2.4 Коррозия алюминия и его сплавов
Стандартный электродный потенциал алюминия 0Al3+ / Al =-1,66 В, что указывает на низкую термодинамическую устойчивость. Уже на воздухе Al покрывается прочной пленкой оксида алюминия Al2O3, толщиной 5,0─ 20 нм (1 нм = 10 м), которая повышает электродный потенциал. Например, в 3 %-ном водном растворе NaCl электродный потенциал Al =-0,55 В. В соответствии с величиной электродного потенциала Al в нейтральных растворах электролитов и в воде может корродировать с кислородной и водородной деполяризацией.
При взаимодействии первичных продуктов коррозии катионов Al3+ с анионами ОН при рН 4 образуется труднорастворимый гидроксид алюминия Al(OH)3, который может превращаться в оксид алюминия Al2O3 · nH2O. Оксидная и гидроксидная пленки обладают защитными свойствами, и именно поэтому Al имеет высокую коррозионную стойкость в нейтральных растворах электролитов, не содержащих активаторов, например, хлоридов, в атмосферных условиях, в том числе в атмосфере, содержащей сернистый газ.
Увеличение и уменьшение рН среды приводит к увеличению скорости коррозии Al, что связано с амфотерными свойствами оксида и гидроксида Al.
Амфотерные свойства гидроксида алюминия определяют его коррозию с водородной деполяризацией в растворах щелочей:
анодный процесс
;
катодный процесс
;
......................................................................................
суммарная реакция
.
В азотной, фосфорной и разбавленной серной кислотах Al имеет высокую коррозионную стойкость; в растворах соляной, фторис-товодородной, концентрированной серной, муравьиной, щавелевой кислотах он растворяется. В средах, содержащих катионы Hg2+, алюминий очень быстро корродирует, так как образуется амальгама, на которой отсутствует защитная пленка.
Скорость коррозии Al в нейтральных и кислых средах увеличивается в присутствии Fe, Cu, Si.
В промышленности находят применение сплавы алюминия с Cu, Mg, Zn, Si, Mn. Сплав системы Al─Cu ─ дуралюмин (дюралюминий), который содержит, %: Cu ─ 4, Mg и Mn ─ 0,6, Si и Fe ─ 0,7. На коррозионную стойкость Al оказывает влияние закалка. При закалке примеси Cu, Si переходят в твердый раствор, поэтому повышается его коррозионная стойкость.
Высокие механические свойства дуралюмин приобретает после естественного и искусственного старения. Дуралюмин после искус-ственного старения имеет более низкую коррозионную стойкость.
Сплавы Al с магнием ─ магналин (например, сплав АМг с содержанием 1─3 % Mg) и c марганцем (например, сплав АМц с содержанием 1─2 % Mn) имеют высокую коррозионную стойкость.
2.5 Коррозия магния и его сплавов
Стандартный электродный потенциал магния 0Mg2+/ Mg =-2,36 В и его стационарный потенциал в 0,5 %-ном растворе NaCl Mg =-1,4 В сильно отрицательные. Это определяет возможность коррозии Mg с водородной и кислородной деполяризацией в нейтральных растворах электролитов.
При взаимодействии первичных продуктов коррозии ─ катионов Mg2+ c анионами ОН при рН 10 образуется труднорастворимый гидроксид магния Мg(OH)2, который обладает основными свойствами. В соответствии с этим уменьшение рН раствора вызывает увеличение скорости коррозии, а увеличение рН приводит к её понижению.
Магний корродирует в азотной, серной, соляной, фосфорной кислотах. В азотной кислоте магний растворяется бурно с восстановлением HNO3 до катионов NH4, а в концентрированной серной до H2S.
В плавиковой кислоте Mg имеет высокую коррозионную стойкость из-за образования на его поверхности защитной плёнки нерастворимого фторида магния MgF2.
В нейтральных
растворах хлоридов, сульфатов, нитратов
и др. Mg корродирует в основном с водородной
деполяризацией. В растворах хлорида
аммония Mg обнаруживает особенно сильную
коррозию. Это объясняется тем, что
гидроксид Mg при взаимодействии с
ка-тионами
растворяется с образованием слабо
диссоциирующего NH4OH:
.
Скорость коррозии Mg с водородной деполяризацией в нейтраль-ных растворах повышается с увеличением содержания примесей Ni, Fe, Cu.
В атмосферных условиях под плёнкой влаги коррозия Mg протекает преимущественно с кислородной деполяризацией. С уменьшением толщины плёнки влаги из-за облегчения доставки кислорода к поверхности Mg скорость коррозии увеличивается.
В некоторых областях промышленности используют магниевые сплавы систем Mg─Mn, Mg─Al ─Zn─Mn, Mg─Zn─ Zr, Mg─Nd─Mn─ Ni и др. Большинство сплавов имеют слабую коррозионную стойкость в агрессивных растворах.
Для защиты от коррозии магниевых сплавов применяют хрома-тирование, фосфатирование, анодное окисление с последующей окраской.