Коррозия строительного алюминия: основные виды

Различные европейские стандарты включают более 150 деформируемых алюминиевых сплавов. Однако в строительстве зданий согласно Еврокода 9применяются только 17изних [1]. Важным условием для выбора этих сплавов является уровень ихкоррозионной стойкости вразличных условиях эксплуатации зданий при минимуме ихтехнического обслуживания. Представленный ниже обзор основных видов коррозии алюминия дает понимание того, почему одни алюминиевые сплавы могут применяться встроительстве, адругие— нет.

1. Естественное оксидное покрытие

Вбольшинстве внутренних инаружных сред алюминий обладает довольно высокой стойкостью ккоррозии инетребует дополнительных защитных покрытий. Такую естественную коррозионную стойкость алюминию обеспечивает тонкий, ноочень эффективный оксидный слой, который самопроизвольно образуется наего поверхности. Этот слой является непроницаемыми, вотличие отоксидных пленок намногих других металлах, очень прочно держится наосновном металле. Если этот оксидный слой механически повреждается, тоонсразуже самопроизвольно восстанавливается.

Это естественное оксидное покрытие является одной изглавных причин выдающихся коррозионных свойств алюминия. Это покрытие является стабильным винтервале рНот4до9. Всильнокислотной или влюбой щелочной среде алюминий довольно быстро подвергается коррозии.

2. Основные виды коррозии алюминиевых сплавов

Для строительных алюминиевых сплавов характерны следующие, наиболее частые виды коррозии

общая (однородная) коррозия (general, uniform corrosion);

точечная коррозия (pitting corrosion);

гальваническая (контактная) коррозия (galvanic corrosion);

щелевая коррозия (crevice corrosion).

Наалюминиевых изделиях слакокрасочным покрытием, например, профилей спорошковым покрытием, может проявляться также

нитевидная коррозия (filiform corrosion) [3, 4].

Такие виды коррозии как:

коррозия под напряжением (stress corrosion);

межкристаллитная коррозия (intercrystalline corrosion);

подповерхностная коррозия (exfoliation corrosion)

являются более редкими. Они характерны для высокопрочных алюминиевых сплавов серий 2000 и7000, атакже сплавов серии 5000с высоким содержанием магния, которые нерекомендуются кприменению встроительстве

3. Основные виды коррозии строительного алюминия

Общая коррозия, которую также называют сплошной коррозией [2], развивается ввиде язвочек очень малого диаметра, порядка одного микрометра. Врезультате этого вида коррозии происходит более или менее одинаковое уменьшение толщины повсей поверхности алюминиевого изделия. Для алюминия этот тип коррозии характерен для сильнокислотных ищелочных условий, вкоторых естественная алюминиевая оксидная пленка имеет достаточно высокую растворимость.

Различные алюминиевые сплавы имеют различную стойкость кобщей коррозии. Например, самые распространенные встроительстве алюминиевые сплавы, такие как 6060 и6063 (АД31), которые содержат неболее 0,10% меди, обладают достаточно высокой стойкостью кобщей коррозии ивбольшинстве условий эксплуатации применяются без какого-либо защитного покрытия. Однако алюминиевые сплавы, содержащие более чем 0,5% меди, обычно имеют значительно более низкой сопротивление коррозии. Поэтому такие сплавы недолжны применяться без защитных покрытий всреде свысоким содержанием хлоридов, например, вблизи дорог, для которых для борьбы собледенением применяется соль или вблизи морского побережья [3].

Точечную коррозию часто называют также язвенной коррозией. Точечная коррозия— это локальная форма коррозии, для которой характерно образование наповерхности алюминия отдельных ямок (язв) неправильной формы. Диаметр иглубина этих ямок зависит отнескольких факторов, таких как, химический состав алюминиевого сплава, вид коррозионной среды иусловия эксплуатации.

Точечная коррозия возникает только вприсутствии электролита (воды или влаги). Алюминий склонен кточечной коррозии всреде свеличиной рНоколо 8. Это включает практически все естественные среды, такие как пресная вода, морская вода ивлажный воздух.

Вотличие отдругих металлов, точечная коррозия алюминия всегда хорошо видна, так как при этом коррозионные ямки покрываются белыми объемными желеобразными «прыщиками» [3] изгидроксида алюминия Al(OH)3. Эти «прыщики» имеют значительно больший размер, чем коррозионные ямки, над которыми они находятся. Нарисунке 1схематически показан сложный механизм точечной коррозии алюминия.

Рисунок 1— Механизм точечной коррозии алюминия [4]

Точечная коррозия происходит, когда металл находится впостоянном или частом контакте сводной средой: водой, морской водой, дождевой водой ивлажным воздухом. Опыт показывает, что если точечная коррозия возникает, тоэто всегда происходит втечение первых недель.

Давно известно, что точечная коррозия алюминия развивается вприсутствии хлоридов. Хлоридные ионы проникают вестественную оксидную пленку иразрывают еевслабых местах собразованием микротрещин [3].

Большинство зародившихся коррозионных ямок прекращают свой рост втечение нескольких дней. Продукты коррозии накапливаются над коррозионной ямкой ипостепенно блокируют вход внее. Это препятствует обмену ионов, особенно хлоридных, что объясняет, почему точечная коррозия обычно замедляется идаже останавливается.

Вбольшинстве случаев глубина коррозионных ямок непревышает 0,4мм [4]. Глубина коррозионной ямки увеличивается приблизительно пропорционально кубическому корню отвремени. Это означает, например, что сувеличением толщины стенки алюминиевой трубы вдва раза срок ееслужбы возрастает в8раз [4].

Именно поэтому согласно Еврокоду9 (EN «толстые» алюминиевые профили изсплавов 6060 и6063 толщиной 3мм иболее нетребуют защиты откоррозии вплоть доусловий промышленной морской атмосферы.

Для предотвращения или ограничения точечной коррозии большое значение имеет правильный выбор алюминиевого сплава изащитного покрытия, как правило, порошкового или анодно-окисного.

Важной мерой для предотвращения точечной коррозии является проектирование алюминиевых профилей иконструкций таким образом, чтобы обеспечивать имбыстрый дренаж влаги иэффективное высушивание. Вотсутствии влаги коррозия алюминия непроисходит.

Контактная коррозия [2], которую чаще называют гальванической коррозией, возникает тогда, когда одновременно выполняются два условия:

есть контакт двух различных металлов;

есть электролитический «мостик» между этими металлами.

При оценке риска гальванической коррозии все металлы выстраивают постепени их«благородности». Менее благородный металл вконтакте становится анодом икорродирует. Более благородный металл становится катодом иявляется защищенным откоррозии. Менее благородными металлами, чем алюминий являются только цинк икадмий. Поэтому вбольшинстве комбинаций сдругими металлами алюминий является менее благородным металлом.

Гальваническая коррозия часто является следствием неправильного проектирования конструкции. Она невозникает всухом воздухе внутренних помещений. Нет большого риска гальванической коррозии всельской местности. Однако риск гальванической коррозии всегда должен приниматься вовнимание всредах свысоким содержанием хлоридов, например, вприбрежных районах морей. Медь, углеродистая сталь идаже нержавеющая сталь втаких условиях могут инициировать гальваническую коррозию.

Проблемы могут возникать также тогда, когда металлической комбинацией являются оцинкованная сталь иалюминий. Цинковое покрытие оцинкованной стали будет сначала предотвращать коррозионное воздействие наалюминий. Однако эта защита прекращается, когда стальная поверхность обнажается после того, как коррозия «съест» весь цинк.

Риск гальванической коррозии неследует преувеличивать— этот тип коррозии никогда неслучается всухих внутренних помещениях, аего риск всельской местности является минимальным.

Когда различные металлы применяются в контакте друг сдругом, гальванической коррозии можно избежать путем электрической изоляции ихдруг отдруга. Нарисунке 2показано такое решение для болтового соединения.

Рисунок 2— Предотвращение гальванической коррозии вболтовом соединении путем электрической изоляции [5]

Вбольших конструкциях, где такая электрическая изоляция затруднена, применяют другие решения для предотвращения электрического мостика между двумя разнородными металлами. Примером такого решения является окрашивание поверхностей масляными иэмалевыми красками. Часто более эффективным является окрашивание катодной поверхности, тоесть поверхности более благородного металла.

Щелевая коррозия— это локальная коррозия вразличных узких углублениях между материалами (щелях) (рисунок 3):

мест скопления различных отложений (песка, шлака, грязи).

Рисунок 3— Схема щелевой коррозия [4]

При транспортировке ихранении алюминиевых профилей, упакованных впачки, вода иногда собирается вщелях между поверхностями смежных профилей ивызывает поверхностную коррозию, так называемые, «водяные пятна».

Источником этой воды является дождь или конденсация влаги, которая засчет капиллярного механизма проникает между металлическими поверхностями. Конденсат может возникать, когда, например, холодные алюминиевые профили попадают втеплое помещение.

Иногда алюминиевые профили хранят наоткрытом воздухе, например, под брезентом. Вэтом случае перепад между дневной иночной температурой также может вызывать конденсат наихповерхности.

Нитевидная коррозия является характерной для окрашенного металла. Она имеет вид узких нитевидных ходов шириной около идлиной несколько миллиметров между слоем краски иосновой металла. Нитевидная коррозия всегда начинается надефектах окраски, таких как царапины, атакже наотрезанных кромках или высверленных отверстиях. Вред отнитевидной коррозии носит чисто декоративный характер.

Элементы окон идверей изсплавов 6060 и6063с порошковым покрытием могут подвергаться нитевидной коррозии. Для предотвращения этого вида коррозии содержание меди валюминиевом сплаве недолжно превышать 0,1% [4]. Известно, что химическое стравливание поверхностного слоя алюминия вколичестве неменее 2г/м 2 перед хроматной подготовкой поверхности обеспечивает окрашенному алюминию высокую стойкость книтевидной коррозии.

4. Другие типы коррозии

Коррозия под напряжением, которая ведет кобразованию трещин, является более редким типом коррозии. Этот тип коррозии случается восновном ввысокопрочных сплавах, таких как сплавы серий 2000 (AlCu) и7000 (AlZn), атакже серии 5000 (AlMg) при содержании магния более 4%. Это происходит, когда металл подвергается длительным растягивающим напряжениям вприсутствии коррозионной среды. Этот тип коррозии обычно невозникает валюминиевых сплавах AlMgSi серии 6000, втом числе, впопулярных сплавах 6060 и6063 [1].

Межкристаллитной коррозии подвергаются границы зерен металла, анесами зерна. Сплавы серии 6000, например, 6060 и6063, обычно являются стойкими кмежкристаллитной коррозии. Образование впрофилях рекристаллизованной структуры (сбольшим размером зерен), атакже высокое содержание кремния имеди может способствовать коррозии такого вида. Для предотвращения или минимизации рекристаллизации валюминиевые сплавы добавляют марганец ихром.

Межкристаллитная коррозия особенно характерна для сплавов серии 7000. Здесь она связана свыделениями MgZn, которые являются очень анодными посравнению салюминием ипоэтому подвергаются коррозии [4].

Подповерхностная коррозия является видом выборочной коррозии, которая распространяется под поверхностью металла поодной или нескольким плоскостям. Этот вид коррозии возникает восновном впрокатных изделиях извысокопрочных сплавов серий 2000, 5000 и7000.

5. Коррозия алюминия вразличных средах

Коррозия металлов наоткрытом воздухе зависит отвремени, втечение которого поверхность металла находится вовлажном состоянии ихимического состава электролита наего поверхности. Длительностью влажности поверхности считают период времени, втечение которого поверхность является достаточно влажной для возникновения коррозии. Обычно это происходит при относительной влажности выше 80% ивтоже время при температуре выше нуля.

Внормальной сельской атмосфере иватмосфере сосредним содержанием сульфатов алюминий всвоем естественном состоянии обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью.

Ватмосфере свысоким содержанием сульфатов могут возникать незначительная точечная коррозия. Однако вэтих условиях стойкость алюминия ккоррозии значительно выше, чем ууглеродистой стали или уоцинкованной стали.

Присутствие вокружающем воздухе солей (особенно хлоридов) снижает стойкость алюминия ккоррозии, новменьше степени, чем удругих конструкционных материалов [3].

Почва неявляется однородным материалом. Химический состав минеральных веществ, содержание влаги, величинарН, присутствие органических материалов иэлектрическая проводимость могут изменяться вшироких пределах отместа кместу. Эти различия делают трудными предсказания откоррозионной стойкости металлов впочве. Кроме того, накоррозионную стойкость металлов впочве могут влиять идругие факторы, например, блуждающие токи.

При применении алюминия впочве применяют специальные защитные покрытия, например, битумные.

Коррозия металлов вводе зависит отхимического состава воды. Накоррозионную стойкость алюминия вводе наибольшее влияние оказывают присутствие вводе хлоридов итяжелых металлов.

Внатуральной пресной воде ипитьевой воде алюминий может подвергаться точечной коррозии. Однако при регулярной сушке ичистке риск коррозионного повреждения вэтих условиях является минимальным. Домашние алюминиевые кастрюли, сковородки идругая кухонная утварь веще недавние времена применялась десятилетиями без каких-либо признаков коррозии.

Вморской воде особенно высокую коррозионную стойкость проявляют сплавы серии 5000 (AlMg) ссодержанием магния свыше 2,5%, атакже, вменьшей степени, сплавы серии 6000 (AlMgSi).

Алюминиевые сплавы свысоким содержанием меди, например, известные «дюрали», обычно неприменяют для условий работы вводе. Когда работа этих сплавов втаких условиях неизбежна, ихнеобходимо обеспечить надежной коррозионной защитой, например, сплошным окрашиванием.

Брызги мокрых щелочных строительных материалов, например, раствора или бетона, оставляют поверхностные, нодовольно видимые пятна наповерхности алюминия. Поскольку эти пятна почти невозможно удалить, видимые алюминиевые поверхности необходимо защищать вовремя работ настроительной площадке.

Алюминий, который залит вбетон, будет реагировать аналогичным образом. Это повышает адгезию между материалами. Когда бетон «схватится», токоррозионное воздействие бетона наалюминий обычно прекращается. Однако, если между алюминием ибетоном проникает влага, токоррозия будет продолжаться. Увеличение объема продуктов коррозии может вызывать образование трещин вбетоне.

Этот тип коррозии можно эффективно предотвратить путем нанесения наалюминий битумного покрытия или краски, которая выдерживает щелочные среды. Так как оксидный слой является нестабильным всильнощелочных условиях, тоанодирование алюминия здесь непоможет.

Вовнутренних сухих условиях после того, как бетон полностью схватился, алюминий уже нетребует никакой коррозионной защиты.

Благодаря защитным свойствам естественного оксидного слоя алюминий показывает хорошую стойкость квоздействию многих химических веществ. Однако низкие или высокие величинырН (меньше 4ибольше9) приводят крастворению оксидной пленкии, следовательно, быстрой коррозии алюминия. Поэтому неорганические кислоты иконцентрированные щелочные растворы являются для алюминия очень коррозионными.

Исключениями являются концентрированная азотная кислота ирастворы аммиака. Они практически нереагируют салюминием.

Вумеренных щелочных водных растворах коррозии можно избежать путем применения силикатов вкачестве ингибиторов. Такого типа ингибиторы обычно входят всостав средств для мытья посуды.

Большинство неорганических солей неявляются для алюминия особенно коррозийными. Здесь исключениями являются соли тяжелых металлов.

Алюминий имеет очень хорошую стойкость кбольшинству органических соединений. Алюминиевое оборудование применяется при производстве ихранении многих органических веществ.

Скопления грязи наметаллической поверхности могут вопределенной степени снижать еестойкость ккоррозии. Особенно это относится кповерхности, которая очень часто находится вовлажном состоянии втечение длительного времени. Поэтому взависимости отстепени загрязненности такие загрязняющиеся поверхности нужно чистить имыть раз или два вгод.

Источники:

1. EN Eurocode9: Design ofaluminium structures— Part : General structural rules— AnnexD.

2. ГОСТ Коррозия металлов. Термины

3. Design Manual. Success with Aluminium Profiles, SAPA, 2014

4. Cristian Vargel, Corrosion ofAluminium, ELSEVIER, 2004

5. TALAT 5104— Basic Approaches toPrevent Corrosion ofAluminium, ЕАА, 1994

Материал подготовлен специалистом компании Алюком - современные фасадные решения.

ООО «Алюком»г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Тел.: +7 (495) 268 0444 E-mail: info@alucom.ru

Производство и склад: Калужская обл., г. Малоярославец, ул. Калужская, 64.