Okna-zdes48.ru

Лучшие окна здесь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реакция цемента с алюминием

Реакция цемента с алюминием

Коррозия, вызванная реакцией щелочей портландцемента с заполнителями бетона, принципиально отличается от обычной тем, что разрушение вызывается не взаимодействием внешней среды с бетоном, а процессами, возникающими внутри бетона вследствие взаимодействия щелочей цемента с реакционноспособным кремнеземом заполнителя.
При современной технологии производства цемента в составе клинкера всегда содержится разное количество щелочных соединений, причем оксид натрия присутствует почти во всех фазах клинкера. Основное количество оксида калия находится в фазе трехкальциевого алюмината и C2S. Щелочи встречаются в клинкере также в виде сульфатов. При гидратации цемента щелочные фазы взаимодействуют с водой и в виде гидратированных соединений накапливаются в жидкой фазе. В ранние сроки твердения калиевая щелочь растворяется быстрее, чем натриевая. Примерно к 25 сут твердения почти все соединения калия переходят в водорастворимое состояние, в то время как количество перешедшего в раствор оксида натрия составляет 40—60%. Концентрация щелочей в жидкой фазе зависит от содержания щелочей в цементе и В/Ц и может достигать 50 г/л. По мере твердения и химического связывания воды концентрация щелочей в жидкой фазе будет возрастать. Реакция растворов щелочи с кремнеземом протекает в две стадии. Первая заключается в нейтрализации поверхности кремнезема. В этом случае водородный ион Н+ поверхности кремнезема соединяется с гидроксильным ионом ОН- с образованием молекулы воды. Оставшийся некомпенсированный заряд кислорода позволяет ему присоединиться к положительному иону натрия Na+. Для такой реакции достаточен щелочной раствор слабой концентрации.
Вторая стадия заключается в разрыве кремнекислородных связей и проходит при избытке щелочи по сравнению с количеством, необходимым для нейтрализации кислой поверхности кремнезема. В результате реакции появляются студенистые, гелеобразные отложения белого цвета в порах и во внутренних слоях бетона вблизи частиц реакционноспособных заполнителей и на поверхности бетона. Затем становятся заметными трещины, различные по конфигурации и достигающие иногда значительных размеров. При дальнейшем развитии процессов взаимодействия щелочей с заполнителем образуется сеть трещин. Участки бетонной поверхности шелушатся и вспучиваются. Данные исследований и наблюдений за состоянием сооружений свидетельствуют о том, что разрушение бетона может наступить даже через 10—15 лет после начала реакции. Постепенное расширение бетона и его разрушение происходит в результате давления, возникающего в контактных слоях реакционноспособного заполнителя и цементного камня. Оно вызывается набуханием продуктов реакции и осмотическими явлениями, возникающими из-за полупроницаемости цементного камня по отношению к продуктам реакции.
Существуют различные способы предупреждения щелочной коррозии. Это ограничение общего содержания щелочей в цементе 0,6%; введение активных минеральных добавок, а также воздухововлекающих или газообразующих веществ. Заметно уменьшается расширение при добавлении солей лития, а также альбумина — интенсивного воздухововлекающего вещества. Уменьшить расширение можно также при введении кремнийорганического полимера ГКЖ-94. Наибольший эффект дают тонкомолотые активные минеральные добавки с преимущественным содержанием опаловидного вещества, активно поглощающего гидроксид кальция и щелочи. С введением таких гидравлических добавок, обладающих большой удельной поверхностью, уменьшается разность концентраций щелочей в объеме образца и у поверхности реакционноспособных заполнителей, что способствует уменьшению осмотического давления. Кроме того, уменьшается отношение Na2О : Si02, поэтому реакции проходят преимущественно по первой схеме и опасные напряжения и расширение бетона не происходят.
В результате многолетних исследований большого коллектива советских ученых была решена проблема получения специальных цементов, которые обладают высокой коррозиеустойчивостью при определенном химико-минералогическом составе исходного клинкера и соответствующем содержании в цементе активных минеральных добавок.

Алюминаты, ферриты, ферраты их свойства, получение и области применения

Задание 5.
Опишите способы получения алюминатов, ферритов и ферратов а также области их применения. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.
Решение:
Алюминаты — соли не существующей метаалюминиевой кислоты (НAlO2) можно получить следующим образом:

1) Сплавление оксида алюминия c оксидом натрия при 1200 0 С:

2) Сплавление оксида алюминия с гидроксидом металла при 800 0С:

3) Сплавление оксида алюминия с карбонатом при 1000 0 С:

4) Растворение алюминия в расплаве гидроксида натрия при 400 0 С:

5) Реакции гидроксида алюминия с щелочами:

При действии слабого раствора щёлочи на свежеосаждённый гидроксид алюминия образуется тетрагидроксоалюминат натрия:

Al(ОН)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия);

При действии избытка щёлочи на свежеосаждённый гидроксид алюминия образуется гексагидроксоалюминат натрия.

При нагревании около 800 0 С происходит обезвоживание тетрагидроксоалюмината натрия:

Применение алюминатов.

Алюминат натрия используют в текстильной и бумажной промышленности для очистки воды. Порошковый метаалюминат натрия (NaAlO2) является добавкой в строительные бетоны как ускоритель отвердевания. Алюминат натрия используется получении цеолитов. Алюминат кальция — главная составная часть быстро твердеющего глиноземного цемента, входит в состав портландцемента и глиноземистых цементов. Кальциево-алюминатные флюсы используются во вторичной металлургии для повышения качества стали. Они также используются для производства порошковых суперпластификаторов, уменьшающих усадку веществ.

Ферриты — соли не существующей ферритовой кислоты (HFeO2) можно получить следующим образом:

1) Сплавление оксида железа(III) с едким натром при 600 0 С:
2) Спекание оксида железа(III) с карбонатом натрия при 80- — 900 0 С:
3)Термическое разложение феррата натрия около 700 0 С:
4) При длительном нагревании гидроксида железа (III) с гидроксидами металла:

Ферриты используют в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике (ферритовые поглотители электромагнитных волн, антенны, сердечники, элементы памяти, постоянные магниты и т.д.). Феррит кальция применяется как вяжущее средство, входит в состав портландского цемента.

Читайте так же:
Цемент области применения виды цементов

Ферраты — соли не существующей в свободном виде железной кислоты (H2FeO4), в которой железо проявляет степень окисленности +6. Ферраты окрашены в фиолетовый цвет. Они являются сильными окислителями. Существует несколько способов получения ферратов:

1) Окисление соединений железа (III) хлором в сильнощелочной среде:

Реакция протекает при незначительном нагревании до 40 — 45 0 С

2) Окисление соединений железа (III) гипохлоритом в сильнощелочной среде:
3) Растворение порошкообразного железа в расплаве нитрата калия и едкого кали (процесс проводят при 400 — 420 0 С):
4) Электролиз раствора щелочи на железном аноде:

5) При взаимодействии надпероксида калия и оксида железа

Физико-химические процессы твердения портландцемента.

Одним из основных свойств цемента является прочность, которая определяется в положенные сроки испытанием образцовбалочек размером 40x40x160 мм первоначально на изгиб, а затем половинок — на сжатие. Балочки готовят из раствора состава 1:3 (1 ч. по массе цемента, 3 ч.— нормального Вольского песка) при водоцементном отношении (отношении количества воды к количеству цемента), равном 0,4. Водоцементное отношение в свою очередь проверяется, а при необходимости корректируется по расплаву конуса на встряхивающем столике. Расплыв усеченного конуса из растворной смеси, изготовленного в форме высотой 60 мм и основаниями верхним с внутренним диаметром 70 мм и нижним —100 мм, после 30 встряхиваний должен быть в пределах 106. 115 мм. При отсутствии встряхивающего столика испытанна проводят на стандартной лабораторной виброплощадке. В этом случае после 20 с вибрирования расплыв должен быть (170 ± 5) км.

Твердение цемента. Твердение портландцемента — сложный физикохимический процесс При затворении цемента водой основные минералы, растворяясь, гидратируются по уравнениям:

ЗСаО • S1O2 + 5Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О + Са(ОН)2;

2СаО • SiO2 + 4Н2О 2СаО • SiO2 • 4Н2О;

ЗСаО • А12Оз + 6ЩО = ЗСаО • AI2O3 • 6Н2О;

4СаО • А12Оз • Fe2O3 + Н2О = 4СаО • А12О3 • Fe2O3 • Н2О

Образующиеся новообразования отличаются от первоначальных меньшей растворимостью и, выпадая в осадок, выкристаллизовываются, что приводит к потере пластичности (схватыванию) и последующему твердению. Добавка гипса в самом начале процесса при растворении взаимодействует с трехкальциевым алюминатом, образуя гидросульфоалюминаты, которые, обволакивая цементные зерна, замедляют процесс растворения и гидратации. Однако в последующем эти оболочки разрушаются (чем меньше гипса, тем замедление короче по времени) и процесс твердения ускоряется. Но сами выкристаллизовывающиеся новообразования начинают препятствовать гидратации, поэтому значительная часть зерен цемента может гидратироваться при наличии водной среды весьма продолжительный срок, измеряемый даже годами.

Цемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем алита (алитовые цементы) и трехкальциевого алюмината. С течением времени процесс твердения резко замедляется. Цементы, содержащие много белита (белитовые цементы), в раннем возрасте твердеют медленно; нарастание прочности продолжается длительно и равномерно. Процессы твердения и особенно схватывания сопровождаются выделением теплоты, которая тем интенсивнее, чем быстрее протекает процесс схватывания. Поэтому в массивных конструкциях, как правило, применяют белитовые цементы. Использование в таких конструкциях алитовых цементов может привести к интенсивности тепловыделению, разогреву до высокой температуры (70. 80 °С), появлению трещин и даже потере воды, что в итоге приведет к утрате цементным камнем своих качеств. В то же время применение алитовых цементов позволяет быстрее получить минимальную прочность, а интенсивное тепловыделение обеспечивает в некоторых случаях необходимую для твердения температуру в зимних условиях.

При твердении цемента на воздухе происходит небольшая усадка, а в воде — набухание.

При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное, легко формуемое клейкое тесто, постепенно густеющее и переходяти камневидное состояние.

Твердение цемента—сложный процесс, включающий ряд химических и физических явлений. При затворении минералы цемента реагируют и дают различные новообразования.

В присутствии гипса и воды трехкальциевый алюминат образует эттрингит — гидросульфоалюминат кальция, замедляющий схватывание и твердение цемента.

Механизм твердения цемента очень сложен. Химические реакции начинают протекать сразу после смешивания цемента с водой. Частицы портландцемента начинают растворяться, одновременно с этим совершаются гидратация и гидролиз продуктов растворения.

Первыми гидратными новообразованиями являются эттрингит и гидроксид кальция.

Компоненты цемента растворяются слабо, медленно, образуется насыщенный раствор, заполняющий пространства между зернами. Затем образуются очень мелкие гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, практически нерастворимые в воде. Раствор становится перенасыщенным, быстро переходящий в коллоидное состояние. В виде мельчайших частиц из него выпадают гидратные соединения, образуется гель, обладающий клеящими свойствами.

В процессе дальнейшей гидратации в цементном тесте уменьшается количество свободной воды, клейкость геля увеличивается. Тесто густеет, происходит его схватывание. Затем новообразования начинают кристаллизоваться.

Образующиеся кристаллы сращиваются между собой, обрастают длинными игольчатыми кристаллами, в результате чего создается кристаллический сросток, т. е. наступает конец схватывания цемента. В дальнейшем цементный камень уплотняется за счет продолжающихся реакций взаимодействия между цементом и водой, частичного обезвоживания и дальнейшей кристаллизации.

При твердении цемента на воздухе цементный камень дополнительно упрочняется в результате карбонизации гидроксида кальция.

Затвердевший цементный камень представляет собой весьма прочный кристаллический каркас, заполненный гелем, внутри которого находятся не затронутые реакцией внутренние слои цементных зерен. Поры в цементном камне заполнены воздухом и капиллярной водой.

Из-за малой растворимости компонентов процесс твердения портландцемента протекает длительное время — годами. Однако нарастание прочности цемента с течением времени замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по его прочности, набираемой через 28 сут твердения.

Читайте так же:
Крем для защиты рук от цемента

Схватывание и твердение портландцемента зависят от ряда факторов: химического и минерального состава клинкера, содержания добавок, тонкости помола, температуры и влажности окружающей среды и пр. Понижение температуры от 20° до 5 °С замедляет твердение цемента почти в три раза; повышение температуры до 80 °С ускоряет гидратацию в шесть раз.

Цемент нормально твердеет лишь при достаточной влажности среды; повышение температуры не должно сопровождаться высушиванием. Ускорение процессов твердения портландцемента при тсплопой обработке — запаривании, пропаривании, электропрогреве — позволяет получать в короткий срок бетонные и железобетонные изделия требуемой отпускной прочности.

№ 35 (Анастасия Заболотская)

Химическая коррозия цементного камня.(Тема вашего вопроса)

Бетонные и железобетонные конструкции должны характеризоваться не только механической прочностью и устойчивостью под действием рабочих нагрузок, но и надлежащей долговечностью (стойкостью) под разрушающим (агрессивным) влиянием разнообразных внешних химических и физических факторов.

В зданиях и сооружениях бетоны могут подвергаться отрицательному воздействию, в первую очередь, воды и водных растворов различных веществ, в том числе и газов, вызывающих химическую коррозию; различных неорганических и органических веществ в жидком и газообразном состоянии (химическая коррозия); многократно повторяющихся процессов увлажнения и высыхания, а также замерзания и оттаивания, часто в водонасыщенном состоянии (физическая коррозия); различных веществ, отлагающихся в порах и капиллярах цементного камня и бетона в результате капиллярного подсоса минерализованных вод и их испарения; кристаллизуясь, они могут вызывать вредные напряжения (физическая коррозия).

Следует подчеркнуть, что разрушающее влияние на бетон различных агрессивных факторов часто усиливается его напряженным состоянием, возникающим под действием механических нагрузок.

Портландцемент и различные его производные, а следовательно, и бетоны на их основе характеризуются относительно высокой стойкостью против действия многих агрессивных факторов, наиболее часто встречающихся при эксплуатации зданий и сооружений. Тем не менее при неблагоприятных условиях они могут быстро разрушаться, и необходимы мероприятия, защищающие бетонные и железобетонные конструкции от преждевременного износа.

Различные виды цементов характеризуются различной стойкостью против действия тех или иных агрессивных факторов. Например, цементы с низким содержанием алюминатов кальция характеризуются повышенной стойкостью против действия гипса и других сульфатов и называются поэтому сульфатостойкими. Пуццолановые портландцементы отличаются повышенной водостойкостью и т.д. Поэтому выбирать цементы для бетонов различного назначения следует с учетом не только их прочностных показателей, но и стойкости против действия тех агрессивных сред, в которых должны работать бетонные конструкции.

В этой главе рассматриваются вопросы, связанные преимущественно с воздействием на цементы и бетоны мягких и минерализованных вод.

Проблема долговечности цементов и бетонов еще с конца XIX в. изучалась отечественными учеными, установившими причины и факторы коррозии и предложившими эффективные меры по увеличению стойкости (А. Р. Шуляченко, В. И. Чарномским, А. А. Байковым, В. А. Киндом, В. Н. Юигом и др.).

В. М. Москвин разделяет коррозионные процессы, возникающие в цементных бетонах при действии водной среды, по основным признакам на три группы. К первой группе (коррозия I вида) он относит процессы, протекающие в бетоне под действием вод с малой временной жесткостью. При этом некоторые составляющие цементного камня растворяются в воде и уносятся при ее фильтрации сквозь толщу бетона.

Ко второй группе (коррозия II вида) относятся процессы, развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих вещества, вступающие в химические реакции с цементным камнем. Образующиеся при этом продукты реакций либо легкорастворимы и уносятся водой, либо выделяются на месте реакции в виде аморфных масс, не обладающих вяжущими свойствами. К этой группе могут быть отнесены, например, процессы коррозии, связанные с воздействием на бетон различных кислот, магнезиальных и других солей.

В третьей группе (коррозия III вида) объединены процессы коррозии, вызванные обменными реакциями с составляющими цементного камня, дающими продукты, которые, кристаллизуясь в порах и капиллярах, разрушают его. К этому же виду относятся процессы коррозии, обусловленные отложением в порах камня солей, выделяющихся из испаряющихся растворов, насыщающих бетой.

Обычно на бетонные конструкции одновременно воздействуют многие агрессивные факторы, но один из них обычно является основным. Чаще всего это процессы, вызывающие коррозию II вида.

В. В. Кинд дает более подробную классификацию основных видов коррозии бетона под действием природных вод:

1) коррозия выщелачивания, вызываемая растворением гидроксида кальция, содержащегося в цементном камне, и выносом его из бетона;

2) кислотная коррозия — результат действия кислот при значениях показателя рН менее 7;

3) углекислотная коррозия, обусловленная действием на цементный камень углекислоты и являющаяся частным случаем кислотной коррозии;

4) сульфатная коррозия, подразделяемая на суль-фоалюмииатиую, вызываемую действием на цемент ионов SCXf при их концентрации от 250—300 до 1000 мг/л; сульфоалюминатно-пшсовую, также возникающую главным образом под действием сульфатных ионов SO-f» но. при концентрации их в растворе более 1000 мг/л, и гипсовую, которая происходит под действием воды, содержащей большое количество Na2S04 или KaSO4;

5) магнезиальная коррозия, подразделяемая на собственно магнезиальную, вызываемую действием катионов магния при отсутствии в воде ионов S04 и сульфатно-магнезиальную, происходящую в цементном камне при совместном действии на него ионов Mg2+ и SO4.

Все эти виды коррозии возможны в результате действия не только природных, но и промышленных и бытовых сточных вод. Кроме приведенных видов коррозии может иметь значение и кислотно-гипсовая коррозия под действием серной кислоты, а также сероводородная коррозия, имеющая свои особенности.

Читайте так же:
Среднюю плотность тяжелого цементного бетона

В условиях службы в промышленных, сельскохозяйственных и других зданиях и сооружениях бетоны могут подвергаться и другим разнообразным видам коррозии (действию щелочей и других веществ, животных жиров, растительных масел, углеводов, спиртов, фенолов и т.п.), что надо учитывать при использовании бетонов в конструкциях и защите их от повреждений.

В СНиП П-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии» установлены показатели степени агрессивности воды-среды с учетом содержания в ней бикарбонатов, а также плотности бетона и условий эксплуатации сооружений (фильтруемость грунтов, напор воды). Так, для бетонов «нормальной» плотности, изготовленных при В/Ц==0,6 и характеризующихся маркой по водонепроницаемости В-4, в условиях сильиофильтрующих грунтов вода-среда становится слабоагрессивной при би-карбонатной щелочности в пределах 1,4—0,7 мг«экв/л (или 4—2°). Увеличение ее содержания или плотности бетона уменьшает опасность коррозии 1-го вида.

Присутствие в водном растворе NaCl и Na2S04 повышает растворимость Са(ОН)2 в воде, который следовательно, быстрее вымывается из бетона.

Кислотная коррозия возникает под действием различных неорганических и органических кислот, вступающих в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, а также с другими соединениями цементного камня. Этот вид коррозии в зависимости от силы той или иной кислоты, определяемой показателями концентрации ионов водорода рН, может протекать очень интенсивно. Следует помнить, что цемент характеризуется высокой химической основностью составляющих и, следовательно, способен энергично взаимодействовать не только с кислотами, но и с такими солями, как А12(804), (NH4)2S04, FeCl3 и др., гидролизующимися с образованием сильных кислот.

Под действием той или иной кислоты на цементный камень образуются кальциевая соль и аморфные бессвязные массы §i02-aq, А1(ОН)з, Fe(OH)3. Для примера можно привести схему действия соляной кислоты на C3S2H3—основной гидросиликат цементного камня: 3CaO-2Si02-3H20 + mHCl-^3CaCl2 + 2Si02-a

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 16 ; Нарушение авторских прав

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 -4 мм.

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. Окисление алюминия существенно ускоряется при температурах выше его точки плавления, мелко же раздробленный металл при нагревании на воздухе энергично сгорает.

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). Быстро растворяется алюминий также в растворах щелочей, соляной, плавиковой и бромистоводородной кислотах; слабо взаимодействует с борной кислотой. Алюминий устойчив в нейтральных растворах солей магния и натрия, слабо влияют на алюминий сернистый газ, аммиак и сероводород.
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.
Коррозионная стойкость алюминия различной степени чистоты может быть охарактеризована потерями массы испытуемого образца металла или объема водорода, выделяющегося с единицы поверхности металла при обработке его в течение 1ч соляной кислотой определенной концентрации.

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 -4 Сu , полностью разрушился только через две недели.

Читайте так же:
Контейнеры для хранения цемента

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 ( 31,5 г/(м 2 ·ч) , для металла технической чистоты марки А7 — всего лишь 0,24— 1,07 г/(м 2 ·ч) , а для алюминия марки А6— 1,19– 1,64 г/(м 2 ·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. Для алюминия стандартной марки А7, содержащего 0,5% Ga, скорость коррозии достигает 120 г/(м 2 ·ч), а содержащего 0,3% Re — 250 г/(м 2 ·ч) .

Для сравнения укажем, что скорость коррозии бессортного алюминия, богатого железом (1%Fe+0,03%Si), составляет около 100 г/(м 2 ·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. Почти во всех случаях местной коррозии происходит взаимодействие с водой по реакции

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. Этим питтинг отличается от межкристаллитной коррозии, которая происходит как бы в узком тоннеле вдоль границ зерен и обнаруживается только при металлографическом исследовании поперечного сечения. Межкристаллитная коррозия может происходить наряду с питтинговой, при этом трещина развивается в глубь металла и в сторону от питтинга.

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.

Читайте так же:
Что лучше плиточный клей или цементный раствор

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.

Реакция цемента с алюминием

Алюминий — реакционно-способный металл (неблагородный), который, согласно термодинамике, должен иметь низкую коррозионную стойкость. Высокая коррозионная стойкость алюминия, тем не менее, обусловлена наличием тонкой пленки оксида алюминия, плотно прилегающей к поверхности. Всякий раз, когда образуется алюминиевая поверхность и подвергается воздействию воздуха или воды, сразу же образуется поверхностная пленка оксида алюминия.

Оксид алюминия растворяется в некоторых химических веществах, особенно сильнокислых и щелочных растворах. При удалении оксидной пленки металл быстро корродирует в результате равномерного растворения. Как правило, оксидная пленка стабильна при pH от 4,0 до 9,0, но есть и исключения. Одним из таких исключений является среда, в которой поверхностная пленка нерастворима, но в слабых местах оксидной пленки образуется локальная коррозия. Локальную коррозию можно обнаружить, только когда алюминий пассивен, покрыт оксидным слоем, подобным тому, который образуется при анодировании.

Локальная коррозия имеет электрохимическую природу и обусловлена разницей коррозионного потенциала в гальваническом элементе, образованном в или на поверхности металла. Гальваническая коррозия обусловлена электрическим контактом с более благородным металлом или неметаллическим проводником в проводящей среде. Гальваническая коррозия сильно зависит от катодной реакции и от металлов, контактирующих друг с другом.

Эффективность этой катодной реакции определяет скорость коррозии. Наиболее распространенные примеры гальванической коррозии алюминиевых сплавов — это сочетание со сталью или медью под воздействием влажной солевой среды.

Гальваническая коррозия алюминия обычно слабая, за исключением высокопроводящей среды, такой как сланцевый шлам от противообледенительных солей для дорожных покрытий, морская вода и другие солевые электролиты. Контактная область должна быть смочена водным раствором для обеспечения ионной проводимости. В противном случае, гальваническая коррозия невозможна.

Согласно данным об электродных потенциалах металлов, алюминий будет анодом гальванического элемента в контакте почти со всеми другими металлами, а, следовательно, будет подвергаться гальванической коррозии. Характеристики гальванической коррозии различных алюминиевых сплавов почти одинаковы, поэтому изменение сплава не может решить проблему.

Скорость растворения зависит от соотношения поверхностей между двумя металлами:

коррозия = площадь катодной поверхности ∕ площадь анодной поверхности

Наиболее благоприятным случаем будет очень большая площадь анодной поверхности и маленькая площадь катодной поверхности . Гальваническая коррозия локальная , поэтому она огран ичивается контактной зоной.

Необычно видеть гальваническую коррозию алюминия в контакте с нержавеющей сталью (пассивной). Напротив, при контакте между медью, бронзой, латунью и разными стальными сплавами (пассивными и активными) и алюминием может образоваться сильная коррозия, поэтому целесообразно обеспечить изоляцию между этими двумя металлами. Путаница относительно того, возникает ли гальваническая коррозия между алюминием и сталью, обусловлена тем, что нержавеющая сталь может быть как пассивной, так и активной, если в окружающей среде присутствует хлорид. Это существенно меняет коррозионное воздействие на алюминий.

Как правило, чем ближе один металл к другому в ряду стандартных электродных потенциалов, тем они более совместимы (например, электрохимический эффект будет минимальным). И наоборот, чем дальше один металл от другого, тем сильнее будет коррозия. Предварительную оценку характеристик гальванической коррозии выполнить не так просто. Что касается контакта между обычными металлами, например, сталь и нержавеющая сталь, практика показывает, что лабораторные испытания всегда дают более серьезные результаты, чем фактически наблюдаемые в атмосферных условиях.

Обычно гальваническая пара с нержавеющей сталью работает очень хорошо, однако при наличии в окружающей среде даже малейшего следа хлорида возникает гальваническая коррозия. Из-за растрескивания анодированного слоя при монтаже очень маленькая область неблагородного металла (нижний слой алюминия) будет контактировать с очень большой областью более благородного металла (нержавеющая сталь). Это приведет к образованию гальванической коррозии, которая может резко увеличиться в зависимости от площади поверхности алюминия.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector