Окисление алюминия и способы борьбы с коррозией

Окисление алюминия – это реакция, в результате которой металл (Al) соединяется с кислородом (О) образуя оксиды. Существует мнение, что алюминий не окисляется и, как следствие, не коррозирует, но это не так.

Во-первых, в чистом виде алюминий почти не встречается – алюминиевый профиль, детали техники и другую продукцию производят из сплавов (дюраль, авиаль и другие). Единственное исключение – химическая промышленность. В ней применяют алюминий AB₁ и AB₂– это марки повышенной чистоты фактически без примесей. Поэтому окисляемость сплава в данном случае важнее окисляемости самого металла.

Во-вторых, окисление алюминиевых деталей происходит даже в обычных условиях при контакте с воздухом, но на небольшую глубину. На поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка, которая препятствует глубокой коррозии. Из-за этой пленки материал считают влагостойким и «не боящимся ржавчины».

Химически реакция образования окислов выглядит так:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Результат реакции (2Al₂O₃) — это и есть оксидная пленка. Условия, при которых протекает реакция, влияют на толщину пленки, которая может составлять от 5 до 100 нм. На материале, который хранится в складских условиях, сплошной оксидный слой может составлять от 0,01 до 0,02 мкм.

С чем вступают в реакцию алюминиевые сплавы

Скорость реакции алюминиевого сплава с воздухом зависит от температуры: чем она выше, тем интенсивнее окисляется металл. Также алюминий активно реагирует с:

кислотами – серной, муравьиной, щавелевой, хлорорганическими;
щелочами – растворяют оксидную пленку, провоцируя реакцию Al с водой или влагой из воздуха;
солями ртути, меди, ионами хлора и другими элементами.

Коррозия алюминия может случиться как результат разрушения оксидной пленки при определенных условиях. Специалисты различают три вида коррозии:

Тип коррозии	Условия	Внешние признаки
Химическая	Присутствие сухих газов и неэлектролитных жидкостей.	Протекает равномерно по всей поверхности металла.
Электрохимическая	Контакт с водой и другими электролитами.	Может проникать глубоко в структуру металла. Опаснее, чем химическая коррозия.
Газовая	Горячая обработка деталей (сплав обрабатывается химически активным газом).	На поверхности металла образуется защитная пленка из продуктов реакции газа с металлом.

Способы защиты алюминия от окисления и коррозии

Чтобы защитить металл от разрушения, в промышленности разработаны и активно применяются несколько технологий, которые призваны повысить коррозионную стойкость сплавов на основе алюминия. Рассмотрим самые распространенные из них.

Легирование

Легированием называют добавление в состав материала примесей, которые меняют его химические свойства в ту или иную сторону. Мы уже знаем, что алюминий в промышленности используют в основном в виде сплавов. Некоторые из них производят с легирующими добавками, цель которых – снизить окисляемость материала.

В качестве легирующих добавок используют:

магний – придает сплаву прочность и пластичность, повышает устойчивость к разрушению даже в соленой морской воде;
силен + магний – такие литейные сплавы недороги в производстве и хорошо противостоят естественному окислению во влажной среде;
марганец – придает сплаву пластичность и улучшает свариваемость, а также не дает ему активно окисляться на воздухе.

Окрашивание

Относительно простой способ увеличить стойкость металла к образованию окислов – покрыть его слоем краски, которая будет препятствовать контакту с воздухом. Для покраски алюминиевых деталей обычно используют порошковые красители, а процесс проходит в 3 этапа:

очищение и обезжиривание поверхностей;
нанесение красителя;
полимеризация при повышенной температуре (как правило, +220°С).

В строительстве, когда алюминиевые конструкции размещают на участках возможного контакта с бетоном, для их защиты используют битумную краску или расплавленный битум.

При так называемом мокром окрашивании, когда применяют жидкую краску, алюминиевый профиль и другие детали предварительно необходимо зашлифовать, высушить и нанести на них специальную грунтовку. Чаще всего используют грунтовку на основе цинка, которую наносят в несколько слоев, каждый раз дожидаясь полного высыхания детали. Окрашенную поверхность можно дополнительно покрыть лаком на масляной или глифталевой основе.

Анодное оксидирование

Анодным оксидированием называют направленный процесс создания прочной, толстой оксидной пленки на поверхности алюминиевой детали. Из анодированных металлов производят детали для световой техники и отделки морских судов, мебельную фурнитуру.

В промышленности чаще всего используют два способа «нарастить» оксидную пленку на сплавах из алюминия:

«Холодное» оксидирование. Детали помещают в электролит на основе серной кислоты, и при постоянной температуре до +10°С пропускают через них электрический ток. Чтобы пленка прочно закрепилась на поверхности, изделие варят в очищенной воде.
«Теплое» оксидирование. Окрашивание происходит по схожей технологии, но уже в горячем растворе электролита. При теплом анодировании алюминия применяются красители, которые задают цвет готового изделия.

В анодированном виде алюминий не только лучше противостоит окислению, но и обладает повышенной теплоизоляцией.

Защита готовых изделий от окисления

Чтобы защитить готовые детали из алюминиевых сплавов от окисления и постепенного разрушения, рекомендуется:

Ограничить контакт с другими металлами. Во избежание так называемой гальванической коррозии конструкции из алюминиевого профиля или листов обычно собирают с применением метизов либо из нержавеющей, либо из оцинкованной стали. Если контакт с другим металлом неизбежен, изделие можно покрыть грунтовкой или использовать битумные прокладки.
Выбирать для эксплуатации в условиях высокой влажности сплавы с улучшенной стойкостью к коррозии (с добавлением магния, марганца, но не меди).
Соблюдать условия хранения изделий. Не допускать попадания воды на поверхность материала, использовать осушители воздуха на складах.

Итог

Алюминий и большинство сплавов из него склонны к окислению, поэтому для защиты изделий из них используют различные технологии: анодирование, легирование, покрытие защитными составами. Чтобы материал долго не подвергался разрушению, важно соблюдать условия его хранения и не допускать контакта с другими металлами, влагой, кислотами, щелочами.