Защитное покрытие для алюминия

Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов под воздействием химического или физико-химического влияния окружающей среды. В широком понимании, коррозии подвергаются не только металлы, но и любые материалы, будь то бетон, пластмасса, резина или керамика.

Возникновению коррозии в значительной степени способствуют главным образом вода, а также загрязнение воздуха пылью, солями и другими газами и температурные колебания.

Скорость коррозии зависит от некоторых факторов: природы металла, окружающей его атмосферы, влажности воздуха.

Для защиты от коррозии часто применяется нанесение металлических или неметаллических покрытий. Неметаллическими защитными покрытиями могут выступать различные смазки, пасты, лакокрасочные материалы. Часто в их состав дополнительно вводят ингибиторы, пигменты, пассивирующие поверхность (например, цинк-хроматный пигмент для стали). Иногда поверхность превращают в труднорастворимый оксид или фосфат, обладающий защитными свойствами. Металлическими покрытиями служат цинковые, никелевые, многослойные.

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д.

Основными мероприятиями, направленными на сохранение агрегатов и деталей самолетов от поражения коррозией, являются:

— содержание металлической поверхности в чистоте, так как грязь и пыль в сочетании с влагой, и особенно нефтепродукты, разрушают защитные покрытия и вызывают коррозию;

— предохранение и сохранение защитных покрытий от нанесения механи-

ческих повреждений (царапин, вмятин и др.).

Правильный уход за лакокрасочными, анодированными и другими защитными покрытиями обшивки самолета является одним из условий обеспечения длительного срока службы самолета и сохранения его летных качеств.

Особое внимание при эксплуатации самолетов необходимо обращать на сохранность и своевременное возобновление бесцветного лакового покрытия анодированной обшивки самолета.

В исследовательской части рассмотрены три варианта улучшения антикоррозионных свойств алюминия и его сплавов за счёт применения специальных покрытий.

Электролит анодирования алюминия и его сплавов

Изобретение относится к области получения защитных оксидных пленок на алюминии и его сплавах при сернокислотном анодировании. Технический результат: повышение антикоррозионных свойств анодных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах как при получении их в сернокислотных растворах, так и при последующей эксплуатации в средах с повышенной концентрацией хлоридов.

Известен сернокислый электролит анодирования алюминия, содержащий 300-380 г/л серной кислоты (Л.И.Каданер "Справочник по гальваностегии", Киев, "Техника", 1976 г. с.193). Однако для получения качественных пленок в этом электролите его необходимо охладить (до -5°С) и поддерживать высокое напряжение (до 65 В).

Для решения поставленной задачи предлагается вводить в сернокислотный электролит анодирования две добавки органических веществ, а именно 10-метил-9-(п-аминофенил)-акридиний иодид (или хлорида) и N,N 1 -бис(о-бромбензоил)-фенилсульфинамидина при следующем соотношении компонентов 180-240 г/л серная кислота, 10-метил-9-(п-аминофенил)-акридиний иодид(хлорид) — 0,5-1,5, N,N 1 -бис(о-бромбензоил)-фенилсульфинамидин — 0,3-1,0.

При анодировании добавки адсорбируются растущим анодным оксидным слоем и тормозят коррозионное растравливание пленки и металла как при анодировании, так и при эксплуатации анодированных деталей. Повышение защитного эффекта особенно заметно при наличии в коррозионной среде хлорид-ионов. Снижение концентрации добавок в электролите приводит к ослаблению защитного действия оксидных покрытий. Верхний концентрационный предел обусловлен растворимостью добавок.

Испытания, проведенные на образцах сплава АМГ, показали: во всех случаях оксидные слои, полученные в предлагаемом электролите, имели более высокое защитное действие, чем при анодировании в стандартном электролите, а именно:

— на оксидных покрытиях, полученных в предлагаемом электролите, время капельной пробы значительно выше, чем для получения в известном электролите без добавок.

Этот вывод относится как к электролитам, содержащим хлорид-ионы, так и без них.

— повышенное защитное действие оксидной пленки обнаружилось на образцах, анодированных в предлагаемом электролите, при испытаниях в камере солевого тумана.

— при испытании по ГОСТ 9.031-74 образцы, анодированные в известном электролите, не выдержали испытания, на них обнаружены области явных коррозионных повреждений. В то же время, образцы, которые анодировались в предлагаемом электролите, показали 100%-ную устойчивость.

— заслуживает внимания и тот факт, что образцы, анодированные в стандартном электролите, обнаружили пониженную коррозионную стойкость по сравнению с образцами из предлагаемого электролита (по результатам испытаний в камере солевого тумана и по капельной пробе).

— следует особо отметить, что наиболее высокие показатели защитных свойств оксидных пленок получены в электролите, где присутствуют обе органические добавки: производное акридина и производное фенилсульфинамида.

Информация о добавке содержится в статье О.Н.Чупахина с сотрудниками, ДАН СССР,1969, том 188, №2, с.376-378 и в статье А.В.Харченко и др.,"Журнал органической химии", 1980, т.16, вып.4, с.754-758.

Оксидное композиционное покрытие на алюминии и его сплавах

Изобретение относится к гальванотехнике, а именно к способам получения композиционного покрытия анодным оксидированием алюминия и его сплавов. Покрытие получают оксидированием в электролите, содержащем ультрадисперсные алмазы размером 0,001 — 0,120 мкм в количестве 0,05 — 56 г/л. Способ позволяет повысить твердость, износостойкость, антифрикционные свойства при малом расходе композиционного материала по простой технологии.

Поскольку процесс оксидирования протекает за счет металла матрицы (детали), необходимым условием роста пленки является возникновение пор в результате взаимодействия оксидной пленки с электролитом (чаще всего — с кислотой) и протекание тока.

Оксидное покрытие состоит из двух слоев: пористого толстого внешнего слоя и внутреннего тонкого слоя (барьерный слой).

Неорганическое оксидное композиционное покрытие (далее — композиционное покрытие) алюминия и его сплавов (далее — алюминия) представляет собой неметаллическую матрицу (пористую пленку, в основном, из Al₂O₃) — своеобразный каркас, заполненный удерживаемыми в ее порах частицами солей, оксидов металлов, металлов, неметаллов. Наполнение пленки осуществляется за счет адсорбционных, физико-химических и химических сил. Такие покрытия обладают повышенными физико-механическими характеристиками, износостойкостью, повышенными антикоррозионными и электрофизическими свойствами, улучшенной цветовой гаммой.

В качестве электролитов анодного оксидирования используют, как правило, водные растворы серной, хромовой, щавелевой кислот, их смеси, щелочной раствор полибората натрия.

Примененные в данном изобретении ультрадисперсные алмазы (УДА) или иначе кластерные алмазы представляют собой частицы, по форме близкие к сферическим или овальным, не имеющие острых кромок (неабразивные). Такие алмазы образуют седиментационно и коагуляционно устойчивые системы в электролитах как при рабочей концентрации компонентов, так и при повышенной (в концентратах электролитов).

В настоящее время синтез УДА производится чаще всего путем подрыва специально подготовленных зарядов из смесевых составов тротил-гексоген во взрывных камерах, наполненных неокислительной средой. Получаемая при этом алмазная шихта (смесь алмазов с неалмазными формами углерода) подвергается химической очистке, самой совершенной из которых является обработка алмазной шихты в среде азотной кислоты при высоких температурах и давлении с последующей промывкой.

УДА имеют классическую кубическую (алмазную) кристаллическую решетку с большими поверхностными дефектами, что обусловливает значительную поверхностную энергию таких кристаллов. Избыточная энергия поверхности частиц УДА компенсируется путем образования многочисленных поверхностных групп, образуя на поверхности оболочку ("бахрому") из химически связанных с кристаллом гидроксильных, карбонильных, карбоксильных, нитрильных, хиноидных и прочих групп, представляющих собой различные устойчивые сочетания углерода с другими элементами используемых ВВ — кислородом, азотом и водородом.

Существовать без такой оболочки в обычных условиях микрокристаллиты УДА не могут — это неотъемлемая часть кластерных нано-алмазов, в значительной мере определяющая их свойства.

Т. о. , УДА сочетают в себе парадоксальное начало — сочетание одного из самых инертных и твердых веществ в природе — алмаза (ядро) с достаточно химически активной оболочкой в виде различных функциональных групп, способных участвовать в различных химических реакциях. Кроме того, такие кристаллы алмаза несмотря на компенсацию части неспаренных электронов за счет образования поверхностных функциональных групп имеют еще достаточно большой их избыток на поверхности, т.е. каждый кристаллик алмаза представляет собой, по сути, множественный радикал.

Все это множество разнородных свойств определяет их необычное поведение в различных процессах, в том числе в анодном оксидировании алюминия.

Попытки введения в электролиты оксидирования твердых, не растворяющихся в воде ультрадисперсных частиц двуокиси кремния, нитридов металлов, не привели к позитивному изменению свойств поверхностного оксидного слоя.

Напротив, УДА, имеющие отрицательный заряд, в электролите при наложении ЭДС устремляются к аноду (алюминий и его сплавы) и внедряются в образующиеся при окислении поверхности поры, удерживаясь там после разрядки не только механически, но и с помощью Ван-дер-Ваальсовых и других физико-химических сил. При этом наполнение образуется настолько плотное, что привес оксидной пленки увеличивается в 2-3,5 раза (при одинаковой толщине — без и с использованием УДА). Износостойкость такой пленки возрастает в 10-13 раз, существенно увеличиваются коррозионная стойкость и электроизоляционность.

Т. о. , использование кластерных алмазов для получения анодных оксидных пленок на алюминии и сплавах приводит к одновременному наполнению пленок нерастворимыми УДА непосредственно во время процесса электролиза и существенному улучшению свойств получаемого неметаллического неорганического композиционного покрытия, а именно:

— кластерные алмазы образуют устойчивые дисперсии в электролитах оксидирования;

— малая масса (малая инерционность) алмазных кластеров обеспечивает эффективный массоперенос частиц алмаза к оксидируемой поверхности, это позволяет работать при высоких плотностях тока;

— кластерные алмазы благодаря своей высокой физико-химической активности обеспечивают глубокое проникновение в поры оксидной пленки и плотную упаковку своих частиц, в результате чего образуется высокодисперсная структура композиционного покрытия с повышенной микротвердостью, износостойкостью;

— наполнение оксидной пленки УДА приводит к возрастанию адгезии к металлической подложке и когезии пленки;

— повышение качества покрытия достигается, в том числе, при относительно малом, а самое главное, регулируемом содержании алмазов в покрытии 0,2 — 10 мас.%, что делает процесс экономичным;

— композиционное оксидно-алмазное покрытие имеет высокую коррозионную стойкость;

— эффективный массоперенос алмазов к пористой анодной пленке и внутри ее обеспечивает равномерное наполнение ими пленки, в том числе на эквипотенциальных поверхностях.

Комплекс свойств оксидно-алмазного покрытия, получаемого по предлагаемому способу, и простота процесса делают такой способ конкурентноспособным

с любым из известных способов получения наполненных оксидных пленок.

Водно-дисперсионная антикоррозионная грунт-эмаль

Изобретение относится к водно-дисперсионным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях повышенной влажности. Может использоваться как грунтовка и как самостоятельное лакокрасочное покрытие. Грунт-эмаль включает акриловую дисперсию, антикоррозионные пигменты и наполнители, диспергатор, загуститель и воду. Для повышения антикоррозионных свойств покрытия в составе грунт-эмали используют водорастворимый ингибитор коррозии — смесь калий октадеканоата, трикалий фосфата, 2,2′,2"-Нитрилотриэтанола и поверхностно-активное вещество — техническая смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, улучшающая смачиваемость и адгезию лакокрасочного покрытия к металлической поверхности. Технический результат — повышение экологической безопасности при проведении окрасочных работ и высокие антикоррозионные свойства покрытия при эксплуатации в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях повышенной влажности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание малотоксичной наноингибированной водно-дисперсионной антикоррозионной грунт-эмали с высоким уровнем противокоррозионных свойств в агрессивных атмосферных условиях с повышенной влажностью.

Поставленная задача достигается тем, что в состав водно-дисперсионной грунт-эмали взамен фосфатно-кальциевых кронов вводятся, наряду с малотоксичным фосфатом цинка, водорастворимый органический ингибитор коррозии пассивирующего типа, не содержащий соединения хрома, и поверхностно-активное вещество, обеспечивающие адгезионно-ингибирующее действие на металлическую поверхность.

Новизна технического решения определяется подбором компонентов в оптимальных количествах, способных при высыхании лакокрасочного покрытия формировать на поверхности металла тонкие наноразмерные пленки комплексных соединений, улучшающих адгезию покрытия к металлу и его противокоррозионные свойства.

Предлагаемая водно-дисперсионная антикоррозионная грунт-эмаль по сравнению с прототипом имеет лучшие антикоррозионные свойства. Грунт-эмаль не содержит в своем составе соединений хрома. Использование грунт-эмали по заявленному изобретению для защиты крупногабаритных металлоконструкций обеспечивает высокие антикоррозионные свойства покрытия в агрессивных атмосферных условиях и экологическую безопасность при проведении окрасочных работ.

Рассмотрев плюсы и минусы представленных вариантов защиты от коррозии алюминия и его сплавов, можно сделать следующий вывод: наиболее дешёвыми и менее трудоёмкими в производстве являются способы использования электролита анодирования и водно-дисперсной грунт-эмали. Они в значительной мере улучшают антикоррозионные свойства, в сравнении с известными покрытиями, алюминия и его сплавов.

Однако наиболее перспективным является получение оксидного композиционного покрытия с использованием УДА. Помимо улучшения антикоррозионных свойств, повышается износостойкость, электрофизические свойства. Использование этого открытия может значительно увеличить время между сроками ремонта планера ЛА.

В. СИНЯВСКИЙ. Свойства анодно-оксидных и других твердых покрытий на алюминиевых сплавах. "Технология легких сплавов" № 4, 2003, стр. 40-45.

Покрытие изделий из алюминия оксидными пленками, называемое анодированием, используется в самых различных областях: в строительстве, авиастроении, электронике, производстве бытовой техники и др. Столь широкий спектр применения объясняется тем, что анодно-оксидным пленкам присущ ряд полезных свойств: они делают металл коррозиестойким, обладают хорошей электроизоляцией, вакуумной плотностью, широкой цветовой гаммой.

Тонкие пленки (3-10 мкм), которые наносили в качестве подложки для лакокрасочных покрытий, издавна получали электролизом в растворах серной или хромовой кислоты.

Если при анодировании в электролите содержался щавелевокислый калий-титан с добавками органических кислот, то покрытие приобретало молочно-эмалевидную поверхность. Пленки получались твердыми, но из-за малой толщины эффект оказывался незначительным.

Полноценно защищало бы металл от внешних воздействий твердое анодирование — таким термином стали обозначать процессы нанесения пленок повышенной твердости и толщины. Его разработали в середине 1960-х годов. Для получения пленок толщиной до 250 мкм процесс приходилось вести при низких температурах электролита. К сожалению, при обработке крупных деталей в больших ваннах трудно было равномерно охлаждать раствор. Впоследствии удалось подобрать компоненты электролита таким образом, что высокая твердость пленок уже не зависела от температуры. Появилась возможность получать пленки разных цветов.

В последние годы все шире применяется плазменное нанесение защитных пленок. Материал пленок представляет собой соединение металла катода и плазмообразующего газа. Например, покрытия из нитрида титана имеют очень высокую прочность и красивый золотистый цвет. Покрытия из нитрида хрома напоминают хромированную поверхность.

1. Введение

Как правило, алюминиевые сплавы обладают хорошими антикоррозионными свойствами в следующих средах: атмосфера, пресная вода, морская вода, большинство типов почвы, продуктов питания и множество химикатов. Термин «хорошая коррозионная стойкость» означает, что в большинстве случаев можно использовать алюминий без защитных покрытий и при этом срок службы будет долгим. В зависимости от агрессивности среды, а также назначения продукта, расчетного срока эксплуатации и требований к техническому обслуживанию, могут быть предприняты меры по противодействию или снижению степени коррозионного воздействия. Могут применяться несколько способов защиты. В этой лекции рассматриваются только те меры, которые относятся к незащищенным алюминиевым изделиям и компонентам. Защитные обработки поверхности, такие как предварительная обработка, покраска и анодирование.

2. Выбор коррозиестойких сплавов

Добавка легирующих элементов в алюминий влияет на характер коррозии, и важно выбрать наиболее пригодный сплав для каждой среды. Наиболее часто в качестве легирующих добавок в алюминиевых сплавах используют: медь, магний, марганец, кремний и цинк, а в качестве примесей в технически чистый алюминий – железо и кремний.

2.1. Кованые алюминиевые сплавы

Чистый алюминий (>99,9 % Al)

Сверхчистый алюминий (>99,9% Al) проявляет наилучшие для алюминия антикоррозионные свойства. Эти показатели резко снижаются с введением примесей, особенно меди и железа.

Al-Mn

Сплавы Al-Mn имеют хорошие антикоррозионные свойства и применяются вне помещений без защиты.

Al-Mg

Обычно, сплавы Al-Mg имеют наилучшие антикоррозионные свойства из всех сплавов алюминия. При содержании магний свыше 4%, технология изготовления оказывает заметное влияние на долговременные характеристики в коррозионных средах, даже при нормальных температурах. При длительном воздействии температуры свыше 60о С сплавы с большим содержанием магния становятся уязвимы к растрескиванию под напряжением и отслаиванию.

Al-Cu

Сплавы, содержащие существенное количество меди (> 0,25%) обладают меньшими антикоррозионными свойствами и потому не должны использоваться в агрессивных морских или промышленных средах без защитных покрытий. В прошлом, наиболее распространенной ошибкой было использование сплавов Al-Cu в коррозионных средах без соответствующих защитных мер.

Al-Zn-Mg-Cu

Сплавы, содержащие Zn, Mg и Cu обладают сходными коррозионными качествами, что и семейство сплавов Al-Cu и поэтому требуют защитных мер в коррозионных средах.

Al-Zn-Mg

Для этого семейства сплавов технология изготовления, особенно термическая обработка и состав сплава имеют решающее значение для коррозионного поведения. Сплавы из Al-Zn-Mg могут быть чувствительны к растрескиванию от коррозии под напряжением и отслаиванию.

2.2. Литейные алюминиевые сплавы

Коррозия в литых заготовках из алюминия обычно меньше чем в листовых изделиях, поскольку обычно, профиль толще и способен выдержать более суровую поверхностную коррозию. Литейные сплавы из Al-Mg имеют хорошие антикоррозионные свойства и могут применяться в морских средах. Считается, что Al-Si обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и воде.
Сплавы из Al-Cu и Al-Si-Cu требуют защиты поверхности в коррозионных средах.
Поведение любого сплава зависит от среды, которую он должен выдержать;
В качестве примера приведенная ниже таблица показывает поведение различных сплавов в кислотах и щелочах. Чем ниже показатель, тем лучше сопротивляемость к коррозии.

3. Усовершенствование конструкции оборудования

Поскольку поведение коррозии в металлах зависит от физических и химических условий среды (например, температуры, примесей, изменение концентрации и т.д.) а также от химического состава, конструкция может значительно влиять на характер и скорость коррозии. Наиболее распространенные конструкционные отказы при обслуживании алюминиевых изделий включают в себя электрохимическую, щелевую и коррозию под напряжением.
В следующих параграфах даются рекомендации по предотвращению или, по крайней мере, снижению воздействия от этих видов коррозии:

3.1. Предотвращение электрохимической коррозии

Предлагаются следующие «правила» для уменьшения электрохимической коррозии:
Выбор комбинаций металлов как можно ближе стоящих друг к другу в ряде электродных потенциалов для рассматриваемой среды.
Использовать катодные крепления. Избегать комбинаций с неблагоприятным (малым) отношением площади анода к катоду. Обеспечить полную электрическую изоляцию двух соединенных металлов. Это можно сделать, если использовать изолирующую прокладку, втулки (трубки) и др. Если применяется краска, всегда красьте катод. Если покрасить только анод, любая царапина привела бы к неблагоприятному отношению площади анода к катоду, и к коррозии в месте царапины. Увеличение толщины анодного материала. В качестве альтернативы можно установить небольшие съемные толстые профили из анодного металла в месте соединения.
По возможности, размещать разнородный металлический контакт вдали от коррозионной среды. По возможности, избегать резьбовых соединений разнородных пар, т.к. резьба может разрушиться. Желательно соединять припоем или сваркой. Если возможно, использовать ингибиторы коррозии (например, в системах циркуляции).
В тех случаях, когда металлы должны оставаться в электрическом контакте через внешнюю цепь, проектировать оборудование таким образом, чтобы металлы располагались как можно дальше друг от друга, тем самым, увеличивая электрическое сопротивление через жидкость (электролит). По необходимости и возможности использовать катодную защиту с использованием цинкового или магниевого протекторного анода. Для большинства агрессивных сред, только цинк, кадмий и магний могут контактировать с алюминием не вызывая электрохимической коррозии.

3.2. Предупреждение коррозии вследствие отложений

Следующие меры помогут снизить данный вид коррозии на алюминии

1. Перепроектировать для того, чтобы избежать отложения более благородного металла, например, используя дренажную систему

2. Применение Алькледа

3. Использование ингибиторов

4. Покраска металлической основы

5. Многократная очистка для удаления осажденного благородного металла

3.3. Предупреждение щелевой коррозии

Для проекта из алюминиевых конструкций подверженных воздействию морской атмосферы в течение продолжительного времени должны предприниматься меры по предупреждению щелевой коррозии.

Следующие меры помогут снизить щелевую коррозию в алюминиевых конструкциях:

1. Покрывать прилегающие поверхности перед сборкой ингибирующей лакокрасочной композицией

2. Заполнять щель замазкой (мастикой) или эластичным прокладочным материалом для предотвращения доступа влаги.

3.4. Предупреждение коррозии под напряжением

Для проекта из алюминиевых конструкций находящихся под постоянным напряжением (нагрузкой), следует предпринять ряд мер, чтобы минимизировать коррозию под напряжением.

Следующие меры помогут снизить эффект воздействия от такого вида коррозии в алюминиевых конструкциях:

1. Убедитесь, что выбран адекватный профиль, который не будет перегружен. Особое внимание следует уделять остаточным или монтажным напряжениям, действующим в коротком поперечном направлении.

2. Хорошая лакокрасочная композиция, включающая противокоррозионную грунтовку придаст дополнительную защиту от коррозии под напряжением. Однако, необходимо осознавать, что лакокрасочные покрытия не являются полностью непроницаемыми для влаги и потому не следует ожидать от них хорошей защиты особо чувствительных к коррозии сплавов.

3. Металлизация распылением с некоторыми алюминиевыми сплавами вносит заметный вклад в коррозионную защиту, которую следует в дальнейшем усилить при помощи краски.

4. Методы обработки поверхности, такие как дробеструйная обработка или шлифовка для получения остаточного напряжения сжатия, при правильном применении позволяют эффективно снизить масштабы коррозионного растрескивания под напряжением.

5. Приложенное напряжение. Постоянные приложенные напряжения растяжения на поверхности не должны превышать следующих пределов:
в продольном направлении 50% предела текучести;
по длинному поперечному направлению между 35 и 50% предела текучести;
по кратчайшему поперченному направлению: как можно меньше и желательно не больше 15% предела текучести.

3.5. Сплавы с хорошей сопротивляемостью к коррозии под напряжением

Ряд систем из высокопрочных алюминиевых сплавов восприимчивы к термическим обработкам (старение), при которых достигаются металлургические состояния с гораздо большей сопротивляемостью к коррозии под напряжением без потерь механический свойств (сплавы Т76, Т73).
Все эти рекомендации имеют общий характер и в каждом конкретном случае необходимо подробное изучение.

4. Изменение среды

Иногда можно снизить или даже свести на нет агрессивность среды, тем или иным способом изменяя последнюю. В некоторых химических веществах, например феноле, при добавлении небольшого количества воды (например, 0,3%) предотвратит сильную коррозию, которая бы возникла бы при отсутствии воды. В других веществах, таких как жидкий диоксид серы, вода способствует коррозии алюминия. Обычно, движение или турбулентность, не чрезмерная, иногда предотвращает точечную коррозию, которая возникла бы в противном случае. Приведение показателя рН до безопасного диапазона (от 4.5 до 8.5) предотвращает или снижает коррозию. Деаэрация воды значительно снижает тенденцию образования коррозионных язв в алюминии. Повышение температуры, обычно, может усилить скорость общей (равномерной) коррозии, но при этом благоприятно влияет на снижение скорости точечной коррозии. Очевидно, что эти воздействия являются специфичными для особых (отдельных) условий, и по этому вопросу можно сказать немногим больше, чем сказано выше.

4.1. Ингибиторы коррозии

Ингибитор это вещество, при добавлении которого (обычно в небольших количествах) в агрессивную жидкость или химикат снижается или предотвращается коррозия металла, возникающая в обратном случае. Ингибиторы могут воздействовать на анодную коррозию, в этом случае их принято называть «анодными ингибиторами», либо могут воздействовать на катодную коррозию, тогда их называю «катодными ингибиторами». Анодные ингибиторы могут представлять опасность, если их не добавить в достаточном количестве, т.к. в то время как они уменьшают эффективную площадь анода, воздействие на оставшиеся участки будет более суровым, чем в отсутствие ингибитора.
Катодные ингибиторы более безопасные, поскольку частичное уменьшение эффективной площади катода снижает коррозию на аноде. Однако, обычно они менее эффективны по сравнению с анодными ингибиторами. Хромат (в виде хромата калия или калия или дихромата) наиболее часто используется в качестве ингибитора с алюминием и принадлежит к анодным ингибиторам. Для предотвращения точечной коррозии алюминия в агрессивной воде, полезно добавить 500 ppm. (промиль) хромата натрия или дихромата с рН 8.5
Фосфат, силикат, нитрат, нитрит, бензоат, растворимое масло и другие вещества также рекомендуются в отдельности или в сочетании для снижения воздействия коррозии алюминия со стороны агрессивных жидкостей. Ингибирование воды обычно целесообразно только в рециркуляционных, замкнутых системах. В смешанных системах включающих, например, алюминий и медь важно спроектировать хорошую ингибиторную систему и поддерживать показатель рН выше 8.0-8.5, чтобы не допустить растворение меди и ее последующее отложение на поверхности алюминия. Сложность ингибирования заключается в том, что обычному инженеру трудно добиться достаточной водоподготовки без помощи специалиста.
Часто, необходимы лабораторные тесты на месте, чтобы достигнуть наилучших параметров.

5. Катодная защита

Теория катодной защиты металла проложенного в грунте простая. Постоянный электрический ток (вызываемый протекторными анодами или подаваемый ток) подается на защищаемый металл.
Этот ток поляризует локальные катодные участки до потенциала локального анода и создает поверхность с равномерным потенциалом. Таким образом, потенциал гальванической ячейки становится равным нулю и точечной коррозии не возникает.
Ток может производиться ректификатором с металлическим или графитовым электродом или протекторными гальваническими анодами из магния или цинка. Для того чтобы уменьшить требуемый ток, защищаемый металл иногда покрывают краской, защитной пленкой или другим оберточным материалом. В индустрии стальных трубопроводов метод протекторной защиты хорошо налажен и продемонстрировал достаточную эффективность. Опыт проложенного в земле алюминия ограничивается единичными экспериментами и ограниченным числом рабочих линий.

Протекторные аноды

Алюминий может быть катодно защищен путем соединения его с цинком или магнием, используемым как протекторный анод.
В случаем с алюминием, возможно механизм защиты состоит из поляризации катодных примесей в металле до коррозионного потенциала пассивного алюминия, препятствующего неблагоприятному воздействию таких примесей.
Цинк может применяться как протекторный анод по отношению к алюминию в нейтральной или чуть кислотной среде, несмотря на тот факт, что алюминий более активный, чем цинк в ряде электродных потенциалов. В щелочной среде алюминий теряет свою пассивность и становится анодом по отношению к цинку.
Магний обычно используют для защиты алюминия в ряде случаев. Установка анодов из магния позволят остановить коррозию даже в трубопроводах, проложенных в земле с накопленными продуктами коррозии. В некоторых случаях излишняя защита может привести к образованию катодной коррозии алюминия.
Потенциал создаваемый между анодами магния и алюминия обычно не превышает 1.20 вольт (Cu/SO4) и, обычно, благодаря щелочной структуре, катодной коррозии не происходит.

5.1. Подаваемый ток

Катодная защита с помощью катодного тока требует наличия источника постоянного тока и вспомогательного электрода, как показано на рисунке 5104.04.01.
Источник постоянного тока соединен положительной клеммой к вспомогательному электроду, а отрицательной к защищаемой конструкции. Ток течет от электрода через электролит к конструкции.
Общепринято, что защита алюминия обеспечивается в том случае, если потенциал поверхности алюминия проложенного в земле поддерживается в диапазоне от -0.85 до -1.10 вольт (Cu/SO4) и существенной катодной коррозии не возникает пока не превышено значение -1.20 вольт.
Химический состав почвы может влиять на безопасный верхний потенциал, который в ряде случаев может значительно превышать -1.20 вольт.
Требуемая плотность тока зависит от среды, но, обычно, плотность подаваемого тока должна всегда превышать эквивалент плотности тока, расчетной или измеряемой скорости коррозии (в водопроводной воде модно взять за расчет приблизительно 20 мА/м2, в почве в среднем 5 мА/м2 ).
Если используются защитные покрытия алюминия, плотность тока может быть меньше и для защиты 20 км трубы понадобиться лишь 90-240 мА.

5.2. Сплавы Альклед

Альклед это двухслойное изделие, состоящее из тонкого слоя одного сплава, полностью соединенного с другим, более толстым основным сплавом. Оболочный сплав исполняет роль протекторного анода для защиты основного сплава. Группа сплавов Al-Zn обычно применяется в качестве оболочных материалов для защитных целей, однако в ряде случаев используется чистый алюминий. Защитный механизм оболочки основан на протекторной защите. Когда язва достигает основного материала, оболочка коррозирует в первую очередь, в то время как основной слой остается нетронутым.
Оболочка (плакирование) дает реальную возможность продлить срок службы алюминиевых трубопроводов, по которым доставляется продукт, вызывающий точечную коррозию металла. Принято, что оболочка на каждой стороне листа составляет 5% общей толщины листа.

Практические вопросы

Как минимизировать точечную коррозию алюминия в агрессивной воде?

Здесь необходимо рассмотреть четыре возможные превентивные меры:

1. Использование сплава Альклед

Применять 3003 или 65S покрытый 72S. Это не предотвратит точечную коррозию, но существенно задержит образование сквозных язв.

2. Увеличение толщины стенки

Опираясь на опыт эксплуатации больших водяных цистерн можно предположить, что при толщине стенки 6-7мм сквозная коррозия не возникает достаточно долгое время (50-100 лет), даже в случае образования точечной коррозии.

3. Применение ингибиторов

Использование ингибиторов для предотвращения точечной коррозии оправдано только для замкнутых систем циркуляции

4. Катодная защита

Катодная система защиты с подаваемым током предотвратит от точечной коррозии, или остановит ее развитие, и может использоваться как в цистернах, так и в кораблях. Невозможно применить катодную защиту для внутренней поверхности трубопроводов с небольшим диаметром.