خوردگی آلومینیوم

کارشناس عصر صنعت اشراق

6 نوامبر 2020

مقالات

6551 بازدید

پیش از آن که بخواهیم در مورد خوردگی آلومینیوم صحبت کنیم؛ ابتدا تعریفی از خوردگی را بیان می‌کنیم.

خوردگی در واقع واکنش شیمیاییست که در آن فلزات مختلف با اکسیژن ترکیب می‌شوند. این واکنش شیمیایی منجر به آسیب دیدن فلز مذکور می‌شود. اکثر فلزات در شرایط مختلف پتانسیل خوردگی را دارند هرچند که این پتانسیل در برخی از فلزات مانند طلا بسیار اندک است.

تفاوت خوردگی با زنگ زدگی

در واقع این دو مفهوم تفاوت خاصی با هم ندارند. زنگ زدگی هم همان خوردگی است با این تفاوت که فقط در آهن و فولاد دیده می‌شود. در واقع به عمل اکسیداسیون آهن، اصطلاحا زنگ زدگی گفته می‌شود. از این موضوع در سایر فلزات با عنوان خوردگی (Corrosion) یاد می‌شود.

به طور کلی آلومینیوم یک فلز با مقاومت در برابر خوردگی بالا شناخته می‌شود. آلومینیوم فلزی بسیار فعال است که به محض قرارگیری در معرض اکسیژن، با اکسیژن واکنش داده و یک لایه بسیار نازک و چسبنده بر روی سطح خود ایجاد می‌کند. رنگ اکسید آلومینیوم سفید بوده و فرمول شیمیایی آن AL₂o₃ است. ضخامت این لایه‌ی محافظ در حد چند نانومتر (حدود ۱۰ نانومتر) می‌باشد.

در یک محیط خنثی، فلز آلومینیوم صد برابر آهن مقاومت به خوردگی دارد و سرعت خوردگی آهن صد برابر آلومینیوم است. ولی این شرایط مربوط به محیط خنثی است.

آلومینیوم فلزی مقاوم (پسیو) در PH 4 تا ۹ است ولی مشکل اصلی این فلز در محیط‌های به شدت اسیدی یا به شدت بازی (قلیایی) است. از آن‌جایی که در بسیاری از مواقع از فلز آلومینیوم در محیط‌های خورنده اسیدی یا قلیایی استفاده می‌شود؛ موضوع خوردگی آلومینیوم در چنین محیط‌هایی بسیار بااهمیت خواهد بود.

ممکن است در شرایط خاصی در محیط‌های کاملا اسیدی و یا کاملا قلیایی نیز، آلومینیوم خاصیت پسیو بودن خود را حفظ کند ولی متاسفانه معمولا این شرایط اتفاق نمی‌افتد و آلومینیوم دچار خوردگی می‌شود.

هرچند این مواردی که ما مطرح کردیم در مورد آلومینیوم خالص است و از آن‌جایی که معمولا از آلومینیوم آلیاژی در صنایع مختلف استفاده می‌شود؛ ممکن است این رفتار تفاوت‌هایی با آلومینیوم خالص داشته باشد.

به طور مثال آلیاژهای Al-Mg یا همان آلیاژهای سری ۵۰۰۰ آلومینیوم و حتی آلیاژهای سری ۶۰۰۰ مقاومت بسیار بالاتری در برابر خوردگی دارند و معمولا از این آلیاژها در محیط‌های خورنده نظیر آب دریا استفاده می‌کنند. از همین رو به آلیاژهای سری ۵۰۰۰، آلومینیوم دریایی می‌گویند.

اگر آلیاژ مورد نظر آلیاژهایAl-Zn (سری ۷۰۰۰) یا آلیاژهایAl-Cu (سری ۲۰۰۰) باشند؛ علی‌رقم استحکام و خواص مکانیکی بالا، مشکلات زیادی در ضمینه خوردگی آن‌ها خواهیم داشت.

انواع خوردگی در آلومینیوم

به صورت کلی، فلزات به روش‌های مختلفی ممکن است دچار خوردگی شوند که بسیاری از آن‌ها در مورد آلومینیوم اتفاق نمی‌افتد ولی برخی از حالات خوردگی در فلز آلومینیوم نیز رخ می‌دهد. خوردگی‌های رایج آلومینیوم را در ادامه بررسی خواهیم کرد.

خوردگی در آلومینیوم و آلیاژهای آن به طور معمول به صورت موضعی است و عمدتا به وسیله حفره زنی و یا تماس با فلزات غیر همجنس در یک محیط رسانا ( مثلا آب دریا ) رخ می‍دهد.

تقریبا در تمام موارد خوردگی‌های موضعی فرآیند واکنش با آب به صورت زیر بر قرار است:

۲ A1 + 6 H₂O → A1₂O₃.3H₂O+ 3H₂

خوردگی موضعی اغلب در آب بسیار خالص در دمای محیط و یا در نبود اکسیژن رخ نمی‍دهد بلکه در محلول‌های بسیار هادی و در حضور یون‌هایی مانند کلراید و سولفات اتفاق می‍افتد. بررسی محصولات خوردگی باعث تشخیص یون های مختلف و در نتیجه علت بروز خوردگی می‍شود.

خوردگی گالوانیک (Galvanic Corrosion)

این نوع از خوردگی معمولا در محیط‌های رسانای جریان الکتریستیه و در شرایط رخ می‌دهد که دو فلز از جنس‌های مختلف در کنا هم قرار بگیرند. هر چه هدایت الکتریکی بالاتر باشد این خوردگی می‌تواند شدیدتر رخ دهد.

در این نوع خوردگی فلزی که نسبت به فلز دیگر ضعیف‌تر است قربانی می‌شود و آن‌قدر ضخامت فلز کم می‌شود تا ازبین برود. معمولا زمانی که فلز آلومینیوم در کنار فلزاتی مانند فولاد گالوانیزه قرار می‌گیرد؛ چنین خوردگی را شاهد هستیم.

خوردگی حفره‌ای (Pitting Corrosion)

خوردگی حفره‌ای یکی از گسترده‌ترین و خطرناک‌ترین نوع خوردگی موضعی در فلزاتی با رفتار پسیو است؛ چرا که تشخیص و پیش‌بینی وقوع این خوردگی بسیار مشکل خواهد بود.

خوردگی آلومینیوم در محدوده پسیو معمولا به صورت موضعی است و به صورت اشکال مختلف حفره نمایان می‌شود. این خوردگی شایع‌ترین نوع خوردگی در بین آلومینیوم و آلیاژ‌های آن می‌باشد. حفره‌ها در ناپیوستگی‌های موضعی فیلم اکسیدی آلومینیوم در معرض اتمسفر هوا، آب‌های شیرین و شور و دیگر الکترولیت‌ها تشکیل می‌شوند.

از آن‌جا که فیلم اکسیدی معمولا در محلول‌های اسیدی و قلیایی قوی ناپایدار است؛ حفره‌دار شدن فقط در محدوده‌ی pH 4 تا ۹ رخ می‌دهد. در آلومینیوم خوردگی حفره‌ای معمولا به دلیل حضور یون‌های هالیدی به خصوص یون کلراید (^–Cl) رخ می‌دهد.

یون کلر نقش اصلی در خوردگی را ایفا می‌کند. مقدار خورندگی محیط به شدت تابع غلظت یون کلر در محیط خورنده است. یون کلر باعث تخریب و سوراخ شدن لایه‌ی اکسیدی محافظ می‌شود. وجود این یون در اتمسفرهای دریایی باعث می‌شود که نرخ خوردگی فلز آلومینیوم حدود ۲۲ برابر بیشتر از نرخ خوردگی اتمسفر روستایی شود.

حفره‌های ناشی از خوردگی حفره‌ای ممکن است مانند شکل بالا واضح و بزرگ باشند ولی در خیلی از مواقع با چشم غیر مصلح قابل دیدن نیستند.

بهترین راه مقابله با این نوع خوردگی، استفاده از آلیاژ مناسب است. آلیاژهایی نظیر آلومینیوم ۵۰۸۳، ۵۷۵۴، ۵۰۵۲، ۶۰۶۰، ۶۰۸۲ و … می‌توانند انتخاب مناسبی برای محیط‌های دریایی و خورنده باشند.

حواسمان به محیط‌های قلیایی و اسیدی باشد

یکی دیگر از محیط‌هایی که برای آلومینیوم می‌تواند بسیار خطرناک باشد، قرار گرفتن در معرض بتون است. بتون ماده‌ای بسیار قلیایی است و PH این ماده در حدود ۱۲-۱۳ است و در صورتی که آلومینیوم در معرض بتون قرار گیرد ممکن است دچار خوردگی حفره‌ای شود.

آلومینیوم ممکن است به روش‌های مختلف دیگری مورد خوردگی قرار گیرد که ما در اینجا موارد رایج‌تر را توضیح دادیم اما سایر روش‌ها را نیز در حد مختصر نام می‌بریم:

– خوردگی شیاری (Crevice corrosion)

– خوردگی رشته‌ای (Filiform corrosion)

– خوردگی مرزدانه‌ای (Intergranular corrosion)

– خوردگی تورقی (Exfoliation corrosion)

– خوردگی میکروبی (Biological corrosion)

– خوردگی رسوبی (Deposition Corrosion)

– خوردگی سایشی (Erosion-Corrosion)

– خوردگی خستگی (Corrosion Fatigue)

– خوردگی ناشی از ترک تنشی (SCC)

– و …

روش‌های مقابله با خوردگی آلومینیوم

اصلی ترین کاری که در مقابله با خوردگی آلومینیوم باید انجاد دهیم؛ انتخاب مناسب نوع آلیاژ است. ولی پس از انتخاب مناسب آلیاژ، جهت افزایش مقاومت به خوردگی، می‌توان پوشش‌هایی را بر روی سطح آلومینیوم ایجاد کرد.

از جمله این پوشش‌ها می‌تواند پوشش‌های پودری و آندایزینگ آلومینیوم است. به کمک آندایزینگ آلومینیوم می‌توان مقاومت به خوردگی آن را چندین برابر کرد. در مورد آندایزینگ آلومینیوم در مقالات گذشته مفصل توضیح داده‌ایم.

آندایزینگ آلومینیوم علاوه بر اینکه مقاومت به خوردگی آلومینیوم را بالا می‌برد باعث رنگ‌پذیر شدن سطح آلومینیوم، افزایش مقاومت سایشی و … نیز می‌شود.

هرچند، آندایزینگ در مواردی که سایز قطعه‌ی آلومینیومی بسیار زیاد است قابل انجام نیست و باید از پوشش‌های پودری، جهت افزایش مقاومت به خوردگی، استفاده کرد.

جمع‌بندی

فلز آلومینیوم به صورت کلی یک فلز با مقاومت به خوردگی بالات و در محیط‌هایی با PH 4 تا ۹ خاصیت پسیو دارد اما به دلیل استفاده از آلومینیوم در محیط‌های مختلف و نیز در شرایط متنوع دیگر، باید در برابر خوردگی آلومینیوم، حفاظت‌های لازم را انجام داد تا خسارت‌های جبران‌ناپذیری را متحمل نشویم.