Алюминий окисляется: Химическая активность и коррозионная стойкость алюминия
alexxlab | 10.04.2023 | 0 | Разное
Химическая активность и коррозионная стойкость алюминия
Химическая активность
Алюминий характеризуется высокой химической активностью: энергия образования его соединений с кислородом, галоидами, серой и углеродом очень велика. В ряду напряжений он занимает место среди наиболее электроотрицательных элементов (нормальный потенциал его около 1,3 В).
Обладая большим сродством к кислороду, алюминий на воздухе теряет блеск, покрываясь тонкой, но очень прочной окисной пленкой. Электронно-микроскопические исследования показывают, что пленка окиси алюминия на поверхности твердого алюминия сплошная и беспористая. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его высокие антикоррозионные свойства. Толщина пленки окиси алюминия на поверхности металлического алюминия ∼2·10-4мм.
Интенсивность окисления алюминия зависит от температуры, степени его раздробленности и примесей других металлов, присутствующих в нем.
Алюминий, нагретый на воздухе до температуры, близкой к точке его плавления (660°С), продолжает окисляться, причем степень окисления его при этой температуре пропорциональна квадратному корню из продолжительности окисления.
Присутствие в алюминии примесей магния, кальция натрия, кремния и меди усиливает его окисление. Особенно легко окисляются при нагревании алюминиево-магниевые сплавы, на поверхности которых образуются рыхлые окисные пленки. В присутствии следов ртути пленка окиси алюминия на поверхности твердого алюминия нарушается, и весь металл полностью окисляется.
Коррозионная стойкость
Одним из самых важных качеств алюминия является его исключительно высокая стойкость к коррозии, значительно возрастающая с повышением степени его чистоты.
Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к морской воде, уксусной, лимонной, винной и другим органическим кислотам. Он практически не взаимодействует с концентрированной азотной и 100 %-ной серной кислотами, но быстро разрушается в разбавленной азотной кислоте, а также в разбавленной серной кислоте при концентрациях более 10 % (максимальная растворимость наблюдается в 80 %-ной серной кислоте).
Химическая стойкость алюминия обусловливается, как указывалось выше, образованием на его поверхности тончайшей, но плотной беспористой пленки окиси алюминия. Сцепление окисной пленки с алюминием в местах нахождения примесей в металле значительно уменьшается, и эти места уязвимы для коррозии. У алюминия с ничтожным содержанием примесей окисная пленка имеет очень прочное сцепление с поверхностью. Поэтому алюминий высокой и особой чистоты чрезвычайно стоек против действия многих химически активных реагентов.
Al, %, не менее | 99,99 | 99,7 | 99,6 | 99.5 | 99.0 |
Потери массы, г/(м2×ч) | 0,15 | 0,48 | 0,72 | 1.24 | 2.02 |
Количество водорода, л/(м2×ч) | 0,12 | 0,48 | 0,75 | 1,52 | 2,16 |
Из приведенных данных следует, что коррозионная стойкость электролитически рафинированного алюминия (99,99%) в 3–15 раз выше, чем алюминия технической чистоты.
Дальнейшее повышение чистоты алюминия еще в большей степени увеличивает его коррозионую стойкость. Например, поверхность электролитически рафинированного алюминия (99,998 %) через 20 сут выдерживания в 22 %-ной соляной кислоте покрылась глубокими трещинками. Поверхность же более чистого алюминия (очищенного зонной плавкой и подвергнутого электрополировке) после выдерживания в соляной кислоте в течение 100 суток сохранила свой первоначальный блеск.
Установлено, что для алюминия чистотой 99,99 % и выше скорость коррозии зависит главным образом от содержания в нем меди. Например, при содержании выше 2·10-3 % Cu алюминиевый лист толщиной 1,5мм при выдержке в 20 %-ной соляной кислоте в течение недели прокорродировал насквозь; в тех же условиях алюминий, содержащий от 0,9 до 3·10
Влияние примесей на коррозионную стойкость
- Fe+Si. С увеличением содержания суммы примесей Fe+Si коррозионная стойкость алюминия (в 5%-ном растворе НС1) с очень малым содержанием меди (<0,005 %) постепенно падает. Для алюминия с высоким содержанием Fe+Si (0,9%), которое соответствует стандартной марке А0, скорость коррозии равна 27— 31,5 г/(м2·ч), для металла технической чистоты марки А7 — всего лишь 0,24— 1,07 г/(м2·ч), а для алюминия марки А6— 1,19–1,64 г/(м2·ч).
Исследования позволили установить отрицательное влияние примеси железа на коррозионную стойкость алюминия, которая уменьшается с увеличением содержания железа.
Увеличение содержания кремния от 0,0003 до 1–2% практически не сказывается на коррозионной стойкости металла. Алюминий с очень низким содержанием железа (0,003%) в 5%-ном растворе НС1 корродирует очень медленно [0,10–0,157 г/(м 2·ч)], независимо от увеличения содержания в нем кремния от 0,003 до 0,5–1%. Даже при большем содержании кремния (до 2%) скорость коррозии алюминия невелика. - Ti. 0,01–0,19% Ti заметно не влияют на коррозионную стойкость алюминия этих марок в 5%-ном растворе НС1.
- Be. Бериллий в малых количествах (0,05–0,5%) незначительно снижает коррозионную стойкость алюминия высокой и технической чистоты в 5%-ном растворе НС1.
- Nb. Ниобий же, введенный в такой алюминий, более ощутимо снижает его коррозионную стойкость. Если в присутствии 0,03–0,09% Nb это снижение невелико, то при более высоком содержании ниобия (0,14–0,19%) оно уже значительно.
- Ga, Re. Весьма отрицательно влияют на стойкость алюминия против коррозии небольшие добавки галлия и рения.
Увеличение содержания кремния от 0,0003 до 1–2% практически не сказывается на коррозионной стойкости металла. Алюминий с очень низким содержанием железа (0,003%) в 5%-ном растворе НС1 корродирует очень медленно [0,10–0,157 г/(м 2·ч)], независимо от увеличения содержания в нем кремния от 0,003 до 0,5–1%. Даже при большем содержании кремния (до 2%) скорость коррозии алюминия невелика.
Для сравнения укажем, что скорость коррозии бессортного алюминия, богатого железом (1%Fe+0,03%Si), составляет около 100 г/(м2·ч).
Общая коррозия
Когда поверхностная оксидная пленка растворяется в коррозионной среде, как это происходит в растворах фосфорной кислоты или щелочи, то идет равномерное растворение алюминия с постоянной скоростью. Если оно сопровождается выделением тепла , как при растворении в щелочи , то температура раствора и скорость коррозии возрастают. Общая коррозия зависит от конкретных ионов, которые находятся в растворе, их концентрации и от температуры. Общая коррозия может носить характер легкого травления с образованием матовой поверхности или быстрого растворения металла. Общую коррозию можно оценить по потере массы или толщины образца.
Местная (локальная) коррозия
Если окржающая среда не растворяет оксидную пленку на поверхности алюминия или алюминиевого сплава, то коррозия проявляется в виде мелких локализованных точеч-
точечных поражений.
Местная коррозия имеет электрохимический механизм и обусловлена
разницей коррозионных потенциалов в локальном элементе, образующемся
на поверхности или в глубине металла из-за его неоднородности. Обычно
эта разница в поверхностном слое связана с присутствием катодных
микросоставляющих, которыми могут быть нерастворимые частицы интерметаллидов или отдельные элементы; чаще всего таковыми являются
CuAl2, FeAl3 и кремний. Коррозия может быть вызвана и неоднородностью коррозионной среды, различным содержанием кислорода по объему. Гораздо реже коррозия возникает в связи с присутствием на поверхности ионов тяжелых металлов, например меди или железа. Опасность образования локального элемента возрастает с увеличением электрической проводимости рабочей среды.
Другой электрохимической причиной местной коррозии является
наличие блуждающих токов на поверхности алюминия. Единственный тип
местной коррозии, который не имеет электрохимической природы,—это
фреттинг-коррозия, разновидность сухого окисления.
2Аl + 6Н2О⇒Аl2O3 • 3Н2О + 3Н2
Продуктом коррозии, как правило, является гидраргиллит или тригидрат оксида алюминия (бейрит). Местная коррозия обычно не происходит в очень чистой воде при температуре окружающей среды или в отсутствие кислорода, однако в более токопроводящих растворах она может происходить из-за наличия таких ионов, как хлориды или сульфаты.
Питтинговая (точечная) коррозия
Питтинги представляют собой разъедание металла на отдельных участках поверхностного слоя, в результате чего в этих местах образуются углубления. Для возникновения питтинга необходимо наличие электролита. Им могут быть и большой объем жидкости, и влажное твердое вещество, и пленка конденсата, и капельки воды, оставшиеся на поверхности.
Для возникновения питтинга необходимо также присутствие кислорода. Форма питтингов может быть самой различной —от мелких впадинок в форме блюдца до цилиндрических ямок, однако полость питтинга обычно имеет более или менее округлую форму, чаще всего форму полусферы.
Первопричиной питтингового поражения служит разность потенциалов на поверхности. Рост питтинга на ранних стадиях представляет собой автокаталитический процесс . Возникновение питтинга связано с нарушением
сплошности поверхностной оксидной пленки на участке, соседнем с кагодной частицей. Если в коррозионном растворе присутствует ион меди, то он осаждается на катодной частице и таким образом способствует увеличению разности потенциалов. По мере роста полости питтинга (анода) коррозионная среда в ней становится кислотной (рН = 3 -4), а участки,
среды, окружающие катодную частицу, — слегка щелочными. Такая локальная неоднородность среды увеличивает движущую силу процесса – разность потенциалов в локальной ячейке, а также ток в питтинге.
Как только достигается устойчивое состояние, ток в питтинге становится постоянным и контролируется поверхностным катодом, т.е. участками поверхности, находящимися под влиянием электрической проводимости электролита. Соседние питтинги становятся конкурирующими по
отношению к катодным участкам. Как правило, чем больше число питтингов, тем меньше глубина самого глубокого питтинга. В глубоких питтингах, которые прикрыты, как шапкой, продуктами коррозии, роль поверхностных катодных участков меньше, но более важна, по-видимому, величина рН в растворе в полости питтинга.
Алюминий очень высокой степени чистоты, полученный методом двойного переплава (А99), отличается высоким сопротивлением питтинговой коррозии. Оно гораздо выше, чем у любого из промышленных алюминиевых сплавов. У сплава АМц, изготовленного на основе высокочистого алюминия для экспериментальной кухонной
посуды, также обнаружено очень высокое сопротивление питтинговой коррозии. Из промышленных сплавов наименьшие вероятность возникновения питтингов и глубина поражения ими у сплавов АМг.
С ними могут сравниться сплавы системы Al— Мn с низким содержанием меди (менее 0,04 %), однако при 0,15 % Cu питтинговая коррозия становится более интенсивной, особенно в морской воде. У алюминия промышленной чистоты (АД0, АД1, А5, А0 и т. д.) склонность к питтинговой коррозии уменьшается с повышением чистоты материала и снижением содержания железа и меди в сплаве. В сплавах системы Аl — Mg — Si (типа АД31, АД33) питтинговая коррозия сочетается с межкристаллитной. Листы сплавов систем Аl — Си (дюралюмины)
и Al-Zn-Mg-Cu (типа В95, В93) обычно плакируют для защиты от питтинговой коррозии.
Может ли алюминиевая посуда быть вредной для человека?
Некоторые домохозяйки считают, что в алюминиевой посуде нельзя готовить еду, потому что этот металл слишком мягкий, и от него легко отделяются частицы, которые попадают вместе с пищей в организм.
Pixabay
Алюминий и в самом деле является достаточно легким и мягким веществом. Если провести алюминиевым предметом по бумаге, то на ней останется матовый серебристый след.
Это и считают доказательством того, что алюминий может попасть в организм.
Однако, след на бумаге оставляет не сам чистый металл, а пленка. Дело в том, что при взаимодействии с кислородом чистый алюминий мгновенно окисляется и покрывается оксидом. Эта пленка очень тонкая, но очень прочная, она мгновенно восстанавливается, и непосредственно до самого металла очень тяжело добраться. Даже при сварке алюминия применяют специальный инертный газ аргон, который вытесняет кислород из зоны нагрева металлов, и только так можно произвести сварку двух алюминиевых деталей. Оксид алюминия очень прочный, и его попадание в организм человека при использовании такой посуды маловероятно. В глине, из которой тысячелетия люди делают посуду, оксида алюминия содержится до 40%.
Согласно ГОСТ 4784-97 п. 3.8, в алюминии и алюминиевых сплавах, полуфабрикаты из которых применяют при изготовлении изделий пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15%, массовая доля мышьяка — не более 0,015%.
Марки алюминия и алюминиевых сплавов пищевого назначения дополнительно маркируются буквой «Ш».
Посуду изготавливают из алюминия потому, что он очень легкий, легко поддается обработке, не ржавеет, имеет высокую теплопроводность. Еще посуду из алюминия легко мыть. Алюминий дешевле, чем нержавеющая сталь, поэтому посуда и столовые принадлежности из него доступны всем.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Сам по себе алюминий является малотоксичным элементом, он содержится в пище, которую мы едим. Этот металл нужен организму для генерации костной и соединительной тканей, а также для деятельности щитовидной железы и пищеварения. Безвредная доза для человека – это 30-50 мг алюминия в сутки. В микродозах алюминий есть в грибах, в орехах, в овсе, рисе и картофеле. В этом нет ничего странного, потому что это третий по распространенности химический элемент на Земле.
- В посуде из алюминия можно готовить блюда любым образом, в ней можно хранить воду. Алюминиевая фольга – незаменимая помощница при запекании многих вкусных блюд в духовке и в аэрогриле.
- Единственное, что противопоказано делать с алюминиевой посудой – это хранить в ней продукты с повышенной кислотностью. Тогда кислота может постоянно разрушать оксидную пленку и разъедать это мягкий металл.
- После приготовления еды и приема пищи сразу мойте алюминиевую посуду и столовые приборы обычным мылом, пищевой содой и мягкими неметаллическими щетками, вытирайте насухо и храните как обычно.
Алюминиевая фольга – незаменимая помощница при запекании многих вкусных блюд в духовке и в аэрогриле.Окисление алюминия
Окисление алюминия
Алюминий очень легко окисляется, но это выгодно, так как оксид алюминия более прочен, чем алюминий, и защищает металл. Оксид алюминия
также менее плотный, чем металл, и поэтому занимает больше места, чем металл, и поэтому, когда металл окисляется, он сжимает оксид алюминия, и это помогает создать на поверхности хороший барьерный слой, который снижает скорость любого дальнейшего окисления.
Таким образом, первый монослой окисления практически мгновенный и зависит только от скорости поступления кислорода. Кроме того, скорость окисления зависит как от скорости поступления кислорода, так и от скорости диффузии через существующий оксидный слой.
Как правило, размер оксида может составлять 1,5–2 нм практически сразу и 2–4,5 нм в течение от 1 месяца до 1 года, в зависимости от условий.
В большинстве металлизаторов остаточный газ в вакуумной системе, даже если система может достичь хорошего базового давления, означает, что скорость поступления кислорода к любой поверхности превышает 1 монослой в секунду. Следовательно, всегда имеется достаточно кислорода для окисления алюминиевой поверхности даже в вакуумной системе. Также стоит иметь в виду, что даже при высоких скоростях осаждения алюминия, доступных в современных металлизаторах алюминия, обычно внутри покрытий содержится 1-2% кислорода.
В тех случаях, когда кислород недоступен в виде газа, алюминий с удовольствием отделяет кислород от молекул воды, а поскольку вода является доминирующим фоновым газом во всех вакуумных системах
, недостатка кислорода для окисления нет.
Очиститель анилоксов для сольвентных чернил
12 марта 2023 г.
Признание
20 ноября 2022 г.
Наука
23 июля 2022 г.
Отличие сухих чернил от жидких
24 июня 2022 г.
Графен в упаковочном материале
15 марта 2022 г.
Нарушение герметичности упаковочной машины
8 февраля 2022 г.
Как рассчитать количество чернил, которое необходимо подготовить при производстве?
23 окт. 2021 г.
Подготовка поверхности
16 мая 2021 г.
Сравнение пленок БОПП и СРР
31 января 2021 г.
Коэффициент трения
14 ноября 2020 г.
Оксидированный алюминий — Etsy.de
Etsy больше не поддерживает старые версии вашего веб-браузера, чтобы обеспечить безопасность пользовательских данных. Пожалуйста, обновите до последней версии.
Воспользуйтесь всеми преимуществами нашего сайта, включив JavaScript.
Найдите что-нибудь памятное, присоединяйтесь к сообществу, делающему добро.
