Электрохимическая коррозия: признаки, причины возникновения и способы предотвращения

Защита от огня

Алюминий и его сплавы с магнием в компактной форме, в частности в виде строительных профилей, ни в твердом, ни в расплавленном состоянии не горят, не поддерживают горения и не способствуют распространению пламени. Это обусловлено наличием на алюминии поверхностной окисной пленки, которая огнеупорна, и тем, что ввиду высокой теплопроводности алюминия теплота с поверхности быстро «оттягивается» в толщу металла.

Примечание. Все более частой причиной пожаров в настоящее время становятся намеренные поджоги с предварительным выводом из строя извещателей пожарной сигнализации и систем активного автоматического пожаротушения. Поэтому все более значимую роль начинают играть средства пассивной защиты.

Однако это же «оттягивание» теплоты приводит к быстрому нагреванию алюминиевых конструкций до температуры 200 — 250 градусов Цельсия, при которой они начинают терять прочность, что может привести к катастрофическим последствиям.

Одним из средств пассивной защиты от огня является окрашивание опорных конструкций здания, ограждений интумесцентными ЛКМ. Эти материалы образуют лакокрасочные ПК, которые способны вспучиваться под воздействием высоких температур или при контакте с пламенем и увеличиваться в объеме в десятки раз, создавая негорючую пену с низкой теплопроводностью, что препятствует слишком быстрому нагреванию подложки. Пена (другое название — пенококс), которая образуется при этом, должна быть не только негорючей и иметь низкую теплопроводность, но и удерживаться на подложке в течение заданного времени. В России ЛКМ, удовлетворяющие данным требованиям, называют чаще не интумесцентными, а вспучивающимися красками (ВК), хотя ясно, что вспучивание — свойство ПК, а не краски.

Эти краски, в отличие от других средств пассивной защиты — асбестоцементных обмазок, вермикулитовых плит, не утяжеляют конструкцию. Наиболее часто используемые ныне ВК изготавливают из таких основных компонентов, как полимерный пленкообразователь, полифосфат аммония, обусловливающий вспенивание, негорючесть и прочность пены, пентаэритрит, также активно участвующий в образовании пенококса, меламин, роль которого заключена в сочетании способностей к интенсивному газовыделению и к укреплению образующегося пенококса.

В качестве компонента, обеспечивающего вспучивание при нагревании, недавно начали использовать так называемые интеркалированные соединения графита (ИСГ). Под действием огня или беспламенного теплового удара ПК, содержащие ИСГ, начинают вспучиваться уже при 120 градусах Цельсия, причем их объем увеличивается в десятки раз. Из ИСГ образуется негорючая пена с низкой теплопроводностью, высокой термической стойкостью.

Наряду с этими компонентами в рецептуры ВК могут быть введены ингибиторы, поверхностно-активные вещества, наполнители, пигменты, другие функциональные добавки.

Интумесцентные ЛКМ можно считать выдающимся достижением науки и техники в деле борьбы с пожарами, а традиционные ЛКМ, образующие лишь негорючие покрытия, следует считать «уходящими со сцены», поскольку они не защищают конструкцию от нагревания до критической температуры.

Примером такой ВК может быть «Файрекс-200», образующий ПК, вспучивание которого начинается при температуре 120 градусов Цельсия. Несколько ВК разработано для защиты от пожара алюминиевых конструкций в самолетах. ПК из них начинают вспучиваться при температуре 180 градусов Цельсия.

В.А.Войтович

Доцент

Нижегородского архитектурно-

строительного университета

Свойства

Давайте изучим характеристики алюминия. Описываемый металл плавится при температуре 659 градусов Цельсия. Плотность вещества составляет 2,69*103 кг/см3. Алюминий относят в группу активных металлов. Устойчивость к коррозионным процессам зависит от ряда факторов:

Чистота сплава. Для производства различного оборудования берут металл, отличающейся своей чистотой. В нем не должно быть различных примесей. Широко распространен алюминий марки АИ1, а также АВ2.
Среда, в которой находится алюминий.
Какая концентрация примесей в окружающей алюминий среде.
Температура.
Большое влияние оказывает рН среды. Нужно знать, что оксид алюминия может образовываться, когда рН находится в интервале между 3 и 9. В той среде, где на поверхности листа алюминия сразу же появляется оксидная пленка, коррозионные процессы развиваться не будут.
Вам будет интересно: Что такое «патриции»? Исторические сведения

Сплавы других металлов подвержены появлению ржавчины. Она проявляется достаточно быстро. Если создать для алюминия определенные условия, то он не будет разрушаться долгие годы. Для защиты алюминия от коррозии на нем образуется специальная пленка. Она ложится тонким слоем, который составляет от 5 до 10 миллиметров. Состоит подобное покрытие из оксида алюминия.

Пленка является прочной и дает металлу дополнительную защиту от внешних негативных воздействий. Благодаря такому слою воздух и влага не попадают в структуру материала. Если целостность оксидного покрытия нарушается, то начинается процесс коррозии алюминия. Металл теряет свои свойства.

Вам будет интересно: Альтернативность — это наличие выбора возможностей

Когда встает вопрос о том, ржавеет ли алюминий, необходимо задуматься о причинах, приводящих к коррозии. Различные внешние факторы могут ускорять этот процесс. Причины появления ржавчины на алюминии могут быть следующими:

Взаимодействие с какой-либо кислотой или щелочью.
Механическое давление. Например, трение или сильный удар, после чего появляется царапина на верхнем слое металла.
Существуют промышленные районы. В них продукты распада топлива влияют на оксидную пленку и разрушают ее. Металл начинает портиться. Аналогичная ситуация происходит в мегаполисах, где продукты распада топлива будут взаимодействовать с серой, а также с оксидами углерода. Подобный процесс разрушает пленку на алюминии. После такого рода внешнего воздействия алюминий подвергается коррозии.
Следует помнить, что хлор, фтор, а также бром и натрий могут растворить защитный слой металла.
Если на металл попадают строительные смеси, то он начинает быстро портиться. В данном случае на алюминий неблагоприятно воздействует цемент.
Ржавеет ли алюминий от воды? Если она попадает на лист, то металл может быть подвержен коррозионным процессам. Важно при этом уточнить, какая жидкость оказывает воздействие. Многие используют специальный сплав, который не подвержен коррозии от воды. Его называют дюралюминием. Уникальный сплав используют вместе с медью, а также с марганцем.

Чаще всего появление электрохимической коррозии провоцируют гальванические пары. Повреждение появляется в месте соединения двух разных сплавов. В таком случае ржавчина будет явно бросаться в глаза. Важным моментом является то, что портится только один металл, а второй является источником запуска коррозионного процесса. Чтобы не бояться электрохимической коррозии, нужно использовать магниевый сплав. Специалисты из-за электрохимической ржавчины не рекомендуют использовать обычное железо при контакте с кузовом из алюминия.

Существует ряд факторов, которые замедляют процессы коррозии алюминия, а некоторые из них останавливают подобное явление. Выделяют следующие:

Чтобы свойства алюминия, препятствующие коррозии, сохранялись, необходимо поддерживать кислотно-щелочной баланс. Диапазон должен составлять от шести до восьми единиц.
Считается, что чистый металл, без примесей, лучше противостоит агрессивной среде. Учеными были проведены эксперименты. По результатам можно сказать, сплавы чистого алюминия (90%) подвержены коррозии больше, чем сплав, содержащий 99% этого вещества. У первого варианта коррозия наступает в 80 раз быстрее, чем у второго сплава.
Чтобы в агрессивной среде металл дольше не терял свои свойства, его обрабатывают специальной краской. Можно использовать полимерный состав. После обработки появляется дополнительный защитный слой.

Как очистить алюминий от окиси в домашних условиях

Алюминий подвержен окислению. При эксплуатации изделий слой окисла растет, что приводит к появлению темных пятен, которые покрывают всю поверхность или отдельные детали.

Чистить окись и черноту можно дома доступными народными средствами:

Сода. Растворите средство в небольшом количестве воды для получения кашицы. Нанесите смесь на пятно и обработайте поверхность круговыми движениями.
«Кока-Кола». Залейте предмет газировкой и через 1,5 часа вымойте его водой.
Щавель. В емкость, требующую очистки, выложите пучок свежего щавеля и залейте водой. Поставьте посуду на плиту и прокипятите смесь на слабом огне 30 минут. Слейте раствор и прополощите изделие.
Лимонная кислота. В кастрюле соедините 2 ст. л. лимонной кислоты и 1 л воды. Прокипятите раствор 15-25 минут в зависимости от степени загрязнения, а затем вымойте емкость чистой водой.
Яблоко. Натрите потемневший окисленный след половинкой фрукта и оставьте на полчаса, чтобы яблочная кислота подействовала. По истечении времени вымойте емкость моющим средством.

Пищевая сода эффективно борется с окислом и темными пятнами на алюминиевых поверхностях. Продукт подходит для локального применения или масштабной чистки крупногабаритных изделий

Горчичный порошок, уксус и соль

Для удаления черноты с наружных стенок изделия приготовьте смесь из равных частей поваренной соли, уксуса и сухого горчичного порошка. Перемешайте компоненты до однородной консистенции. При помощи губки нанесите смесь на загрязнения и через 15 минут смойте теплой водой.

Поваренная соль

Для очистки алюминия соедините 2 ст. л. соли и 1 ч. л. теплой воды. Смешайте компоненты и нанесите на губку. Вотрите смесь в место загрязнения, оставьте на полчаса, а затем вымойте кастрюлю.

Солевой раствор – безопасное средство для чистки алюминия, которое расщепляет загрязнения, выводит черноту и помогает справиться с нагаром

Кислоты

Для очистки алюминиевых изделий используйте продукты, содержащие натуральные кислоты: кефир, лимонный сок, простоквашу, огуречный рассол. Залейте выбранным средством емкость или деталь и оставьте на ночь. Утром прополощите изделие и вытрите насухо.

Избавиться от значительного почернения помогут очищающие средства на основе щавелевой кислоты. Нанесите препарат на поверхность, выждите время, указанное на упаковке, а затем смойте водой.

Винный камень

Оттереть потемнения можно при помощи винного камня. Для проведения чистки в 5 л теплой воды растворите 3 ст. л. средства и в полученном растворе замочите изделие на 2-3 часа. Удалите остатки грязи мягкой губкой, прополощите теплой водой и вытрите насухо.

Потемнения, грязные подтеки, нагар и прочие загрязнения портят эстетический вид алюминиевых изделий. Справиться с проблемами можно в домашних условиях, используя народные средства или специальную бытовую химию

Коррозионная стойкость алюминия

Окись алюминия создает защитный слой, толщина которого составляет 20—100Å, который химически инертен. Чистый алюминий, с поверхностью, очищенной от защитной пленки, реагирует с водой, выделяя при этом водород и создавая оксидную пленку на поверхности. Таким образом, при контакте с окислителями, поверхность алюминия пассивируется. По сути, кислород, содержащийся в воздухе или растворенный в воде, повышает коррозионную стойкость алюминия, которая, в свою очередь, в значительной степени зависит от содержания примесей других металлов. Известно, что при контакте двух металлов, в среде электролита, образуется гальваническая пара, где анодом становится более активный металл, а катодом — менее активный. В результате электрохимической реакции происходит разрушение структуры анода. Большая часть примесей (железо, свинец, медь и т.д.) играют по отношению к алюминию роль катода, способствуя его разрушению. По этой причине чистый алюминий имеет более высокую стойкость к коррозии, чем технический, который, в свою очередь, более стоек к коррозии, чем сплавы алюминия с другими металлами. Так же стойкость алюминия к коррозии зависит от характеристик внешней среды и от реакций, вызываемых этой средой.

Рис.2. Механизм образования оксидной пленки на алюминии

Принципы процесса анодирования

Процесс электрохимического оксидирования алюминия и его сплавов в растворах серной, хромовой, щавелевой кислот и их смесей получил название анодирование алюминия. Несмотря на кажущуюся простоту процесс анодирования имеет множество вариантов, которые оказывают непосредственное влияние на характеристики и качество оксидной пленки. На внешний вид и структуру покрытия влияет и состав алюминиевого сплава, а корректировка электролита позволяет в широких пределах менять свойства покрытия. Качество и наличие примесей в составе электролита также может иметь решающее значение.

Анодирование значительно отличается от процессов нанесения гальванического покрытия на металлы (электрохимического осаждения) при которых защитный или декоративный слой металла наносится на поверхность металлического изделия, так как является процессом преобразования основного металла, в результате которого меняется внешний вид и характеристики поверхности.

Методы защиты от коррозии

Особенно сильно коррозия проявляет себя во влажной среде, а так же при появлении т.н. «блуждающих» токов

Именно поэтому очень важно защищать поверхность алюминия с помощью покраски, анодировки, а стальные изделия, соприкасающиеся с ним необходимо оцинковывать, эмалировать или хотя бы обрабатывать грунтовкой в несколько слоев. Крепеж, применяемый в производстве алюминиевых конструкций должен быть как минимум оцинкованным, но желательно, а для фасадных конструкций просто необходимо, использовать крепеж из нержавеющей стали

Для антикоррозионной защиты алюминиевых конструкций применяют следующие методы:

Порошковая окраска

Порошковое покрытие представляет собой напыленный на поверхность изделия полимерный порошок, который запекается (полимеризуется) в специальной печи при определенной температуре, как правило 180-220°С. Технология порошковой покраски состоит из трех этапов:

Поверхность алюминиевого профиля обезжиривают и удаляют с нее все загрязнения
Напыляют слой порошковой краски
Запекание (полимеризация) порошкового покрытия в печи.

Порошковая покраска алюминиевого профиля и фурнитуры для светопрозрачных конструкций не только защищает металл от коррозии, но так же позволяет покрасить конструкцию в любой цвет по шкале RAL.

Анодирование профиля

Анодированое покрытие – это покрытие, которое создает на поверхности профиля устойчивую и не растворимую в агрессивных средах плёнку из окисла алюминия.

Анодирование позволяет создать такую равномерную толщину плёнки нерастворимой окиси на поверхности, которая уже не позволит контактировать алюминию с внешней средой и происходить дальнейшему окислению.

Технология построена таким образом:

Сначала профиль обезжиривают в кислоте (например, щавелевой).
Промывают в чистой воде.
Далее травление в щелочи для вытравливания поверхностных неравномерно окисленных слоев металла, вместе с которыми снимаются все инородные включения на поверхности.
Промывка в чистой воде.
Профиль погружается в ванну с раствором электролита. Здесь в течение 0,5-1,5 часов он подвергается анодированию. На поверхности профиля образуется пленка оксида алюминия.
Далее для получения цветного анодирования профиль перемещается в ванну с раствором соли какого-либо металла через которые снова пропускается ток. Цветные оттенки профиля зависят от продолжительности обработки. Минимально профиль обрабатывают 45 секунд (светлое шампанское), максимально — 15 минут (черный).
Изолирование (Ванна упрочнения поверхности) — процесс химического замещения, при котором окисел на поверхности металла превращается в химически более прочную гидратную форму, более устойчивую к воздействию окружающей среды и химических веществ. Покрытие приобретает особую прочность, стойкость к механическим повреждениям.
В заключение проводится сушка и упаковка.

Защита от контакта с другими металлами

Для того, чтобы алюминий не соприкасался с металлами, с которыми он может составить гальваническую пару, необходимо применять весь крепеж только из нержавеющей или оцинкованной стали.

Все стальные элементы, на которые монтируется конструкция – кронштейны, опорные узлы, анкерные пластины и т.д. – должны быть оцинкованы или прогрунтованны в несколько слоев. Так же для устранения прямого контакта алюминия и стали применяют паронитовые, резиновые, битумные прокладки.

Алюминиевый профиль и фурнитура не должны непосредственно соприкасаться с деревом, цементом, камнем, кирпичом, бетоном, и т. д., особенно в условиях повышенной влажности. Во избежание коррозии в этих случаях необходимо тщательно покрывать эти материалы битумом или другим изоляционным материалом, деревянные детали необходимо пропитывать лаком.

Рис.3. Пример оцинкованного кронштейна с нержавеющим крепежом

Использование изоляторов

Очень часто стимуляторами начала коррозийных процессов в алюминии и его сплавах становятся другие металлы. Так происходит обычно при прямом контакте изделий или их частей. Чтобы предотвратить ржавление алюминия, в этом случае используются специальные изоляторы. Изготавливаться такие прокладки могут из резины, паронита, битума. Также в данном случае могут использовать лаки и краски. Еще одним способом защитить алюминий от коррозии при контакте с другими материалами является покрытие его поверхности кадмием.

В особенности важно обеспечить изоляцию алюминиевых деталей в разного рода механизмах и узлах от прямого соприкосновения с медью. Также считается, что защищать от контакта с другими металлами следует не только собственно детали, изготовленные из Al

В плане устойчивости к коррозии железо алюминию, как и сталь, к примеру, сильно уступает. Поэтому такие металлы и некоторые другие часто защищают особым образом. Материалы просто покрывают защитным алюминиевым слоем. От контакта с медью или другими металлами, конечно же, нужно беречь и такие изделия.