Korozja aluminium

i jego stopów

Stanisław Dymek

Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej

Akademii Górniczo-Hutniczej

Dlaczego aluminium?

• rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej

(trzecie miejsce (8%), za tlenem (50%) i
krzemem (26%))

• wysoki iloraz wytrzymałości do ciężaru
• szeroki zakres wytrzymałości stopów Al

(od 90 do 700 MPa)

• Wytrzymałość w niskiej temperaturze
• łatwa obrabialność
• ogólna dobra odporność na różnego typu korozję
• atrakcyjny wygląd

Oznaczanie stopów

aluminium

• 1xxx

• 2xxx

• 3xxx

• 4xxx

• 5xxx

• 6xxx

• 7xxx

• 8xxx

• czyste Al (> 99%)

• Cu - wytrzymałość do 500 MPa

• Mn - wytrzymałość do 300 MPa

• Si

• Mg - wytrzymałość do 400MPa

• Mg i Si - wytrzymałość do 450

MPa

• Zn - wytrzymałość do 700 MPa

• inne, np. Li

Stopy do przeróbki
plastycznej

stopy obrabialne
cieplnie

Dodatkowe oznaczenia

stopów obrabialnych cieplnie

• T1 - chłodzenie od temp. przeróbki plastycznej

i starzenie naturalne

• T2 - chłodzenie od temp. przeróbki plastycznej, odkształcanie

"na

zimno" i starzenie naturalne

• T3 - przesycanie, odkształcanie "na zimno", starzenie

naturalne

• T4 - przesycanie, starzenie naturalne

• T5 - chłodzenie od temp. przeróbki plastycznej

i starzenie sztuczne

• T6 - przesycanie, starzenie sztuczne
• T7 - przesycanie, przestarzanie (stabilizowanie)
• T8 - przesycanie, odkształcanie "na zimno", starzenie sztuczne
• T9 - przesycanie, starzenie sztuczne, odkształcanie "na zimno"
• T10 - chłodzenie od temp. przeróbki plastycznej,

odkształcanie

"na zimno" i starzenie sztuczne

Pasywacja aluminium

Korozja

• Co to jest korozja?

- niszczenie metali w wyniku reakcji
chemicznych przebiegających podczas
zetknięcia się metali z otaczającym je
środowiskiem

• Dlaczego zapobieganie korozji jest

istotne?
- ekonomia: w USA 200 mld $ rocznie
- bezpieczeństwo: awarie, szczególnie
samolotów

Przykad korozji

Reakcje towarzyszące

korozji

Redukcja
(katoda)

Utlenianie
(anoda)

jony przechodzą do
roztworu

wydziela się
gaz

Ogniwo korozyjne -

elementy

• miejsce dla reakcji utleniania
• miejsce dla reakcji redukcji
• ścieżka przepływu elektronów
• ścieżka przepływu jonów

Potencjały elektrodowe

Skłonność metalu do korozji
elektrochemicznej może być wyrażona za
pomocą siły elektromotorycznej (SEM) ogniwa
korozyjnego

Im większa wartość (SEM) tym większa
skłonność do korozji

Potencjały elektrodowe metali w roztworach
ich jonów o aktywności 1 nazywa się
normalnymi lub standardowymi;

potencjały te mierzy się zwykle względem
elektrody wodorowej (0 V)

Szereg napięciowy i

galwaniczny

Szereg napięciowy
normalnych

potencjałów względem
elektrody wodorowej

Szereg galwaniczny
potencjałów w 3%

roztworze NaCl

Pt/Pt2+
Ag/Ag+
Cu/Cu2+
H2/H+
Pb/Pb2+
Ni/Ni2+
Fe/Fe2+
Zn/Zn2+
Ti/Ti2+
Al/Al3+

+1,2
+0,8
+0,34
0,00
-0,13
-0,25
-0,44
-0,76
-1,63
-1,67

Pt
Ti
Ag
Cu
Ni
Pb
Fe
Al
Zn

+0,47
+0,37
+0,30
+0,04
-0,03
-0,27
-0,40
-0,53
-0,76

Szereg galwaniczny

metali

Metal

Potencjał

Mg
Zn
Alclad 6061, Alclad 7075
5456, 5083
Al 99,95%, 5052, 5086
3004, 1060, 5050
1100, 3003, 6061, Alclad

2024
2014 - T4
stal węglowa
Sn
Cu
stal nierdzewna

austenityczna
Ni

- 1,73
- 1,10
- 0,99
- 0,87
- 0,85
- 0,84
- 0,83
- 0,69
- 0,58
- 0,49
- 0,20
- 0,09
- 0,07

Szereg galwaniczny faz w

stopach Al

Faza

Potencjał

(V)

Mg

5

Al

8

Al-Zn-Mg roztwór stały

MgZn

2

Al

2

CuMg

Al 5% Mg roztwór stały

MnAl

6

Aluminium 99,95%
Al-Mg-Si roztwór stały
Al-1%Si roztwór stały
Al-2% Cu roztwór przesycony
Al-4% Cu roztwór przesycony

FeAl

3

CuAl

2

NiAl

3

Si

- 1,24
- 1,07
- 1,05
- 1,00
- 0,88
- 0,85
- 0,85
- 0,83
- 0,81
- 0,75
- 0,69
- 0,56
- 0,53
- 0,52
- 0,26

Korozja galwaniczna

Czynniki wpływające na

szybkość korozji

• metalurgiczne

– skład chemiczny

– obróbka cieplna

– przeróbka plastyczna

• środowiskowe

– woda

– pH (4,5 - 9,0)

– czystość stopu (obecność metali ciężkich)

– wodór

– temperatura

Czynniki metalurgiczne

• Obróbka cieplna:

sytuacja idealna - dodatki stopowe
całkowicie rozpuszczone, szybkość
chłodzenia duża, jednorodna
mikrostruktura

• Przeróbka plastyczna:

niejednorodności odkształcenia,
kierunkowa mikrostruktura

Rodzaje korozji w

stopach Al

• Równomierna - b. rzadko
• Wżerowa
• Szczelinowa
• Międzykrystaliczna
• Warstwowa (ang. exfoliation)
• Pękanie naprężeniowo-korozyjne

ang. stress corrosion cracking

mechanizm
elektrochemiczny

2Al +
6H

2

O

Al

2

O

3

 3H

2

O +

3H

2

Korozja wżerowa - pitting

szczególnie aktywna w obecności

chlorków

Korozja wżerowa - pitting

Odporność na korozję

1xxxnp. 1099, b.

odporny
5xxx
3xxx
6xxx
7xxxpokrycia

(cladding)
2xxxpokrycia

(cladding)

Korozji wżerowej towarzyszy często
korozja międzykrystaliczna

Im więcej wżerów - tym płytsze wżery

Korozja szczelinowa

Powstaje w szczelinach przy złączeniach części
aluminiowych;
miejsca takie są często nieuniknione

Przyczyna: zawartość tlenu w elektrolicie w
szczelinie jest mniejsza niż na brzegu
szczeliny - powstaje lokalne ogniwo, w którym
elektrodami są: woda z nadmiarem i woda z
niedoborem tlenu. Korozja zachodzi na styku
tych dwóch stref.

Korozja

międzykrystaliczna

odlew

przeróbka
plastyczn
a

rekrystaliza
cja

Mechanizm
elektrochemiczn
y

Ogniwa tworzą się
pomiędzy osnową
stopu i
wydzieleniami lub
pomiędzy osnową
a zubożoną strefą
w pobliżu granicy

Najbardziej podatne stopy:

2xxx

i

7xxx

- umacniane

wydzieleniowo

Korozja

międzykrystaliczna

stop 2519
T8

Zapobieganie:

Unikanie tworzenia
stref wolnych od
wydzieleń

Korozja

międzykrystaliczna

Schemat granicy ziarn w stopie 2xxx

Wydzielenia bogate w
Cu na granicy ziarn
powodują zubożenie
przyległych obszarów
w miedź.

Powstaje lokalne
ogniwo
elektrochemiczne
pomiędzy obszarami o
różnej koncentracji
Cu o różnicy
potencjałów ok. 0,12
V

Strefy ubogie w Cu
szybko korodują

Korozja

międzykrystaliczna

stop 2519
T8

Korozja warstwowa

Forma korozji międzykrystalicznej. Zachodzi
równolegle do powierzchni metalu, wzdłuż
granic wydłużonych w wyniku przeróbki
plastycznej ziarn

materiał "puchnie"

blacha 1,3 mm 25 mm

stopy

1xxx

i

3xxx

są

odporne

stopy

7xxx

i

2xxx

są

wrażliwe

Przestarzenie i rekrystalizacja usuwa wrażliwość

Korozja warstwowa

Struktura stopów wrażliwych na korozję
warstwową

Stop 2195 T8

Stop 7150
T8

Pękanie naprężeniowo-

korozyjne

Stress corrosion cracking

Kruche pękanie stopu, uważanego za
plastyczny w normalnych warunkach,
poddanego jednoczesnemu działaniu naprężeń
rozciągających oraz środowiska korozyjnego,
przy czym żaden z tych czynników działając
samodzielnie nie powoduje zniszczenia

Warunkiem koniecznym pękania
naprężeniowo-korozyjnego jest czułość na
korozję międzykrystaliczną

Wrazliwe są stopy 2xxx, 7xxx oraz
czasami 6xxx

Pękanie naprężeniowo

korozyjne

przyczyny mikrostrukturalne

• Strefy wolne od wydziele przy

granicach ziarn

• Natura wydzielen umacniajacych -

najbardziej podatne sa stopy ze

strefami GP

• Rozmieszczenie wydzielen na

granicach ziarn

• Zmiany stezenia skladnikow

rozpuszczonych

Pękanie naprężeniowo

korozyjne

Stress corrosion cracking

rozpuszczanie obszaru przy
granicy (anodowe)

pękanie z udziałem wodoru

przerwanie ochronnej warstwy
tlenku

Pękanie naprężeniowo

korozyjne

Stress corrosion cracking

Pękanie naprężeniowo

korozyjne

Pękanie naprężeniowo

korozyjne

Pękanie naprężeniowo

korozyjne

zapobieganie

• Szybkie chłodzenie

korzystne, ale wprowadza naprężenia

• Odkształcenie przed starzeniem (T8)

uczula na korozję warstwową

• Starzenie dwustopniowe

I - w niskiej temperaturze (120 - 135

o

C)

II - w wyższej (160 - 170

o

C)

• Dodatek modifikatorów, np. Ag

modyfikacja wydzielania

• Retrogresja

Modyfikacja wydzielania

Np. dodatek Li do stopów
2xxx

Li

251
9

2195

Retrogresja

• Obróbka T6:

465

o

C, woda,

starzenie 120

o

C/24

h

• 200 - 280

o

C/5 min,

woda

• Ponowne starzenie

120

o

C/24 h

Schemat retrogresji
stop 7075

Podsumowanie

Dobór odpowiednich czynników
metalurgicznych: takich jak skład
chemiczny stopu, obróbka cieplna,
przeróbka plastyczna może istotnie
poprawić odporność korozyjną stopów
aluminium bez konieczności zmian
projektowych konstrukcji