Нитевидная коррозия — это особая форма коррозии, которая возникает под тонкими покрытиями в случайно распределенных нитях, таких как нити. Нитевидная коррозия также известна как подпленочная коррозия, нитевидная коррозия или червячная коррозия. В этой статье мы рассмотрим причины нитевидной коррозии, где она обычно появляется, как развивается, как ее обнаружить и как предотвратить ее появление.
Что такое нитевидная коррозия?
Нитевидная коррозия возникает на металлических поверхностях, покрытых тонкой органической пленкой , обычно толщиной от 0,05 до 0,1 мм (от 2 до 4 милов), под воздействием теплого и влажного атмосферного воздуха . Нитевидная коррозия всегда начинается с дефектов покрытия, таких как царапины и слабые места, такие как бородки, порезы и отверстия.
Как происходит нитевидная коррозия
Нитевидная коррозия алюминия (Al) и магния (Mg) во многом аналогична коррозии стали. Нитевидная коррозия вызвана образованием ячеек дифференциальной аэрации в местах дефектов на подложках с покрытием.
Нитевидная ячейка состоит из активной головки и хвоста, получающих кислород и конденсированные пары воды через трещины в нанесенном покрытии. Головка может быть заполнена гелем оксида алюминия и пузырьками газа в алюминии, если головка очень кислая. У магния головка кажется черноватой из-за травления магния, но коррозионная жидкость становится прозрачной, когда головка сломана. Нитевидные хвостики алюминия и магния имеют беловатый вид. Продуктами коррозии являются гидроксиды и оксиды алюминия и магния соответственно. Анодные реакции производят ионы Al 3+ или Mg 2+ , которые реагируют с образованием нерастворимых осадков, при этом гидроксильные ионы, образующиеся в реакции восстановления кислорода, происходят преимущественно в хвосте.
Механизм инициирования и активации в алюминии и магнии по существу такой же, как и в стали с покрытием. Подкисленная голова представляет собой движущийся пул электролитов, а вот хвост представляет собой область, в которой переносятся ионы алюминия и происходит постепенная реакция с гидроксильными ионами. Конечные продукты коррозии частично гидратируются и полностью расширяются в пористом хвосте. Головная и средняя части хвоста являются соответствующими местами для различных исходных ионов-реагентов и промежуточных продуктов коррозии алюминия в водных средах.
В отличие от стали, алюминий и магний проявляют большую склонность к образованию пузырей в кислой среде, при этом в результате катодных реакций в головной части выделяется газообразный водород . Продуктами нитевидной коррозии являются либо тригидроксид алюминия Al(OH) 3 , беловатый студенистый осадок, либо гидроксид магния Mg(OH) 2 , беловатый осадок.
Факторы, влияющие на нитевидную коррозию
На возникновение нитевидной коррозии влияют различные факторы, в том числе:
Характер покрытия
Нитевидная коррозия возникает со всеми типами красок: акриловыми лаками, эпоксидно-полиамидными , эпоксиаминными и полиуретановыми красками , а также при любом классическом способе нанесения, будь то жидкая краска или электростатическое напыление . Этого не происходит под герметичными покрытиями, такими как электрическая лента.
Подготовка поверхности
Это существенный фактор. Нитевидная коррозия развивается на металле, поверхность которого не была подвергнута подготовке , плохой подготовке или металле, поверхность которого была загрязнена перед покраской.
Природа сплава
Природа сплава не является существенным фактором, поскольку нитевидная коррозия может поражать все алюминиевые сплавы . Недавнее совместное исследование, проведенное тремя европейскими компаниями, Alusuisse, Hydro Aluminium и Pechiney , показало, что для наиболее часто используемых в строительной отрасли сплавов, алюминия 6060 и 6063, состав сплава не имеет никакого влияния, за исключением случаев, когда концентрация меди превышает 0,1%. .
Где наиболее вероятно развитие нитевидной коррозии
Обычно нитевидная коррозия проявляется в теплых прибрежных и тропических регионах, подверженных выпадению соли, или в сильно загрязненных промышленных зонах. Более шероховатые поверхности также подвергаются более серьезной нитевидной коррозии. Нитевидная коррозия обычно возникает на алюминиевых сплавах при уровне влажности от 75% до 90% и в диапазоне температур 20–40 °C, а рост ускоряется при относительной влажности 85% . (RH) уровень. Относительная влажность атмосферы является единственным наиболее важным фактором, вызывающим нитевидную коррозию.
Другими основными параметрами, определяющими нитевидную коррозию, являются составы сплавов, очистка слитков и заготовок, термическая обработка , состояние поверхностного слоя металла, температура, шлифование , травление и предварительная обработка поверхности. Хотя толщина органического покрытия и температура играют незначительную роль в возникновении нитевидной коррозии, повышение температуры приведет к увеличению роста нитей , если относительная влажность остается в критическом диапазоне .
Как обнаружить нитевидную коррозию
Нитевидную коррозию можно распознать визуально без использования микроскопа. Это наблюдалось на стали, алюминии и магнии с тонким слоем олова, золота, серебра, фосфата, эмали или лака.
Стандартным испытанием для определения устойчивости к нитевидной коррозии в США является Руководство по испытанию устойчивости органических покрытий к нитевидной коррозии на металле. В ходе этого испытания образцы металла с покрытием наносятся на голый металл и подвергаются воздействию соляного тумана на срок до 24 часов, промываются дистиллированной водой, а затем помещаются влажными в закрытый шкаф при температуре 25°C и 85 %. РХ. Время воздействия обычно варьируется от 100 до 1000 часов. Результаты испытаний показывают, развивается ли на материале с покрытием нитевидная коррозия.
Отрасли промышленности, наиболее подверженные нитевидной коррозии
Элементы конструкции самолета скрепляются болтами и заклепками. Эти крепления и другие острые края обшивки являются частыми точками возникновения нитевидной коррозии. Сообщалось , что самолеты, эксплуатирующиеся в теплых морских условиях, получают значительные повреждения от коррозии, особенно на алюминиевых сплавах 2024 и 7000, покрытых полиуретаном и другими покрытиями.
Влажность является наиболее важной переменной для распространения коррозии, поскольку она необходима для растворения ионов соли.
Коррозия обычно начинается там, где есть дефекты в подложке и слое покрытия. Дефект может быть вызван царапиной или сколом камня, ослабляющим клеевую связь между подложкой и покрытием.
Коррозия начинается в этом месте, которое образует головку коррозионного дефекта. Коррозия обычно проявляется в виде отчетливой нитевидной нити, напоминающей червячный след, которая появляется под поверхностью покрытия.
Повреждение алюминия не является значительным, но с косметической точки зрения оно неприемлемо, особенно если гусеница длинная и белого цвета.
Этот тип нитевидной коррозии может повредить все виды алюминиевых изделий, таких как колеса, кузова автомобилей и самолетов. Для устранения повреждений требуется шлифовка и нанесение нового слоя покрытия. Для предотвращения нитевидной коррозии необходима правильная предварительная обработка поверхности.
Нитевидная коррозия была более серьезной, когда концентрация хлоридов в металле была высокой, главным образом, когда самолеты часто летали над океаном или базировались в ангарах прибрежных аэродромов.
Алюминий широко используется для изготовления банок и других видов упаковки. Алюминиевую фольгу часто ламинируют на бумагу или картон, чтобы создать барьер для влаги или пара . Если алюминиевую фольгу изъела нитевидная коррозия, изделие может загрязниться или высохнуть из-за нарушения пароизоляции. Деградация фольгированного ламинированного картона может произойти во время его производства или последующего хранения во влажной среде.
В автомобильной промышленности характерные кованые легкосплавные диски с двухцветной поверхностью (полированные участки) и/или полированные поверхности демонстрируют повышенную склонность к нитевидной коррозии.
Как предотвратить нитевидную коррозию
Обычно нитевидную коррозию можно предотвратить , снизив относительную влажность ниже 60%. К сожалению, напрямую снижать влажность на движущихся объектах, таких как самолеты и автомобили, непрактично. Однако уровень влажности компонентов, хранящихся в помещении длительного хранения, можно легко контролировать, добавив сушильные вентиляторы и гигростаты или добавив осушители в пластиковую упаковку.
Компоненты, загрунтованные двумя слоями эпоксидной системы покрытия и двумя полиуретановыми покрытиями, лучше противостоят нитевидной коррозии, чем системы с одинарным покрытием.
Вероятность нитевидной коррозии снижается, если стальная основа оцинкована . Грунтовки с высоким содержанием цинка , а также хромированные и фосфатированные грунтовки с прочными, медленно затвердевающими промежуточными слоями из полиуретана и эпоксидной смолы снижают нитевидную чувствительность стальных поверхностей. Грунтовки на основе хромата цинка, анодирование хромовой кислотой и конверсионные покрытия на основе хромата или хромата-фосфата обеспечивают различную степень защиты от нитевидной коррозии алюминиевых сплавов.
Многослойные покрытия на металлических поверхностях замедляют диффузию влаги и имеют меньше мест проникновения и дефектов, чем однослойные системы окраски. Многослойные системы противостоят проникновению механического истирания и имеют меньше холмов и впадин. Более толстые покрытия, полученные за счет наращивания слоев и более медленного отверждения , продемонстрировали существенно лучшую устойчивость к нитевидной коррозии за счет уменьшения проникновения кислорода и влаги, уменьшения захвата растворителя и меньшего количества мест инициирования. Системы порошковых покрытий также выгодны, поскольку они термически сплавляются, в результате чего получаются прочные покрытия с лучшей устойчивостью к влагопроницаемости. Гладкие, хорошо подготовленные загрунтованные металлические поверхности обычно обладают большей стойкостью, чем более шероховатые поверхности.
Сталь, алюминий и магний химически активны. Их сплавы содержат интерметаллические соединения, диспергированные, выделяющиеся и агломерированные при горячей прокатке и отжиге . Хотя эти сплавы в целом обладают улучшенными механическими свойствами , недавние работы показывают , что их неоднородность (перемешивание) и наличие поверхностно-активных слоев повышают их восприимчивость к нитевидной коррозии.