'alúmina ceràmica d'uns 300 µm de gruix amb una duresa propera als 2000 HV, adequats on l'abrasió i la corrosió actuen conjuntament.
Recobriments de sol-gelutilitzar dispersions de nanopartícules de zirconi per formar una barrera química densa que s'uneix de manera covalent a l'òxid.
Fusió de superfície làserrefina la microestructura propera-de la superfície i dissol les partícules intermetàl·liques que, d'altra manera, actuarien com a llocs d'iniciació de picades.
Regles de disseny que suprimeixen l'atac galvànic i d'escletxes
La geometria sovint decideix el rendiment de la corrosió més que l'elecció de l'aliatge. Les regles següents són econòmiques en l'etapa de dibuix i costoses de modificar.
Aïllar metalls diferents amb volanderes dielèctriques, mànigues o juntes; una separació de 0,1 mm és suficient per trencar el camí conductor.
Manteniu la proporció d'àrea del càtode-a-ànode conservadora, per sota d'aproximadament 1:100 quan un petit component d'alumini es troba amb una gran estructura inoxidable.
Utilitzeu ànodes de zinc de sacrifici o imprimacions-rics en zinc per a muntatges submergits i marins.
Eviteu les juntes absorbents i els buits cecs que contenen l'electròlit; Proporcioneu drenatge perquè la humitat no pugui quedar-se en una escletxa.
Ompliu les juntes de fixació amb un segellador conductor perquè l'electròlit no arribi mai a la interfície del fil.
Supervisió de proves, qualificació i{0}}en servei
La qualificació del laboratori normalment comença amb polvorització de sal neutre segons ASTM B117 o el seu equivalent ISO 9227, una boira de clorur de sodi al 5% mantinguda a 35 graus, informant de les hores fins al primer òxid blanc o ampolla. L'esprai de sal només és una eina de cribratge; un programa complet afegeix mètodes electroquímics i de camp.
L'espectroscòpia d'impedància electroquímica resol la resistència de la barrera i la capacitat del recobriment mitjançant un ajust de circuits equivalents-, detectant la degradació abans que l'atac sigui visible.
Les proves de corrosió cícliques alternen les fases de boira salina, humitat i assecat per reproduir el servei real amb més fidelitat que l'esprai continu.
La mesura de l'evolució d'hidrogen quantifica les taxes de dissolució en medis àcids.
L'escaneig de mapes de la sonda Kelvin detecta diferències potencials a micro-escala que marquen una picadura incipient.
El monitoratge de camp fa servir sondes de resistència elèctrica per a pèrdues de metall, sensors de soroll electroquímic per a transitoris de picadura, matrius d'electrodes múltiples per a mapes d'atacs localitzats i sensors de pH de fibra-incrustats en recobriments per marcar llocs defectuosos.
El mapatge de potencial robòtic admet la inspecció de grans superfícies de tancs i vaixells sense bastides.
La concordança del règim de prova amb l'entorn real és el que fa que un programa de corrosió sigui creïble: la perforació conduïda per clorur{0}} requereix exposició a la sal, el contacte alcalí requereix proves d'immersió i els conjunts de metalls mixts- requereixen proves d'acoblament galvànic en lloc de proves de cupons aïllats.
Preguntes freqüents
P: Quins aliatges d'alumini són més vulnerables a la corrosió intergranular?
Els aliatges Al-Mg 5xxx són el cas clàssic. Quan una microestructura sensibilitzada es desenvolupa als límits del gra després d'una exposició prolongada per sobre d'uns 65 graus, els límits es corroeixen preferentment, de manera que les zones de-placa i soldadura exposades a la calor necessiten temperaments de baixa-sensibilització.
P: L'anoditzat és sempre millor que un recobriment de conversió?
No universalment. L'anodització proporciona una barrera més gruixuda, més dura i més resistent a l'abrasió-, mentre que un recobriment de conversió és més prim, més barat i conserva millor la resistència de contacte elèctric, la qual cosa és important per als camins de connexió a terra.
P: Per què les proves de polvorització de sal no prediuen directament la vida útil?
La boira contínua manté la superfície humida i rica en clor-, cosa que sobre-pesa les picades en relació amb els cicles d'assecat, l'exposició als raigs UV i els danys mecànics. Els règims cíclics i els panells d'exposició de camp es correlacionen molt millor amb el servei real.
P: Com es pot controlar la corrosió galvànica quan l'aïllament és impossible?
Gestioneu la relació d'àrea perquè l'ànode d'alumini sigui gran en relació al càtode, recobriu el metall catòdic i accepteu un comportament de sacrifici controlat on l'ànode es pugui substituir a intervals planificats.
P: Quina és la manera més ràpida de detectar la ruptura del recobriment al camp?
L'espectroscòpia d'impedància electroquímica i el mapa de sondes Kelvin d'escaneig detecten la pèrdua de rendiment de la barrera abans de la corrosió visible, i les sondes de resistència elèctrica donen una tendència contínua de pèrdua-de metalls en els actius crítics.
P: Una capa d'òxid més gruixuda garanteix una vida més llarga?
Només si roman intacte i segellat. Els porus no segellats, els danys de mecanitzat i les vores afilades creen llocs d'inici, de manera que la protecció de les vores i la disciplina de manipulació importen tant com el gruix nominal del recobriment.
