Camgora.ru

Автомобильный журнал
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коррозия алюминия

Коррозия алюминия

Практические примеры защиты алюминия от коррозии материалами, предлагаемыми НПП НОТЕХ, смотрите по ссылке ЗАЩИТА АЛЮМИНИЯ

Алюминий и его сплавы отличаются хорошей устойчивостью к коррозии в различной окружающей среде. Такое свойство обусловлено высокой химической активностью алюминия – при взаимодействии с агрессивной средой на его поверхности мгновенно образуется инертная оксидная пленка (происходит пассивация металла), которая защищает от коррозии алюминий и его сплавы.

На коррозионную устойчивость алюминия влияет множество факторов:

  • чистота металла (марка АВ1 и АВ2 – высокий показатель чистоты);
  • коррозионная среда;
  • концентрация агрессивных примесей в среде;
  • температура;
  • рН растворов – инертная оксидная пленка образуется только в интервале рН от 3 до 9, она устойчива в водных растворах, в которых уровень рН составляет 4,5 – 8,5.
Атмосферная коррозия алюминия

Алюминий и алюминиевые сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях благодаря образованию пассивной пленки оксида алюминия (Al2O3), которая защищает поверхность металла от коррозии. Толщина пленки в среднем составляет 0,01-0,04 мкм. При термической обработке алюминия – до 0,1 мкм.

Реакция окисления алюминия:

Водная коррозия алюминия

Пассивированный алюминий не корродирует в дистиллированной воде даже при высоких температурах. Чистый алюминий вступает в реакцию с образованием гидроксида алюминия, которую можно выразить уравнением реакции:

Также корродирует чистый алюминий и в морской воде. Сплавы алюминия с кремнием и магнием устойчивы к коррозии в морской воде. Наличие меди в сплаве значительно снижает коррозийную устойчивость.

Коррозия алюминия в кислотах

Алюминий не устойчив к действию кислот. Исключение – концентрированные азотная и серная кислоты – их окислительные свойства настолько сильны, что при контакте с алюминием он мгновенно пассивируется с образованием инертной оксидной пленки.

Серная кислота средних концентраций вызывает коррозию алюминия:

С концентрированной серной кислотой алюминий вступает в реакцию при нагревании:

При взаимодействии с такими кислотами, как соляная (HCl), бромистоводородная (HBr) и плавиковая (HF), алюминий и его сплавы корродируют:

Концентрированный раствор азотной кислоты при нормальной температуре пассивирует алюминий. Реакция коррозии алюминия под воздействием азотной кислоты при нагревании:

Алюминий достаточно устойчив к уксусной кислоте любых концентраций (до 65 °С). Хромовая и фосфорная кислоты (сильно разведенные), а также лимонная, яблочная, винная, пропионовая кислота не разрушают алюминий при комнатной температуре. В щавелевой, муравьиной и хлорорганических кислотах алюминий поддается коррозии.

Коррозия алюминия в щелочах

Оксидная пленка на поверхности алюминия и его сплавов разрушается под воздействием щелочей, и он вступает в реакцию с водой с выделением водорода и образованием алюминатов:

Силикат натрия или гидроксид аммония не разрушают оксидную пленку.

Гальваническая коррозия между разнородными металлами

Факторы, стимулирующие появление местной коррозии

Местная коррозия происходит локально, только на некоторых частях металлической поверхности, и на ее появление могут оказывать влияние следующие факторы:

  • Подбор материалов разной природы (гальваническая коррозия);
  • Неоднородная среда, например, разница в содержании кислорода или изменение потенциала;
  • Наличие участков, покрытых отложениями, трещинами, выемками (щелевая коррозия);
  • Явления турбулентности, истирания, кавитации, трения (фреттинг);
  • Наличие веществ, которые могут привести к образованию кратеров, язв, проколов (точечная коррозия).

Гальваническая коррозия

Этот тип коррозии возникает, когда два или более металлических материала либо любые материалы с электронной проводимостью (графит, проводящие оксиды или сульфиды и т.д.) находятся в контакте друг с другом. Во время гальванической коррозии скорость повреждения увеличивается, и она в значительной степени зависит от их расстояния в гальваническом ряду, от конкретной среды, характеристик полярности материалов в этой среде, соотношения между анодными областями и катодными материалами. В последнем случае, если площадь анода уменьшается по сравнению с катодной областью, процесс растворения становится более быстрым, что приводит к увеличению потерь материала за это же время (в годах). В гальваническом ряду более благородный металл действует как катод, а менее благородный – как анод, растворяясь.

Можно сортировать металлы согласно свободному от коррозии потенциалу (практика благородности в этой среде), когда они находятся в контакте с данным электролитом. Потенциал свободной коррозии – это потенциал, принимаемый материалом, когда он электрически не связан с цепью, а свободно взаимодействует с окружающей средой, в которой он находится.

Как правило, гальваническая коррозия очень опасна, когда материалы находятся далеко друг от друга в гальваническом ряду, хотя масштаб воздействия может в большей степени зависеть от кинетических факторов, которые затем вмешиваются в процесс. Процесс гальванической коррозии происходит даже тогда, когда поверхность материала содержит примеси другого металла, и создается короткозамкнутый контур с переходом в раствор менее благородного металла (это также происходит и между проводниками металлов и оксидов; случай железо / хлопья магнетита является наиболее распространенным).

Предположим, у вас есть примесь железа на поверхности меди. Если посмотреть на таблицу стандартных потенциалов, то при ECu ++ / Cu = 0,34 В и EFe ++ / Fe = -0,44 В менее благородный металл (Fe) отправляет в раствор ионы Fe2+ в соответствии с полуреакцией: Fe ⇒ Fe2+ + 2e-. Электроны мигрируют к материалу, который является наиболее электроположительным (Cu), где оба Fe2+ и O2 в воздухе могут быть уменьшены. Восстановление O2 по полуреакции: O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- имеет стандартный потенциал, равный 0,40 В; следовательно, окислительная способность намного выше, чем у пары Fe2+ / Fe. На катоде (Cu) будет происходить образование гидроксильных ионов OH- с возможным осаждением Fe(OH)2. Эта реакция улавливает ионы Fe2+ из раствора и способствует прохождению ионов новых металлов в растворе.

Методы борьбы с гальванической коррозией

Чтобы избежать развития этого процесса, можно принять следующие меры:

  • Устранить опасный металлический контакт, где разница в благородности очень велика;
  • Электрическая изоляция;
  • Уменьшение катодных зон / анодных зон;
  • Катодная защита;
  • Организация экрана.

Обезжиривание, травление и активирование алюминия и сплавов

Обезжиривание

Процесс обезжиривания поверхности металлических деталей проводят, как правило, когда эти детали только что обработаны (отшлифованы или отполированы) и на их поверхности нет ржавчины, окалины и других посторонних продуктов.
С помощью обезжиривания с поверхности деталей удаляют масляные и жировые пленки. Для этого применяют водные растворы некоторых химреактивов, хотя для этого можно использовать и органические растворители.

КомпонентыСоставы для обезжиривания алюминия и сплавов
№1№2№3
Кальцинированная сода, г/л5-1050-6020-25
Тринатрийфосфат, г/л5-1050-6020-25
Эмульгатор ОП-7 (ОП-10), г/л15-205-7
Жидкое стекло, г/л25-5020-30
Температура50-6050-6070-80
Время обработки3-53-510-20

Травление

Травление (как подготовительная операция) позволяет удалить с металлических деталей прочно сцепленные с их поверхностью загрязнения (ржавчину, окалину и другие продукты коррозии).
Основная цель травления — снятие продуктов коррозии; при этом основной металл не должен травиться. Чтобы предотвратить травление металла, в растворы вводят специальные добавки. Хорошие результаты дает применение небольших количеств гексаметилентетрамина (уротропина).

Составы для травления алюминия и его сплавов (г/л)
Компоненты№1№2№3№ 4
Азотная кислота 1,4 г/см35…40
хлористый натрий30
Едкий натр50…10025…35150
кальцинированная сода20…30
Температура, С40…6018…2540…6060
Время обработки, сек5… 103…50,5…2,015…20

Декапирование (активирование)

Активирование удаление с поверхности деталей тончай­ших слоев окислов, которые образуются при промывках и в про­межутках между операциями. При активировании происходит лег­кое протравливание верхнего слоя металла, что обеспечивает проч­ное сцепление наносимого покрытия с основным металлом. Активирование производится непосредственно перед нанесени­ем гальванических покрытий.

Состав для декапирования алюминия и его сплавов
Компоненты№1
Азотная кислота10-15%-ный раствор
Температура, С20
Время обработки, сек5. 15

ВАРИАНТ 2

Химическая подготовка изделий перед получением оксидных покрытий включает операции обезжиривания, травления, осветления металла. В зависимости от природы и степени загрязнения поверхности используют органические растворители или водные растворы.

При выборе состава водных обезжиривающих растворов для уменьшения их агрессивного действия на металл снижают содержание едкой щелочи, по сравнению с принятой для обезжиривания черных металлов, иногда увеличивают при этом концентрацию в растворе углекислого натрия. Улучшению качества и ускорению процесса обезжиривания способствует введение добавок ПАВ, в особенности синтанола, а также повышение концентрации фосфатов.

Для обезжиривания изделий из алюминия и его сплавов можно использовать растворы следующих составов (г/л):

1) углекислый натрий — 10-20, тринатрийфосфат — 5-50, триполифосфат — 3-5, синтанол ДС-10 — 8-10;
2) углекислый натрий — 15-20, тринатрийфосфат — 25-30, синтанол ДС-10 — 3-4;
3) гидроксид натрия — 10-15, тринатрийфосфат — 50-60, метасиликат натрия — 20-30.

Обезжиривание ведут при температуре 60-80 °С. Растворы 1, 2 используют для обработки полированных, раствор 3 — сильно загрязненных деталей.

Уже в процессе обезжиривания, поскольку он связан с применением щелочных растворов, происходит большее или меньшее травление поверхности металла. Поэтому специальная операция травления включается в технологический процесс не столько для снятия продуктов коррозии, как при травлении черных металлов, сколько для получения определенной фактуры поверхности.

Мелкозернистую серебристую поверхность получают обработкой алюминия в растворе, содержащем 120-150 г/л гидрокснда натрия и 25-35 г/л хлористого натрия, при температуре 60-70 °С.
Для матирования алюминия и его деформируемых сплавов можно пользоваться раствором, содержащим 50-200 г/л смеси, состоящей (массовая доля, %) из 56 нитрата натрия, 44 гидроксида натрия; при температуре 40-60 °С.

Обработка алюминия и его сплавов даже в слабоконцентрированных щелочных растворах сопровождается выделением на их поверхности шлама нерастворимых компонентов — меди, кремния, марганца. Для их удаления проводят операцию осветления. Технический алюминий и его деформируемые сплавы с магнием, марганцем, медью, типов АМг, АМц, Д16, В95 осветляют в 30-50 %-ной азотной кислоте или в растворе, содержащем 100 г/л хромового ангидрида и 5 г/л серной кислоты. Литейные сплавы типа силумина обрабатывают в растворе, содержащем 250-300 г/л азотной кислоты и 8-10 г/л плавиковой кислоты.

Для осветления сплавов АЛ9, АЛЮ после их щелочного травления используют раствор, состоящий из 0,7 л азотной кислоты (1,41), 0,3 л плавиковой кислоты (40 %-ной), 15 г/л хромового ангидрида. Такая подготовка особенно эффективна для изделий, подвергающихся затем химическому оксидированию.

Обрабатываемые изделия загружают в оксидировочную ванну на подвесных приспособлениях из алюминия, дюраля или титана. При повторном использовании с алюминиевых подвесных приспособлений должна быть предварительно удалена оксидная пленка. Для этого их травят в горячем 10 %-ном растворе едкой щелочи. Целесообразно использовать для этой цели также раствор, содержащий 20 г/л хромового ангидрида и 35 мл/л фосфорной кислоты (1,52). Обработку ведут при температуре 90-100°С.

Недоброкачественные оксидные покрытия могут быть удалены с поверхности изделий обработкой их в растворах следующих составов:

1) хромовый ангидрид — 20 г/л, фосфорная кислота (плотность 1,5) — 35 мл/л;
2) азотная кислота (плотность 1,34) — 50-55 мл/л, плавиковая кислота (40%-ная) -4,5 мл/л.

В растворе 1 при температуре 85-100°С для удаления оксидной пленки требуется 10-30 мин, в растворе 2 при комнатной температуре 30-50 мин. Изменения размеров деталей при травлении почти не наблюдается.

Как почистить алюминий от окисления в домашних условиях

Под воздействием внешних факторов изделиям из алюминия, будь то кастрюли, половники, чашки, тарелки, столовые приборы, свойственно со временем загрязняться. Готовить в неопрятной посуде нельзя, а избавиться от ее жалко. Поэтому алюминий периодически очищают от жирного налета и так называемых окислов. Для этого можно приобрести специальные вещества в магазине, а также прибегнуть к действенным домашним средствам.

Особенности чистки алюминия

Когда отмыть алюминиевую посуду не удается, остается использовать более действенные варианты ее очистки. Существует 2 вида удаления окислов и грязи в домашних условиях:

  • Механический — используют на гладких поверхностях, с незамысловатым рельефом.
  • Химический, или травление — эффективен на сложных плоскостях, с мелкими деталями.

Для работы потребуется стандартный набор подручных средств: вода, уксус, пищевая сода, лимонный сок, жидкий моющий состав. Из инструментов достаточно мягкого полотенца, губки, скребка и большой емкости. В народе широко используют щавелевую кислоту, яблоки, кефир, лук. Можно купить готовый химический состав, но самодельный вариант экономичнее и экологически безопасен.

Алюминий — мягкий металл, который не потерпит жесткого воздействия металлической щетки. Рекомендуют не задействовать в процессе любые абразивные материалы.

Алюминиевая посуда ценится за легкость и удобство в приготовлении. В новом состоянии имеет безупречный внешний вид, но постепенно тускнеет и покрывается стойким налетом грязи и окислов. Обычно чистят ее универсальными средствами, но они не вернут прежний блеск и красоту. Чтобы получить максимальный результат, существует ряд рекомендаций:

  1. Моют посуду только после полного остывания. Погружение раскаленного металла под воду ведет к деформации.
  2. Пригоревшие на дне остатки пищи недопустимо удалять ножом, жесткой губкой или другим острым инструментом. Подобные манипуляции навсегда оставляют царапины на металле. Необходимо залить посуду теплой водой, добавить немного жидкого средства для чистки. Спустя 30 минут все отстанет само по себе, и будет нетрудно отмыть загрязнения обычной губкой. В крайнем случае орудуют деревянными или пластиковыми лопатками.
  3. Чистят алюминиевые принадлежности только руками. Посудомоечная машина не подходит, что обусловлено высокой температурой воды.
  4. Не используют для чистки сильнодействующие кислоты и щелочи. От них поверхность моментально темнеет.

Прилагать излишнее усилие при чистке внутренней части кастрюль нежелательно. В результате нагрева поврежденного металла вредные соли окисления беспрепятственно поступают в пищу.

Способы удаления загрязнений

С нагаром, грязным налетом и окислами хорошо справляется любой кислый продукт: уксус, кефир, яблоко, огуречный рассол. Каждый выбирает приемлемый для себя ингредиент, чтобы очистить алюминий. Наиболее популярными домашними способами являются следующие:

  • Заливают жидкость на дно и оставляют на 10–12 часов. После выдержки промывают начисто проточной водой и без труда оттирают губкой. Наружные стенки обрабатывают уксусом или яблоком, нагар при этом легче сходит.
  • Не менее действенный вариант — содовый раствор. Разводят соду до состояния кашицы и наносят на проблемные участки металла. Удаляют грязь без усилий, круговыми движениями, чтобы не поцарапать поверхность.
  • Накипь и остатки приставшей пищи устраняют аммиаком и хозяйственным мылом. Мыло трут на мелкой терке, растворяют в воде и добавляют столовую ложку нашатырного спирта. Кастрюлю ставят на огонь вместе с содержимым и кипятят около 20 минут.
  • Следы подгоревшей каши убирают луковицей. Наливают внутрь немного воды, кидают туда лук и доводят до кипения. Аналогично воздействует водный раствор на уксусе, пищевой соде и соли.
  • Для внутренней очистки кастрюль и сковородок подходит кислый состав: 30–40 мл винного камня, винный уксус или сок лимона разбавляют водой. Нагревают и выдерживают на малом огне 10–15 минут.
  • Первоначальный блеск возвращает смесь соды и горячей воды. Массу наносят снаружи, оставляют ненадолго. С помощью губки стенки посуды очищают.
  • Застарелую грязь и прочный нагар можно убрать канцелярским клеем на силикатной основе. В большую емкость наливают кипяток, засыпают в нее 100 г пищевой соды и клей. Полностью погружают кастрюлю в полученное средство и ждут 3–4 часа. По истечении положенного времени оттирают налет и полируют до блеска.

Советы по использованию посуды

Если правильно пользоваться алюминиевой посудой, можно избежать серьезных загрязнений. Емкости из алюминия не подходят для засолки и квашения. Процесс сопровождается выделением кислоты, что пагубно влияет на металл. Рассол вступает в реакцию с алюминием, при этом выделяются вредные вещества. Это грозит серьезным пищевым отравлением.

Не следует ежедневно готовить в такой посуде. Это обусловлено быстрым износом и потерей первоначального внешнего вида. Недопустимо длительно хранить еду в алюминиевой утвари. При этом появляется неприятный запах и привкус, а стенки быстро темнеют.

Алюминий — мягкий и ранимый металл, который не выдерживает длительного и высокого температурного воздействия. Поэтому используют его только на малом или среднем огне. Иначе дно изгибается, кастрюля теряет устойчивость.

Алюминиевая утварь не выдержит частой чистки порошковыми средствами и грубой щеткой. Целостность металла нарушается, а это опасно для здоровья. Раковины доводят до блеска ломтиком свежего лимона.

Металл не ржавеет из-за способности окисляться, но это форма коррозии. Оксидная пленка на поверхности защищает его от влияния воды. Минус в том, что со временем слой окислов растет, металл темнеет. Посуда приобретает неприглядный вид. Чтобы избежать капитальной чистки, следует регулярно ухаживать за утварью. Тогда алюминиевые принадлежности прослужат не один год.

Окисление алюминия при переплаве алюминиевого лома

Алюминий и его оксид

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

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-Al2O3 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.

Источник: Ch. Schmitz, Handbook of Aluminium Recycling, 2006.

Раскисление алюминия в рамках предварительной подготовки

Удаление травильного шлама — это процесс удаления избыточных металлов с поверхности алюминия после травления, который выполняется с помощью любых минеральных неорганических кислот, например, соляной, серной или азотной кислот. Раскисление отличается от удаления травильного шлама тем, что в этом процессе оксид алюминия удаляется с алюминиевой подложки в результате окислительно-восстановительной реакции, что не могут обеспечить стандартные неорганические кислоты. Вы всегда можете удалить травильный шлам с алюминия, но не всегда можете раскислить алюминий перед обработкой.

Химические процессы, обычно применяемые при предварительной обработке металлов для анодирования, нанесения покрытий или окраски подвергают алюминий риску возникновения коррозии. Примечательно, что алюминий, в сущности, защищает сам себя от этой коррозии в стабильных условиях (pH около 4,5 — 8,5), легко окисляясь и создавая очень тонкий слой оксида алюминия при контакте с окружающим кислородом. Эту оксидную пленку мы и хотим получить при анодировании, но ее толщина недостаточна для наших целей. Поэтому нам необходимо удалить ее с помощью раствора, называемого раскислителем, который превысит этот диапазон pH.

Рисунок 1. Литье — это распространенный процесс производства, однако в результате этого процесса обычно получается шероховатая поверхность, недостаточно подходящая для чистовой отделки. Сглаживание поверхности выполняется с помощью сильных раскислителей.

Разумеется, раскисление алюминия может быть успешным, только если на детали присутствует оксид алюминия или химические вещества, готовые отдавать или принимать электроны в растворе. Основные компоненты химического раствора – это сульфат железа и азотная кислота. Поскольку железо находится в состоянии +3, оно может быть окислителем и восстанавливать оксид алюминия на поверхности. Азотная кислота крайне важна благодаря своей окислительной способности, которая способствует ускорению реакции и сокращению времени нахождения детали в раскислителе. После удаления тонкого слоя оксида алюминия у вас остается «голый» активированный алюминий, т.е. он стремится отдавать электроны для поддержания равновесия. Вот почему необходимо выполнять раскисление непосредственно перед анодированием или нанесением покрытий.

ТИПЫ РАСКИСЛИТЕЛЕЙ

Чаще всего для раскисления используют растворы на основе азотной, серной, хромовой кислот. Азотная и серная кислоты обычно взаимозаменяемы или применяются совместно, поэтому я буду говорить только о раскислителях на основе азотной кислоты, которые наиболее распространены, и на основе хромовой кислоты.

Азотную кислоту чаще всего выбирают для раскисления без травления, благодаря ее способности медленно атаковать алюминий и автокаталитическим способностям в качестве окислителя. Раскислители на основе азотной кислоты – это, как правило, слабые растворы, которые преимущественно используются для удаления травильного шлама. Они обеспечивают сатинированную отделку, не повреждая блестящую поверхность обработанного металла. Раскислители на основе азотной кислоты также используются для переработки деталей, поскольку, известно, что азотная кислота открывает пористую структуру анодных пленок, способствуя ее удалению.

Этот эффективный раствор для раскисления/удаления травильного шлама можно использовать при комнатной температуре без системы отсоса паров.

Наиболее эффективное удаление раствора обеспечивается при времени погружения 1-5 минут и тройной промывке. Раскислители на основе азотной кислоты, как правило, считаются более экологически безопасными, поскольку не содержат хром. Резервуары могут быть изготовлены из нержавеющей стали марки 316 или полипропилена, либо оснащаются своего рода вкладышем из поливинилиденфторида (ПВДФ).

Рисунок 2. Стандартный резервуар для раскисления алюминиевых деталей. Обратите внимание, что резервуар изготовлен из пластмассы в целях предотвращения химических реакций со стенками.

Раскислители на основе хромовой кислоты, действующие без травления, — самые мягкие из всех. Они пассивируют голый алюминий и, как правило, оказывают пассивирующее действие на любой другой раствор, в который их добавляют. Эти раскислители широко применяются для удаления пленок после термообработки и подготовки алюминиевых сплавов для нанесения цинкового покрытия погружением, анодирования хромовой кислотой, окраске и другим видам химической обработки. Они помогают устранить неровности поверхности, обусловленные оксидными включениями или включениями частиц после полировки, и обычно не удаляют так много металла как каустическая сода, а оставляют поверхность металла чистой и полублестящей. Раскислители на основе хромовой кислоты наиболее эффективны в резервуарах, изготовленных из материалов с облицовкой из стабилизированной нержавеющей стали 18-8 или освинцованных, ПВДФ или полипропилена высокой плотности.

Раскислители на основе плавиковой кислоты агрессивны и могут использоваться для литых деталей, а также деталей, прошедших дробеструйную или пескоструйную обработку, обеспечивая эффект легкого травления и матирования. Эти раскислители весьма эффективны для литейных сплавов благодаря способности фторидов растворять кремнезем, преимущественно химически инертный элемент, который используется для изготовления стекла и литых изделий из алюминиевых сплавов.

Все перечисленные кислоты опасны, поэтому операторы должны соблюдать надлежащие меры безопасности.

ПРИМЕНЕНИЕ РАСКИСЛИТЕЛЕЙ

Раскислители можно использовать, чтобы подготовить алюминиевые поверхности к последующей обработке и переработке деталей, которые не прошли выходной контроль. Как уже упоминалось, они подходят, для:

  • очистки со слабым травлением или без него;
  • удаления травильного шлама или нейтрализующей промывки после щелочного травления;
  • удаления оксидных пленок, вторичной окалины, продуктов коррозии, отложений после термической обработки и сварочного флюса;
  • травления для увеличения площади поверхности;
  • сильного раскисления литых изделий;
  • легкого раскисления.

К примеру, в аэрокосмической промышленности используются сложные детали с жесткими допусками, для которых травление материала не допустимо.

Предпочтительные материалы — это сплавы (серии 2000 и 7000) меди, цинка, магния и других металлов.

Эти интерметаллические включения (особенно в металлах серии 7000), обеспечивающие превосходную прочность и коррозионную стойкость, легко могут вступить в реакцию с атмосферой. Большую часть времени перед окончательной отделкой детали не смазаны и не защищены, поэтому зачастую происходит нарастание оксидной пленки или начальное образование коррозионных язвин. Мягкое раскисление способствует удалению любых оксидных пленок и локализации язвин перед анодированием или нанесением покрытий.

Раскислители также можно использовать для удаления отложений после термической обработки и сварочных флюсов на деталях, которые ранее подвергались сварке и неразрушающим испытаниям. Следы сварки могут включать в себя углубления и трещины, которые будут удерживать раствор электролита, что приведет к повреждению детали при последующей обработке.

Рисунок 3. Коррозия появляется, когда оголенный алюминий подвергается воздействию кислорода и влаги. Более продолжительное воздействие раскислителя помогает удалить проявления и остановить дальнейшее развитие коррозии металла.

Используя сильный раскислитель, например, на основе азотной или плавиковой кислоты, можно удалить сварочные углубления и сделать поверхность более ровной. Отложения, вызванные термической обработкой, могут препятствовать пассивации стали, что в результате приведет к образованию ржавчины и разрушению в процессе эксплуатации. Для удаления таких отложений можно использовать соляную кислоту.

Только сильный раскислитель может очистить поверхность детали после дробеструйной, пескоструйной обработки или литья; в этом методе раскисления ключевым элементом является фторид. Это можно сделать и посредством стандартного щелочного травления, но в этом процессе гораздо сложнее контролировать удаление металлов. Для литых сплавов требуется совершенно другой процесс подготовки поверхности. В связи с высоким содержанием кремния и других редких металлов в этих сплавах нельзя использовать стандартную методику очистки, травления и раскисления.

Рисунок 4. Для эффективного раскисления поверхность металла должна быть чистой, чтобы обеспечить протекание окислительно-восстановительной реакции. Перед раскислением необходимо выполнить очистку и испытание на смачиваемость.

Щелочное травление литых изделий приведет к серьезным косметическим дефектам и проблемам с адгезией лакокрасочного покрытия. Высокая плотность металлических включений на поверхности детали приводит к образованию пустот в анодированной подложке, что в конечном счете приведет к разрушению лакокрасочного покрытия.

Преимущество использования фторида в раскислителях заключается в том, что он придает поверхности эффект полупрозрачной матовости. Полученная поверхность имеет привлекательный внешний вид и является хорошей основой для операций по покраске.

Для большинства декоративных покрытий используются раскислители, содержащие фториды.

СОХРАНЕНИЕ СВОЙСТВ РАСКИСЛИТЕЛЯ

Очевидно, что средства управления крайне важны при запуске технологической линии по нанесению покрытий. Постоянство — это ключевой элемент обработки, а чем больше у вас средств управления, тем более стандартизированным будет процесс. Любой контрольный прибор с измеряемыми значениями должен быть откалиброван, что также способствует усилению фактора стандартизации.

Также важно убедиться, что материалы резервуара (включая сварные швы) кислотостойкие. Любой резервуар, который подвергается нагреву, должен быть снабжен указателем температуры, хорошо видимым оператору. Это поможет оператору оценить время погружения и предотвратит перетравление.

Универсальное правило гласит, что скорость реакции увеличивается вдвое при каждом повышении или уменьшении температуры на 10°F. Допустим, вы удаляете 0,001 мил за каждые 30 минут в раскислителе при температуре 85°F; если вы повысите температуру до 95°F, то скорость травления будет около 0,002 мил за каждые 30 минут.

Другой важный элемент линии нанесения покрытий — перемешивание раствора. Это поможет поддерживать постоянную температуру и концентрацию.

Управление производственным процессом также помогает ограничить контакт операторов с предварительно обработанными металлическими деталями. Хлорид натрия, входящий в состав средств по уходу за телом, и пот может вызвать коррозию алюминия при достаточно длительном или частом контакте. При работе с деталями операторы должны использовать чистые, сухие, безворсовые, неопудренные перчатки. Чтобы свести к минимуму загрязнения, необходимо обеспечить достаточный запас чистых перчаток на рабочем месте оператора.

Контроль качества не менее важен, чем оборудование и управление производством, чтобы не допускать отклонений в содержании составов, работе оборудования и действиях операторов, что в противном случае может привести к непредсказуемым результатам. Обязательным требованием является контроль растворов. Химические растворы следует еженедельно анализировать, чтобы поддерживать состав, стабильность и скорость травления на должном уровне.

Раскисление – это важный первый этап подготовки алюминия к отделке. При наличии необходимой информации и средств контроля химические реагенты будут вступать в окислительно-восстановительную реакцию с чистой металлической поверхностью и обеспечивать ее подготовку к дальнейшей обработке.

Как и чем очистить алюминий

Алюминий, благодаря большой прочности и лёгкости, получил высокую популярность в производстве кастрюль, половников, ложек, вилок и прочей подобной фурнитуры. Но агрессивная среда, которая является нормой на кухне, оказывает негативное воздействие на сплав. Выражается это в виде пятен, окислов и налёта. Пользоваться такой утварью нельзя, а покупка новой может обойтись дорого. Тут остаётся одно – самостоятельно заняться восстановлением.

Особенности очистки алюминия

Если периодически проводить профилактический уход, «трудный» налёт вряд ли образуется. Однако это утомительное занятие, и люди предпочитают делать работу в последний момент. Имеется масса информации о том, как действенно очистить алюминий, и вот два самых простых:

  1. Механический тип. Пригоден для гладких плоскостей, без рельефного рисунка.
  2. Химический тип. Разрешён для изделий со сложными шероховатостями на поверхности.

В домашних условиях потребуется фруктовая кислота, гидрокарбонат натрия, и моющее вещество. Также придётся приготовить ватное полотенце, мягкую губку и подходящую тару. В качестве альтернативы можно купить специализированную пасту, однако, она имеет множество вредных элементов, и чистка предметов из алюминия не всегда рекомендуется.

В ходе работы не нужно использовать металлические щётки. Железный ворс будет царапать фурнитуру, стирая первую защитную эмаль. Это повлияет как на облик, так и на свойства утвари. И самим изделиям из алюминия будет нанесён необратимый ущерб.

Маленький вес, равномерный нагрев, блестящий внешний облик – параметры, за которые утварь из алюминия цениться многими профессиональными поварами и домохозяйками. Важно отметить, что вещи из этого компонента появились давно, и уже тогда люди понимали правила ухода. Для этого применяли щавелевый и яблочный сок, лук и кефир. Да, химического способа очистить алюминий от грязи тогда не существовало, и вся процедура была очень долгой, но самодельная версия всегда безопаснее и экологически чище.

Бытовая химия для очистки алюминия

Универсальные очистители от окиси – то, чем ещё можно очистить алюминий. Но такой выбор приведёт к потере яркости, ведь в составе присутствует множество химикатов. Для наилучшего эффекта рекомендуется совершать следующее:

  • не споласкивать горячую посуду. Высокие температурные перепады пагубно влияют на характеристики практически любой посуды;
  • не соскабливать пригоревшую пищу ножом. Такие действия оставят полосы, и очистить алюминий в будущем будет труднее. Также восстановить царапины будет невозможно;
  • мыть только руками. Использование посудомоечной машины (из-за больших температур) не допустимо;
  • во время обслуживания не наносить сильнодействующие и щелочные препараты, так как без вреда очистить алюминий от окисления не получится. Концентрированные смеси приведут к потемнению металла.

Знание и применение этих особенностей продлит срок эксплуатации кухонных принадлежностей.

Способы удаления загрязнений

Есть несколько хороших методик смывания различных следов готовки и подгоревшего слоя, которые используются в зависимости от их сложности:

  1. Почернения. Для избавления подготавливается кислая смесь, состоящая из кефира или прокисшего молока, колы, огуречного рассола. В консистенцию погружается объект, и держится на протяжении 12 часов.
  2. Ещё один эффективный способ – яблоки кислых сортов. Они разрезаются на ломтики, и внутренней зоной протирается требуемое место. В случае необходимости повторить действия. По окончанию всё промывается, и вытирается (не жёсткой) ветошью.
  3. Загрязнения в виде нагара можно стереть щёлочью. Её заливают в пригоревшую тару, и ставят на включённую газовую плиту. Выбирать лучше максимальное пламя, чтобы реакция проходила быстрее. После закипания емкость снимают с огня, и дают ей полностью остыть. Необходимо отметить, что эта технология отлично подойдёт для устранения других загрязнений любой сложности.

В подобных моментах не нужно бояться экспериментов, поскольку ни одна из разновидностей не принесёт ущерб. Также здесь есть ряд преимуществ: доступность компонентов, их дешевизна и безопасность.

Выбор средства

Если задачей стоит не просто избавление от почернений, но и сохранение блеска поверхности, то придётся внимательно отнестись к подбору вещества. Сплав такого рода является мягким, и его можно повредить простой жёсткой тряпкой. Мелкие царапинки испортят весь образ, и сделают плоскость матовой. Однако можно исправить ситуацию, если приобрести обычное средство для полировки. Например, паста ГОИ прекрасно справиться с этой проблемой. Что относиться к безопасному устранению изъянов, то отдавать предпочтение лучше щадящим методикам:

  • мыльный раствор;
  • пищевые кислоты;
  • соли;
  • канцелярский клей.

Мыльный раствор для удаления нагара

Препараты очищения для чистки алюминия можно отыскать и в магазине, но перед покупкой будет разумно ознакомиться с составом. Разумеется, промышленная химия стремительнее остальных справиться с поставленной задачей, но дальнейшее использование сковороды для приготовления пищи будет опасно.

Способы очистки от нагара

Сгоревшие остатки еды на кухонных принадлежностях – настоящая «головная боль» для каждой хозяйки. И чтобы отмыть небольшую кастрюльку, можно потратить целый день. Для лучшего результата некоторые прибегают к «варварским» техникам: отскабливание слоя железной щёткой, ножом, и даже наждачной бумагой. Но данные действа отнимают силы, и наносят больше вреда. Для правильного удаления нагара проще сделать: в тёплой воде размешать соль (пропорции 50 на 50), дождаться её растворения и залить в кастрюлю. Далее заготовка должна отмачиваться на протяжении часа. За этот промежуток раствор проникнет вглубь, и отщепит гарь. В конце всё промывается холодной водой и протирается тряпочкой.

Очистка от нагара

Чем чистить алюминиевую посуду: средства и приспособления

Тут пригодится несколько составляющих:

  • ткань;
  • пищевая кислота (лимонная, яблочная и прочее);
  • жидкое мыло;
  • пластиковый скребок;
  • ёмкость необходимых размеров.
  • соль.

Такие составляющие легко найти на кухне, и они открыто продаются на любом рынке.

Чистка алюминия от коррозии и окиси

Это обстоятельство больше относится к восстановлению объектов, которые не используются в столовых и на кухнях. Например, для придания блеска автомобильным запчастям можно найти специальную пасту. Её небольшое количество наносится на тряпку (жёсткость не играет роли), и тщательно обтирается повреждённая часть. Так можно быстро очистить алюминий от ржавчины и окислов, и деталь приобретёт новый внешний образ. Что касается инструментов с металлической щетиной, то и их эксплуатация крайне не рекомендуется. В противном случае на запчасти появятся следы механического воздействия, которые будут чётко видны на солнце. В период очищения алюминия от коррозии надо пользоваться индивидуальной защитой, особенно если работы проводятся в закрытом помещении. Данные спецсредства могут выделять вредоносные компоненты, повреждающие кожные покровы и органы дыхания.

Чистка алюминиевой детали от окиси

Клей и сода

Это необычное, но высокоэффективное соединение поможет избавиться от въевшейся грязи. Такая субстанция имеет влагоотталкивающие характеристики, что значительно упрощает процесс. Всё проходит по следующей системе:

  • в специальную тару заливается 10 л кипятка;
  • добавляется по 100 гр каждого элемента;
  • подготовленную вещь погружают в бадью на 3 часа;
  • по прошествии времени остатки смываются мылом и вытираются тряпочкой.

Очистка посуды при помощи соды

Такое соединение не отнимет много сил, а канцелярский клей вступая в термическую реакцию не выделяет вредных испарений. Поэтому он хорошо подойдёт как для обработки промышленных, так и других изделий.

Столовый уксус

Это «дедовская» технология, которая прошла проверку временем. Всё, что потребуется подготовить – определённый объём винного уксуса или лимонной кислоты. В некоторых моментах можно приготовить щадящий препарат, и разбавить в отношении 1 к 10. Если предмет покрыт гарью на внутренней стороне, то смесь заливают внутрь и ставят, большой огонь и доводят до кипения. За весь промежуток времени произойдёт реакция, и устранятся лишние следы. В качестве альтернативного варианта можно взять 6% уксус или лимонный сок из натурального фрукта. Если отпечатки образовались на наружной части, элемент полностью погружается в кипяток на некоторый период. Сразу после кипячения нельзя остужать кастрюлю или сковороду в холодной жидкости, ведь любой металл плохо реагирует на резкие перепады температуры. Разумнее выждать некоторое время, и протереть плоскость губкой. Также следует всегда помнить про правила пользования подобной посудой, и если ситуация будет сильно запущена, то столовый уксус против пятен вряд ли поможет. Тут уже понадобятся более серьёзные процедуры, или приобретение другого экземпляра.

Винный камень

Считается самой первой вариацией стирания налёта. Однако найти такое на современном рынке проблематично. Чтобы самостоятельно сделать такой камень, понадобиться обычная бутылка спиртного из фруктов, которую хранят в прохладном месте и в горизонтальном положении. Также скопление кристаллов часто встречается внутри винных резервуаров. Но тут есть одна особенность: для скопления камешков может потребоваться 5-7 лет. Перед обработкой разбавляют кристаллики в малом количестве кипятка (до состояния кашицы), а после остывания её наносят на салфетку, которой протирают предмет. Такой камень – эффективное средство против пятен, к тому же и щадящее. Только человеку придётся потратить несколько часов, чтобы добиться необходимого результата. Но негативные стороны делают эту версию не популярной в народе.

Мыльный раствор

Будет полезным только на первых стадиях, и может справиться с полировкой. Делается всё по аналогии: стружка хозяйственного мыла разводиться в горячей жидкости, затем наносится на губку и протирается в местах с изъянами.

Очистка алюминия мыльным раствором

Пищевая сода

Это аналогичный вариант ухода. Всё приготавливается похожим образом (смешивается с водой) и обтирается нужная зона. Пищевая сода против накипи это последняя, но очень действенная методика борьбы с трудными пятнами. К тому же оно является самым дешевым и простым в использовании.

Если эта техника не помогает, можно использовать её в совокупности с другими. Также он поможет отполировать утварь, не оставляя на ней царапин.

Использование пищевой соды для очистки алюминиевой посуды

Похожие публикации

Варианты очистки меди в домашних условиях, эффективная чистка латуни самостоятельно, удаление чёрного осадка на серебре, чем очистить золото.

Сварка алюминия. Окисные пленки и удаление.

Окисные пленки

При сварке алюминиевых сплавов существенные затруднения возникают в связи с необходимостью удаления с поверхности свариваемых кромок окисной пленки. При взаимодействии с кис­лородом алюминий образует устойчивый окисел Аl2O3. Окисная пленка, покрывающая поверхность деталей, надежно защищает их от дальнейшего окисления. Окисная пленка может быть двух типов а Аl2O3 и у Аl2O3. Пленка второго типа образуется при температуре выше 657° С и отличается несколько большей плот­ностью. Пленка обладает хорошими защитными свойствами до температуры 680—720° С.

При дальнейшем повышении темпера­туры толщина окисного слоя увеличивается, а ее защитные свой­ства ухудшаются. Окисная пленка на поверхности алюминиевых деталей, надежно защищающая металл от дальнейших окисли­тельных процессов, в то же время затрудняет процесс сварки из-за высокой тугоплавкости и более высокой, чем основной металл, плотности. Окисная пленка препятствует сплавлению металла сварочной ванны с основным металлом, а, попадая в шов, становится неметаллическим включением. Окисел Аl2O3обладает повышенной гигроскопичностью.

При комнатной температуре за 7 дней толщина окисной пленки достигает 50—100 ангстрем, а при нагреве до температуры плавления алюминия может достигать 0,2 мкм. При трехмесячном хранении толщина окисной пленки достигает 7-10 -3 мкм, а затем увеличивается со скоростью не бо лее (0,2—0,3) • 10 -3 мкм в месяц.

Поверхность алюминия наиболее активно окисляется в первые часы после очистки. Поэтому при изготовлении особо ответствен­ных изделий время от момента снятия окисной пленки до момента начала сварки следует ограничивать. Будучи более плотной, чем основной металл, окисная пленка опускается на дно сварочной ванны и часто остается в шве. Окисная пленка малопластична. Попадая в сварной шов, она может явиться местом начала разру­шения или возникновения неплотности. Окисную пленку удаляют химическими или механическими путями либо применением их совместно.

Удаление окисной пленки

Кроме специальных методов удаления окисной пленки, очи­щающее от окисной пленки действие оказывает электрическая дуга, горящая в защитных газах: аргоне или гелии или их смеси. При сварке на постоянном токе обратной полярности очищающее действие дуги имеет место на протяжении всего процесса ее горе­ния, а при сварке на переменном токе в те полупериоды, когда изделие является катодом. Механизм воздействия электрического тока на окисную пленку состоит в том, что движущиеся с большой скоростью положительные ионы бомбардируют поверхность сва­рочной ванны, разрушают пленку окисла и путем так называемого распыления удаляют ее. Действием дуги может быть удалена плен­ка малой толщины, а пленку большой толщины окислов алюминия необходимо предварительно удалять механическим или химическим путем.

Распыление окисной пленки электрической дугой происходит более полно при применении трехфазной дуги, обеспечивающей лучшее, чем при однофазной дуге, перемешивание металла и более полное удаление окисной пленки.

Замечено, что при передвижении дуги пленка разрушается на участке, ширина которого равна диаметру катодного пятна. Ширина зоны катодного распыления уменьшается с увеличением постоянной составляющей сварочного тока и уменьшением длины дуги. С повышением расхода газа зона катодного распыления уве­личивается. Однако расход газа не должен быть слишком велик во избежание нарушения защиты сварочной ванны. При сварке деталей малой толщины из-за небольшой мощности свароч­ной дуги разрушающее действие на окисную пленку ослабляется.

При пересечении швов и при сварке по прихваткам могут образовываться в металле шва окисные включения, а в корне шва — несплавление кромок соединяемых деталей. Дефекты такого типа снижают прочность сварных соединений особенно при циклических нагружениях. В этих случаях тщательное удаление поверхностной пленки перед сваркой строго обязательно.

Не наблюдать окисных включений в сварных швах алюминиевых сплавов, выполненных автоматической свар­кой плавящимся электродом в среде защитных газов. Можно предполагать, что при сварке плавящимся электродом происходит более интенсивное перемешивание сварочной ванны, поэтому неразрушенные в первый момент окисные пленки могут повторно оказаться на поверхности и подвергнуться разрушению. Этому же способствует, очевидно, большая по сравнению со сваркой неплавящимся (вольфрамовым) электродом концентрация тепла и по­тока ионизированного газа.

Химические процессы в алюминиевых радиаторах

Хорошо известны сомнения проектировщиков и монтажников относительно приемлемости установки алюминиевых радиаторов в той или иной отопитель-ной системе. В одних случаях они беспроблемно работают долгие годы, в других — постоянно заполняются каким-то газом, корродируют и в результате довольно быстро разрушаются. Из-за чего это происходит? О причинах химических процессов, происходящих в отопительных приборах из алюминия, мы и поговорим в данной статье.

Рис. 1. Водородный показатель дистиллированной воды в зависимости от температуры

Табл. 1. Значения нейтрального pH в чистой воде при различных температура

Рис. 2. Схема электрохимического коррозионного процесса

Табл. 2. Значения электродных потенциалов некоторых элементов

Рис. 3. Схема процесса коррозии при контакте алюминия и меди

Алюминиевые радиаторы очень удобны: они компактны, эстетичны, обладают малой инерционностью и очень высокой теплоотдачей. Теплопроводность изделий из алюминиевых сплавов — 202–236 Вт/(м⋅K). Из металлов, используемых для изготовления радиаторов, выше эта величина только у меди: 382–390 Вт/(м⋅K). У других материалов теплопроводность ниже в разы. При этом алюминий как сырье примерно в два раза дешевле меди.

В то же время с алюминиевыми радиаторами связано множество предрассудков, основанных на незнании потребителем природы химических процессов, происходящих внутри отопительной системы, — существует, например, устойчивое мнение, что с алюминиевыми радиаторами нельзя использовать медные и оцинкованные трубы. Но почему и какому из материалов от этого будет хуже — знают не все. Известно также, что алюминий предъявляет высокие требования к pH теплоносителя. Насколько это серьезно и чем грозит превышение? Попробуем разобраться.

Если не брать в расчет ошибки при расчетах максимального давления, гидроудары и производственный брак, самой распространенной проблемой в алюминиевых радиаторах является т.н. «завоздушивание», в результате которого повышается нагрузка на воздухоотводчик, увеличивается объем подпитки, при неблагоприятном раскладе может лопнуть секция.

На самом деле, выделяющийся газ — это водород H2, продукт взаимодействия алюминия с разнообразными веществами. Происходит данный процесс в трех случаях: реакция алюминия с теплоносителем-водой, реакция алюминия с теплоносителем-гликолем, электрохимическая коррозия алюминия.

Водородный показатель

В первую очередь, возникает вопрос, каким образом алюминий вообще может вступать в реакцию с чем бы то ни было: ведь на воздухе (т.е. сразу после изготовления на заводе) на его поверхности образуется тонкая прочная беспористая оксидная пленка Аl2О3, защищающая металл от дальнейшего окисления и обусловливающая его высокую коррозионную стойкость.

Кроме того, производители дополнительно покрывают внутренние поверхности радиаторов различными составами, препятствующими доступу теплоносителя к алюминию. Поэтому, чтобы «добраться» до металла, надо сперва разрушить оксид.

Самый простой способ — механическое воздействие твердых частиц, которые могут присутствовать в теплоносителе: они вызывают абразивный износ и разрушают защитный слой на внутренней поверхности прибора. Данная проблема легко решается установкой фильтров и грязевиков в нужных местах отопительной системы.

Более интересную ситуацию представляет собой «химическая атака». Она связана с амфотерностью оксида алюминия, т.е. его способностью проявлять как кислотные, так и основные свойства: взаимодействовать как с щелочами, так и с кислотами с образованием солей, хорошо растворимых в воде (это значит, что они не остаются на металле, а поступают в теплоноситель). Пример реакции с кислотой (свойства основного оксида):

Пример реакции с водным раствором щелочи (свойства кислотного оксида):

Взаимодействует оксид алюминия, правда, не со всеми соединениями: так, серная или азотная кислоты разрушения пленки не вызовут.

Важнейшим индикатором наличия в воде растворенных кислот является водородный показатель pH (по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni — сила водорода или pondus hydrogenii — вес водорода) — концентрация ионов водорода H + в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов в молях на литр:

Вообще, в химии сочетанием pX принято обозначать величину, равную –lgX, а буква H в данном случае обозначает концентрацию ионов водорода H + . Несколько меньшее распространение получила обратная pH величина — показатель основности раствора pOH, равный отрицательному десятичному логарифму концентрации в растворе ионов OH – : pOH = –lg[OH – ].

В чистой воде при 25 °C величины концентрации ионов водорода H + и гидроксидионов OH – одинаковы и составляют 10 –7 моль/л. Это напрямую следует из определения ионного произведения воды, гласящего, что произведение концентраций ионов водорода Н + и ионов гидроксида OH – в воде или в водных растворах при определенной температуре равно константе Kв. Нормальными условиями принято считать 25 °C, при которых Kв = 10 –14 моль 2 /л 2 . Таким образом, при 25 °C — pH + pOH = 14.

Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксидионов, соответственно, уменьшается. При добавлении основания, наоборот, повышается содержание гидроксидионов, а концентрация ионов водорода падает. При [H + ] > [OH – ] раствор называют кислым, при [OH – ] > [H + ] — щелочным.

Для удобства представления, чтобы избавиться от отрицательного показателя степени, вместо концентраций ионов водорода пользуются их десятичным логарифмом, взятым с обратным знаком, который и назвали водородным показателем pH.

При более высоких температурах константа диссоциации воды повышается, соответственно увеличивается ионное произведение воды, поэтому нейтральной оказывается pH + , так и OH – ); при понижении температуры, напротив, нейтральный pH возрастает. В табл. 1 и на рис. 1 показаны изменения значения нейтрального pH в чистой воде в зависимости от температуры.

При сильных отклонениях значения pH от нейтрального можно с достаточной степенью уверенности говорить о наличии в воде растворенных кислот или оснований, которые могут вступать в реакцию с оксидом алюминия или с защитным покрытием, нанесенным производителем, разрушая их и обнажая алюминий. Из этого следует также, что применять химические реагенты для контроля жесткости теплоносителя в случае с алюминиевыми радиаторами надо с большой осторожностью. В идеале вода должна быть дистиллированной.

Реакция алюминия с теплоносителем

Если оксид алюминия Al2O3 с классическими окислителями в реакцию не вступает, сам алюминий после контакта с водой преобразуется в гидроксид (тоже, к слову, амфотерное соединение) с выделением водорода:

Если же pH теплоносителя далек он нейтрального, этот же газ будет выделяться в качестве продукта реакции алюминия с щелочами и некоторыми кислотами с образованием растворимых солей:

Если в качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость, то ситуация будет сходная. При взаимодействии водного раствора этиленгликоля, самого распространенного антифриза, с алюминием происходит замещение гидроксильного водорода на металл и выделение свободного водорода Н2.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — наиболее распространенный вид коррозии металлов. При контакте двух металлов, обладающих разными электродными (электрохимическими) потенциалами и находящихся в электролите, образуется гальванический элемент (рис. 2). Поведение металлов зависит от значения их электродного потенциала. Металл Me, имеющий более отрицательный электродный потенциал (анод), переходит в качестве положительно заряженных ионов Men + в раствор. Избыточные электроны ne – перетекают по внешней цепи в металл, имеющий более высокий электродный потенциал (катод). Катод при этом не разрушается, а электроны из него ассимилируются какими-либо ионами или молекулами раствора (деполяризаторами D), способными к восстановлению на катодных участках. Чем ниже электродный потенциал металла по отношению к стандартному водородному потенциалу, принятому за нулевой уровень, тем легче металл отдает ионы в раствор, тем ниже его коррозионная стойкость. Значения электродного потенциала Е некоторых элементов приведены в табл. 2. Расположение металла выше (хотя обычно говорят «левее») водорода означает, что он способен вытеснить водород из соединений (воды, кислот и пр.).

Теперь рассмотрим конкретный пример: пару «медь–алюминий». Сразу отметим, что для возникновения разности потенциалов требуется непосредственный контакт двух металлов (алюминиевый радиатор и медный фитинг), а не просто наличие их в системе (алюминиевый радиатор, медный теплообменник, металлопластиковые трубы). Во втором случае имеет место разрыв цепи, поэтому электроны никуда перетекать не смогут. Использование диэлектрических вставок — самый надежный способ предотвращения неконтролируемой миграции заряженных частиц.

И еще одно замечание, касающееся направления движения электролита: реакция пойдет лишь в случае, если анод расположен «ниже по течению» относительно катода (медный фитинг на входе в алюминиевый радиатор). Правда, если будут моменты простоя системы без движения теплоносителя, это замечание значения не имеет.

Алюминий обладает большей способностью отдавать электроны по сравнению с медью, что видно из значений их стандартных электродных потенциалов (–1,66 и +0,34 соответственно). Следовательно, в случае замкнутой цепи медь является катодом, а алюминий — анодом (рис. 3). Ионы алюминия Al 3+ из кристаллической решетки переходят в раствор, образуя вместе с гидроксидионами OH – гидроксид алюминия Al(OH)3, а электроны поступают в медь. Оторванные от воды потерявшие электрон ионы водорода H + используют их для объединения в молекулу H2. Коррозия алюминия продолжается, т.к. электроны непрерывно уходят из него, смещая тем самым равновесие в сторону образования ионов. Ход электрохимического процесса определяется разностью потенциалов элемента. Для пары «медь–алюминий» разность потенциалов составляет 2 В. Если взять пару «цинк–алюминий», то разность будет менее значительной — 0,9 В, а, значит, реакция пойдет в два раза медленнее.

Подведем итоги

Если при проектировании и монтаже будут приняты меры по предотвращению описанных выше процессов, алюминиевые радиаторы отлично прослужат десятки лет. Изолирующие диэлектрические вставки и контроль состава теплоносителя позволят заказчику наслаждаться отопительным прибором с множеством положительных характеристик: высокая теплоотдача, пластичность (т.е. устойчивость к гидроударам), небольшой вес, возможность легко изменять мощность путем добавления или удаления секций и пр.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Дэо матиз трехцилиндровый время впрыска форсунок
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector