Ржавеет ли алюминий? Стоит ли бояться коррозии этого металла.

Алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.

Для реакции Al 3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.

Температура плавления алюминия - 660 °C.

Плотность алюминия - 2,6989 г/см 3 (при нормальных условиях).

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. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!

Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.

Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.

При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:

2Al + N 2 → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;

4Al + 3С → Al 4 С 3 – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;

2Al + 3S → Al 2 S 3 – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.

Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)

Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al 2 O 3 либо Al 2 O 3 H 2 O.

Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 .

Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.

Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.

Коррозия алюминия в воде

Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.

Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 .

При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.

Коррозия алюминия в кислотах

С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.

Коррозия алюминия в серной кислоте

Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:

2Al + 3H 2 SO 4 (разб) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 .

Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:

2Al + 6H 2 SO 4 (конц) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.

Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO 3 Cl) и олеума.

Коррозия алюминия в соляной кислоте

В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 .

Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.

Коррозия алюминия в азотной кислоте

Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза

При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:

Al + 6HNO 3 (конц) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Коррозия алюминия в уксусной кислоте

Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).

В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.

Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.

Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.

На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.

Коррозия алюминия в щелочах

Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2 ;

2(NaOH H 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2 .

Образуются алюминаты.

Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.

«We’ve got to believe it’ll be alright in the end.
We’ve got to believe it’ll be alright again.»
«Duran Duran» «What Happens Tomorrow»

Фильм с абстрактно-поэтичным названием «Ржавый алюминий» попал ко мне в руки по наводке. Возможно, с год или два назад я бы не стала смотреть нечто подобное. Но, закаленная и восхищенная таким кино, как «Большой куш», «Рок-н-Рольщик», «Ты — труп» и т. д. я, если можно так выразиться, разбила свои киностереотипы молотком. А осколки выкинула в форточку на голову любителям «Ноттинг Хилла» (к кому, тем не менее, продолжаю себя причислять).

Что такое «Ржавый алюминий»? Это киноразборка между хитроумием и простотой, битва жадности, изворотливости и зависти с доверием, открытостью и патологическим везением, сражение всеобщего светловолосого любимчика с серым кардиналом черной бухгалтерии. На самом деле все более прозаично. Два киношных претендента на труды Шекспира (Дж. Файнс — молодой Шекспир во «Влюбленном Шекспире» (1998) и Рис Иванс — граф Оксфорд, один из предполагаемых авторов его работ в «Анониме» (2011)) обнаруживают, что после смерти директора фирмы данное предприятие в скором времени пойдет на дно, как легендарный Титаник в 12-м году. Друзья, один из которых балбес Пит, прямой наследник, а второй, Шон, главный заправила всем фирменным хозяйством, не придумали ничего лучше, кроме как обратиться за спонсорской помощью к русским. Oh, those Russians! Мало, что контора трещит по швам, а новоявленный владелец тратит последние силы в попытках заделать собственного наследника для этой самой конторы! Видимо, не уяснили порядочные британские парни, что иметь дело с русскими — то же самое, что кататься на американских горках. Так и вышло, что герой Иванса, Пит, на собственной импортной шкуре изведал и подтвердил непреходящие истины: о гостеприимстве всего русского народа вцелом, особом очаровании русских женщин и силе и нестандартности мышления русских мужчин в частности.

Было крайне забавно наблюдать въезд Пита в российскую глубинку на деревенской телеге и слушать реплики главного русского, мистера Кента (sic!). Да, Кент у нас самая распространенная фамилия после Иванова, Петрова и Сидорова. Что ж, спишем эти повсеместно дублируемые во всех не наших, но про нас фильмах ляпы на отсутствие фантазии у режиссера и сценариста. Национальная любовь и гордость англичан, на самом деле, безжалостна не только к славянам. Американцам, немцам и французам тоже приходится глотать собственные штампы. Поэтому балалайка и самовар в кадре — просто веселый дружеский пендуль. Хорошо хоть, про медведя на коньках и Ленина в рамочке на стене запамятовали и не показали для пущей аутентичности.

Женщины: Сэди Фрост (Сара), бывшая миссис Лоу гораздо эффектнее полыхала рыжей гривой в «Дракуле»(1992), хотя её скачки на Ивансе веселят. Тара Фитцджеральд (Маша) абсолютно неузнаваема благодаря джинджер причёске, а ведь это верная Кэт Эшли из «Королевы-девственницы»(2005). Преданная секретарша Чарли (Дэни Бер) и вовсе мне не знакома, но за сцену в лифте ей и Рису абсолютный зачет.

Мужчины: младший брат лорда Волдеморта (Джозеф Файнс), оказывается, умеет изображать не только джентльменов елизаветинской эпохи. А Рис Иванс, человек с двойным дном, томным взглядом и впалым животом, убедительно (хоть и неожиданно для самого себя) соблазняет дам, которые переспелыми персиками падают ему в объятия.

В общем и целом, фильм получился настолько же забавным, насколько и криминальным. Временами отдавало греческим эпосом и даже римской трагедией. Концовка же, и того пуще, напоминает завершение русских народных сказок. Не хватает только доброй бабульки в теремке и платочке со знаменитой фразой «Вот и сказочке — конец, а кто слушал — молодец!» Такое кино — зрелище для откровенного любителя. Любителя сумбурных выяснений отношений, гамлетовских сомнений, нечаянных драк и суматошной любви на экране. А также, что немаловажно, любителей ни на кого не похожего Риса Иванса в роли мишени для стрел Амура, предательского кинжала и пуль конкурентов по бизнесу.

P.S.: посмотреть такой фильм, понять его и даже получить кайф сродни вступлению в Масонскую ложу: те кто должен знать, знают…

Алюминий и его сплавы отличаются отличной устойчивостью к разрушениям различного характера. Однако, несмотря на это — коррозия алюминия представляет собой не такое уж и редкое явление. Различные формы коррозии представляют собой основную причину порчи этих материалов. Для борьбы с разрушительными процессами необходимо обязательно понимать факторы, которые являются причиной их появления.

Коррозия алюминия представляет собой реакцию, которая имеет место между металлом и окружающей средой. Этот процесс может иметь как естественное, так и химическое происхождение. Самой распространенной формой разрушения металла можно назвать появление на его поверхности процессов ржавления.

Особенностью всех видов металлов можно назвать их свойство вступать в реакцию с водой и окружающей средой. Отличием для каждого вида металла считается только интенсивность данного процесса. К примеру, у благородных металлов типа золота скорость такой реакции не будет слишком быстрой, а вот железо, в том числе и алюминий, будут реагировать на воздействия такого характера достаточно быстро.

Можно выделить два фактора, которые оказывают непосредственное влияние на интенсивность протекания процесса коррозии. Одним из них можно назвать степень агрессивности окружающей среды, а вторым металлургическую или химическую структуру. Атмосфере, которая нас окружает, всегда характерен определенный уровень влажности. Кроме того, ей характерен определенный уровень загрязнений и отходов.

Если учесть, что свойства атмосферы часто определяются регионом и степенью индустриализации, на сегодняшний день можно выделить:

• сельская местность (малая степень загрязнений и средний уровень влажности);
• приморские области (средняя степень загрязнений и высокий уровень влажности);
• городская местность (средний уровень влажности и средний уровень продуктов распадов жидкого топлива, серы и окислов углерода);
• промышленные и индустриальные зоны (большое количество серы, окислов углеродов и кислот, а также средний уровень влажности)

Для большинства случаев, кислоты неорганического типа, даже при низкой концентрации смогут растворить алюминий. И даже натуральная пленка оксида алюминия не сможет стать достаточной защитой от возникновения коррозийных процессов.

Самыми мощными растворителями можно назвать фтор, калий и натрий. Кроме того, алюминию характерна довольно низкая сопротивляемость к соединениям хлора и брома. Весьма агрессивны к различным сплавам алюминиевых металлов, являются известковые и цементные растворы.

Можно выделить несколько разновидностей проявления коррозии алюминия и его сплавов:

1. Поверхностная. Данный тип разрушения встречается чаще всего и является наименее вредоносным. Его легче всего заметить на поверхности. Это дает возможность своевременно использовать предохранительные средства. Поверхностные разрушения очень часто встречаются на анодированных профилях для строительства.
2. Локальная. Такие разрушения проявляются в виде форм, углублений и пятен. Такой тип коррозии бывает поверхностного и междукристаллического типа. Разрушения такого характера являются особенно опасными, по причине того, что их достаточно сложно обнаружить. Такая коррозия очень часто разрушает именно труднодоступные части конструкций и узлов.
3. Нитеподобная или филигранная. Этот вид разрушения алюминия часто появляется под покрытиями органического типа, а также на граничных поверхностях обработки. Нитеподобная коррозия появляется в ослабленных местах повреждения органического покрытия или краях отверстий;

Довольно часто, естественных антикоррозийных способностей алюминия и его сплавов для защиты от разрушений бывает недостаточно. А длительный период эксплуатации изделий из этих металлов, в обязательном порядке потребует использования дополнительных методов защиты. К самым частым методам протекции металлов от коррозии можно отнести:

• анодирование окисление (исследования немецких специалистов показывают, что данный вид защиты используется на 15% от общего количества производства строительных профилей в мире);
• покрытие поверхности металлов порошковыми составами;
• защита от контакта с другими металлами

Анодирование

Анодированное покрытие представляет собой покрытие, которое создает на поверхности алюминия прочную пленку из оксида алюминия, которая не поддается воздействию агрессивных сред. Такая обработка позволяет создать на поверхности металла такой слой пленки, который просто не оставляет алюминию возможности контактировать с внешней средой и ограждает его от процессов окисления.

Защита от контакта с другими металлами

При соприкосновении с другими металлами, алюминий и его сплавы могут составлять гальваническую пару. Такое соприкосновение часто становится причиной коррозии. Для того, чтоб избежать возникновения таких процессов необходимо использовать на изделиях из этого металла крепежи, которые изготовлены только из нержавеющей и оцинкованной стали.

Полимерные покрытия

Одним из самых действенных способов антикоррозийной защиты конструкций из алюминия и его сплавов считается покрытие поверхностей при помощи различных красок и полимерных составов. Постоянный рост спроса на изделия и металла и огромная цветовая изделия из этого материала, является причиной того, что техника и методы нанесения таких покрытий постоянно улучшаются и становятся более совершенными с технологической стороны.

Современные материалы, при помощи которых на алюминий наносится защитное покрытие, состоят из растворителей, красителей и вяжущих материалов. Краски, в которых отсутствует растворитель, называют порошковыми, а те, в составе которых, все-таки, есть растворитель, называются мокрыми красками.

Способы окрашивания, которые используют современные производители можно подразделить на:

• покрытие «на мокрую поверхность» выполняется посредством использования двухкомпонентной , которая в технической информации к материалу часто носит название краска DD и PUR-Lack.
• покрытия порошкового типа, наносится методом обычного напыления на один слой или насухо.

Можно отметить, что сам по себе алюминий обладает отличными характеристиками устойчивости к процессу коррозии. Но при контакте с электричеством или другими металлами, все-таки подвергается различным разрушительным процессам.

Лучшими способами защиты этого металла и его сплавов считается анодирование и нанесение порошкового покрытия.

Алюминий имеет отрицательный окислительно-восстановительный потенциал (–1,66 В), а магний, его важный легирующий элемент, имеет даже более низкий потенциал (–2,38 В). Поэтому, как и большинство других металлов, алюминий встречается в природе только как очень стабильный оксид. Химически это означает наиболее стабильное состояние на самом низком энергетическом уровне. При электролизе металл вынуждают отделиться от кислорода путем подъема его энергетического потенциала. При контакте с кислородом алюминий стремится вернуться к более низкому энергетическому уровню в виде оксида алюминия. Из-за его высокого сродства к кислороду эта реакция происходит мгновенно.

Реакция окисления алюминия

Следует реакции

4Al + 3O 2 -› 2Al 2 O 3

Положительное изменение энтальпии ΔH этой реакции указывает на то, что окисление алюминия является экзотермическим процессом, то есть идет с выделением энергии. Это логично, так как алюминий при этом переходит в состояние с более низким энергетическим уровнем.

Толщина оксидной пленки на твердом алюминии

Толщина естественной оксидной пленки довольно тонкая – от 1 до 3 нм в зависимости от сплава и температуре образования оксида (до 300 °С). На рисунке 1 показано постепенное увеличение толщины оксидной пленки на чистом алюминии при ее образовании при температуре от комнатной до 400-500 °С. Затем происходит разрыв в скорости окисления и резкое увеличение толщины оксидной пленки до 20 нм. Причиной этого считается переход от аморфной структуры оксида алюминия к его кристаллической структуре. Именно поэтому при сушке измельченного алюминиевого лома и обжиге с него органических покрытий его не нагревают выше 400 °, чтобы избежать чрезмерного окисления.

Рисунок 1

В твердом состоянии алюминия оксид алюминия играет положительную роль, так как оксидная пленка имеет форму γ-Al 2 O 3 и толщину несколько нанометров. Она надежно изолирует поверхность алюминия и останавливает дальнейшее окисление. При постоянной температуре толщина оксидной пленки растет сначала очень быстро, но затем скорость роста замедляется и сводится практически к нулю.

Окисление алюминиевой стружки

С особенностью роста оксидной пленки, которая показана на рисунке 1, связан интересный феномен. Он происходит при хранении алюминиевых отходов в виде стружки. Этот вид алюминиевого лома возникает при механической обработке алюминия и поступает на переплав в основном в виде токарной и сверлильной стружки. Эта стружка имеет после механической обработке свежую, чистую поверхность, которая сразу же начинает окисляться. Так как стружка перед переплавом хранится в прессованных пакетах, то, казалось бы, окисляться должен только наружный их слой, а внутренние слои пакета сохраняться без окисления. Однако по изменению веса пакета было установлено, что окисление его в целом продолжается в течение длительного времени. Причина этого в том, что в пакете есть щели и полости, через которые воздух медленно, но уверено проникает во внутренние его слои. Большинство отдельных стружек очень тонкие, и оксидный слой, хотя и еще более тонкий, дает значительную долю в общем весе пакета. Поэтому при длительном хранении стружки потери металла возникают просто ниоткуда. Вывод из этого может быть только один – стружку необходимо переплавлять немедленно после ее поступления.

Удельная поверхность алюминиевого лома

Потеря алюминия из-за его окисления при переплаве в печи какой-нибудь загрузки лома пропорциональна удельной площади этого лома. Удельная площадь выражается соотношением

где m – общая масса партии лома, A – общая площадь поверхности всех кусочков лома, составляющих эту загрузку.

Удельная площадь поверхности алюминиевых отходов является критическим параметром. Ее величина увеличивается с уменьшением размеров частиц лома. Так, у куба со стороной 10 см площадь поверхности равна 600 кв. см , а у эквивалентных по массе 1000 кубиков со стороной 1 см – в 10 раз больше. Поэтому скорость окисления этих кубиков будет в 10 раз больше, чем большого куба.

Оксидная пленка на жидком алюминии

За исключением операций сушки и обжига органических покрытий все окисление алюминиевого лома происходит в жидком состоянии. В ходе плавления защитная оксидная пленка разрушается, и окисление алюминия начинается снова, но уже при более высокой температуре. На невозмущенной поверхности расплава алюминия устанавливается стабильная оксидная пленка, толщина которой медленно увеличивается во времени.

Зависимость интенсивности окисления жидкого алюминия от температуры

С ростом температуры расплава скорость окисления алюминия возрастает. Она довольно медленно возрастает вплоть до интервала температуры от 760 до 780 °С, а затем следует резкое увеличение скорости окисления, как это показано на рисунке 2. Нагрев алюминиевого расплава выше этих температур приводит к повышенным потерям алюминия от его окисления. Эти потери часто называют « угар алюминия ».

Рисунок 2

Оптимальная температура для расплава алюминия

С учетом резкого роста окисления алюминия при температуре расплава выше 760-780 °С, если нет особых причин для высокой температуры расплава (например, большая длина передающих металлопроводов), жидкий алюминий разогревают как раз до температуры, которая оптимальна для его разливки. В большинстве случаев эта температура составляет от 730 до 750 °С.

Коррозия - разрушение металлов под влиянием окружающей среды. В составе чистого алюминия отсутствует железо, ржаветь он не может. К тому же, на воздухе содержащим кислород, на поверхности мгновенно появляется оксид Al2O3 - устойчивое соединение. Значит, алюминиевым деталям ничего не страшно? Попробуем разобраться.

Температура плавления = 660 Гр. C.

Плотность алюминия = 2,6989 г/см3.

Алюминий сам по себе является активным металлом, однако отличается достаточно хорошими анти-коррозионными свойствами. Что можно объяснить способностью образовывать покрытие из оксида (пленка Al2O3) даже в агрессивных средах (с рН от 3 до 9).

Коррозионная стойкость материала зависит в данном случае от факторов: чистоты исходного металла, коррозионной среды, также концентрации агрессивных примесей, температуры и т.д. Фактор рН=7 - это неактивная среда (дистиллированная вода), больше 7- щелочь, меньше - кислота.

Очень сильно влияет на стойкость (не сплава, а именно Al) его чистота. Например, для изготовления химического оборудования, самих агрегатов, используют только сырье очень высокой чистоты, например марки АВ1 или АВ2.

Коррозия алюминия минимальна только в средах, которые допускают на поверхности металла образование защитной оксидной пленки. Коррозия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия):

При взаимодействии с атмосферным воздухом чистый Al переходит в пассивное состояние. При соприкосновении с воздухом на поверхности появляется тонкая защитная Al2O3 пленка (почти мгновенно). Далее рост пленки постепенно замедляется.

4Al + 3 O2 -> 2Al2O3.

Толщина данной оксидной пленки обычно от 5 до 100 нм (зависит от условий эксплуатации). После термической обработке, толщина оксидной пленки достигает 0,1 мкм. Алюминий достаточно стоек, на чистом городском воздухе, и даже промышленной атмосфере (содержащей серу, сероводород, газообразный аммиак, и т.п.) состав остается неизменным. Коррозия алюминия не наблюдается и при взаимодействии с чистой пресной водой. Повышение температуры до 100 Гр. С особого влияния не оказывает. Горячий водяной пар не страшен. Если же в воду, даже при обычной температуре, добавить небольшое количество солей - скорость коррозии в такой среде увеличится.

При взаимодействии, например, с морской водой, просто алюминий начинает сразу корродировать. Поэтому, для эксплуатации алюминия в подобных условиях в его состав вводят некоторое количество магния или кремния. Коррозионная стойкость алюминия и сплавов, при воздействии с «соленой» водой значительно снижается, если в составе металла будет медь (хотя, одновременно то и другое - практически не используется).

И, «тяжелое»: в соляной кислоте, сплавы и чистый Al растворяются быстро (однако, интенсивно лишь при высоких температурах): 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2. Щелочь же растворяет защитную пленку (для чего, впрочем, ее рН фактор должен выходить из диапазона 3-6).

К мерам защиты относятся: ввод кремния (как говорилось выше) или меди, окраска - нанесение покрытия, отрицательный потенциал (ниже минус 1,66 Вольт).