3 Способы защиты алюминия и его сплавов от коррозии

Коррозия - это самопроизвольное разрушение металлов под воздействием химического или физико-химического влияния окружающей среды. В широком понимании, коррозии подвергаются не только металлы, но и любые материалы, будь то бетон, пластмасса, резина или керамика.

Возникновению коррозии в значительной степени способствуют главным образом вода, а также загрязнение воздуха пылью, солями и другими газами и температурные колебания.

Скорость коррозии зависит от некоторых факторов: природы металла, окружающей его атмосферы, влажности воздуха.

Для защиты от коррозии часто применяется нанесение металлических или неметаллических покрытий. Неметаллическими защитными покрытиями могут выступать различные смазки, пасты, лакокрасочные материалы. Часто в их состав дополнительно вводят ингибиторы, пигменты, пассивирующие поверхность (например, цинк-хроматный пигмент для стали). Иногда поверхность превращают в труднорастворимый оксид или фосфат, обладающий защитными свойствами. Металлическими покрытиями служат цинковые, никелевые, многослойные.

Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.

Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д.

Основными мероприятиями, направленными на сохранение агрегатов и деталей самолетов от поражения коррозией, являются:

— содержание металлической поверхности в чистоте, так как грязь и пыль в сочетании с влагой, и особенно нефтепродукты, разрушают защитные покрытия и вызывают коррозию;

— предохранение и сохранение защитных покрытий от нанесения механи-

ческих повреждений (царапин, вмятин и др.).

Правильный уход за лакокрасочными, анодированными и другими защитными покрытиями обшивки самолета является одним из условий обеспечения длительного срока службы самолета и сохранения его летных качеств.

Особое внимание при эксплуатации самолетов необходимо обращать на сохранность и своевременное возобновление бесцветного лакового покрытия анодированной обшивки самолета.

В исследовательской части рассмотрены три варианта улучшения антикоррозионных свойств алюминия и его сплавов за счёт применения специальных покрытий.

Электролит анодирования алюминия и его сплавов

Изобретение относится к области получения защитных оксидных пленок на алюминии и его сплавах при сернокислотном анодировании. Технический результат: повышение антикоррозионных свойств анодных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах как при получении их в сернокислотных растворах, так и при последующей эксплуатации в средах с повышенной концентрацией хлоридов.

Известен сернокислый электролит анодирования алюминия, содержащий 300-380 г/л серной кислоты (Л.И.Каданер "Справочник по гальваностегии", Киев, "Техника", 1976 г. с.193). Однако для получения качественных пленок в этом электролите его необходимо охладить (до -5°С) и поддерживать высокое напряжение (до 65 В).

Для решения поставленной задачи предлагается вводить в сернокислотный электролит анодирования две добавки органических веществ, а именно 10-метил-9-(п-аминофенил)-акридиний иодид (или хлорида) и N,N¹-бис(о-бромбензоил)-фенилсульфинамидина при следующем соотношении компонентов 180-240 г/л серная кислота, 10-метил-9-(п-аминофенил)-акридиний иодид(хлорид) - 0,5-1,5, N,N¹-бис(о-бромбензоил)-фенилсульфинамидин - 0,3-1,0.

При анодировании добавки адсорбируются растущим анодным оксидным слоем и тормозят коррозионное растравливание пленки и металла как при анодировании, так и при эксплуатации анодированных деталей. Повышение защитного эффекта особенно заметно при наличии в коррозионной среде хлорид-ионов. Снижение концентрации добавок в электролите приводит к ослаблению защитного действия оксидных покрытий. Верхний концентрационный предел обусловлен растворимостью добавок.

Испытания, проведенные на образцах сплава АМГ, показали: во всех случаях оксидные слои, полученные в предлагаемом электролите, имели более высокое защитное действие, чем при анодировании в стандартном электролите, а именно:

- на оксидных покрытиях, полученных в предлагаемом электролите, время капельной пробы значительно выше, чем для получения в известном электролите без добавок.

Этот вывод относится как к электролитам, содержащим хлорид-ионы, так и без них.

- повышенное защитное действие оксидной пленки обнаружилось на образцах, анодированных в предлагаемом электролите, при испытаниях в камере солевого тумана.

- при испытании по ГОСТ 9.031-74 образцы, анодированные в известном электролите, не выдержали испытания, на них обнаружены области явных коррозионных повреждений. В то же время, образцы, которые анодировались в предлагаемом электролите, показали 100%-ную устойчивость.

- заслуживает внимания и тот факт, что образцы, анодированные в стандартном электролите, обнаружили пониженную коррозионную стойкость по сравнению с образцами из предлагаемого электролита (по результатам испытаний в камере солевого тумана и по капельной пробе).

- следует особо отметить, что наиболее высокие показатели защитных свойств оксидных пленок получены в электролите, где присутствуют обе органические добавки: производное акридина и производное фенилсульфинамида.

Информация о добавке содержится в статье О.Н.Чупахина с сотрудниками, ДАН СССР,1969, том 188, №2, с.376-378 и в статье А.В.Харченко и др.,"Журнал органической химии", 1980, т.16, вып.4, с.754-758.

Оксидное композиционное покрытие на алюминии и его сплавах

Изобретение относится к гальванотехнике, а именно к способам получения композиционного покрытия анодным оксидированием алюминия и его сплавов. Покрытие получают оксидированием в электролите, содержащем ультрадисперсные алмазы размером 0,001 - 0,120 мкм в количестве 0,05 - 56 г/л. Способ позволяет повысить твердость, износостойкость, антифрикционные свойства при малом расходе композиционного материала по простой технологии.

Поскольку процесс оксидирования протекает за счет металла матрицы (детали), необходимым условием роста пленки является возникновение пор в результате взаимодействия оксидной пленки с электролитом (чаще всего - с кислотой) и протекание тока.

Оксидное покрытие состоит из двух слоев: пористого толстого внешнего слоя и внутреннего тонкого слоя (барьерный слой).

Неорганическое оксидное композиционное покрытие (далее - композиционное покрытие) алюминия и его сплавов (далее - алюминия) представляет собой неметаллическую матрицу (пористую пленку, в основном, из Al₂O₃) - своеобразный каркас, заполненный удерживаемыми в ее порах частицами солей, оксидов металлов, металлов, неметаллов. Наполнение пленки осуществляется за счет адсорбционных, физико-химических и химических сил. Такие покрытия обладают повышенными физико-механическими характеристиками, износостойкостью, повышенными антикоррозионными и электрофизическими свойствами, улучшенной цветовой гаммой.

В качестве электролитов анодного оксидирования используют, как правило, водные растворы серной, хромовой, щавелевой кислот, их смеси, щелочной раствор полибората натрия.

Примененные в данном изобретении ультрадисперсные алмазы (УДА) или иначе кластерные алмазы представляют собой частицы, по форме близкие к сферическим или овальным, не имеющие острых кромок (неабразивные). Такие алмазы образуют седиментационно и коагуляционно устойчивые системы в электролитах как при рабочей концентрации компонентов, так и при повышенной (в концентратах электролитов).

В настоящее время синтез УДА производится чаще всего путем подрыва специально подготовленных зарядов из смесевых составов тротил-гексоген во взрывных камерах, наполненных неокислительной средой. Получаемая при этом алмазная шихта (смесь алмазов с неалмазными формами углерода) подвергается химической очистке, самой совершенной из которых является обработка алмазной шихты в среде азотной кислоты при высоких температурах и давлении с последующей промывкой.

УДА имеют классическую кубическую (алмазную) кристаллическую решетку с большими поверхностными дефектами, что обусловливает значительную поверхностную энергию таких кристаллов. Избыточная энергия поверхности частиц УДА компенсируется путем образования многочисленных поверхностных групп, образуя на поверхности оболочку ("бахрому") из химически связанных с кристаллом гидроксильных, карбонильных, карбоксильных, нитрильных, хиноидных и прочих групп, представляющих собой различные устойчивые сочетания углерода с другими элементами используемых ВВ - кислородом, азотом и водородом.

Существовать без такой оболочки в обычных условиях микрокристаллиты УДА не могут - это неотъемлемая часть кластерных нано-алмазов, в значительной мере определяющая их свойства.

Т. о. , УДА сочетают в себе парадоксальное начало - сочетание одного из самых инертных и твердых веществ в природе - алмаза (ядро) с достаточно химически активной оболочкой в виде различных функциональных групп, способных участвовать в различных химических реакциях. Кроме того, такие кристаллы алмаза несмотря на компенсацию части неспаренных электронов за счет образования поверхностных функциональных групп имеют еще достаточно большой их избыток на поверхности, т.е. каждый кристаллик алмаза представляет собой, по сути, множественный радикал.

Все это множество разнородных свойств определяет их необычное поведение в различных процессах, в том числе в анодном оксидировании алюминия.

Попытки введения в электролиты оксидирования твердых, не растворяющихся в воде ультрадисперсных частиц двуокиси кремния, нитридов металлов, не привели к позитивному изменению свойств поверхностного оксидного слоя.

Напротив, УДА, имеющие отрицательный заряд, в электролите при наложении ЭДС устремляются к аноду (алюминий и его сплавы) и внедряются в образующиеся при окислении поверхности поры, удерживаясь там после разрядки не только механически, но и с помощью Ван-дер-Ваальсовых и других физико-химических сил. При этом наполнение образуется настолько плотное, что привес оксидной пленки увеличивается в 2-3,5 раза (при одинаковой толщине - без и с использованием УДА). Износостойкость такой пленки возрастает в 10-13 раз, существенно увеличиваются коррозионная стойкость и электроизоляционность.

Т. о. , использование кластерных алмазов для получения анодных оксидных пленок на алюминии и сплавах приводит к одновременному наполнению пленок нерастворимыми УДА непосредственно во время процесса электролиза и существенному улучшению свойств получаемого неметаллического неорганического композиционного покрытия, а именно:

- кластерные алмазы образуют устойчивые дисперсии в электролитах оксидирования;

- малая масса (малая инерционность) алмазных кластеров обеспечивает эффективный массоперенос частиц алмаза к оксидируемой поверхности, это позволяет работать при высоких плотностях тока;

- кластерные алмазы благодаря своей высокой физико-химической активности обеспечивают глубокое проникновение в поры оксидной пленки и плотную упаковку своих частиц, в результате чего образуется высокодисперсная структура композиционного покрытия с повышенной микротвердостью, износостойкостью;

- наполнение оксидной пленки УДА приводит к возрастанию адгезии к металлической подложке и когезии пленки;

- повышение качества покрытия достигается, в том числе, при относительно малом, а самое главное, регулируемом содержании алмазов в покрытии 0,2 - 10 мас.%, что делает процесс экономичным;

- композиционное оксидно-алмазное покрытие имеет высокую коррозионную стойкость;

- эффективный массоперенос алмазов к пористой анодной пленке и внутри ее обеспечивает равномерное наполнение ими пленки, в том числе на эквипотенциальных поверхностях.

Комплекс свойств оксидно-алмазного покрытия, получаемого по предлагаемому способу, и простота процесса делают такой способ конкурентноспособным

с любым из известных способов получения наполненных оксидных пленок.

Водно-дисперсионная антикоррозионная грунт-эмаль

Изобретение относится к водно-дисперсионным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты от коррозии металлических поверхностей, эксплуатируемых в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях повышенной влажности. Может использоваться как грунтовка и как самостоятельное лакокрасочное покрытие. Грунт-эмаль включает акриловую дисперсию, антикоррозионные пигменты и наполнители, диспергатор, загуститель и воду. Для повышения антикоррозионных свойств покрытия в составе грунт-эмали используют водорастворимый ингибитор коррозии - смесь калий октадеканоата, трикалий фосфата, 2,2',2"-Нитрилотриэтанола и поверхностно-активное вещество - техническая смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов, улучшающая смачиваемость и адгезию лакокрасочного покрытия к металлической поверхности. Технический результат - повышение экологической безопасности при проведении окрасочных работ и высокие антикоррозионные свойства покрытия при эксплуатации в агрессивных атмосферных условиях, в том числе в условиях повышенной влажности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание малотоксичной наноингибированной водно-дисперсионной антикоррозионной грунт-эмали с высоким уровнем противокоррозионных свойств в агрессивных атмосферных условиях с повышенной влажностью.

Поставленная задача достигается тем, что в состав водно-дисперсионной грунт-эмали взамен фосфатно-кальциевых кронов вводятся, наряду с малотоксичным фосфатом цинка, водорастворимый органический ингибитор коррозии пассивирующего типа, не содержащий соединения хрома, и поверхностно-активное вещество, обеспечивающие адгезионно-ингибирующее действие на металлическую поверхность.

Новизна технического решения определяется подбором компонентов в оптимальных количествах, способных при высыхании лакокрасочного покрытия формировать на поверхности металла тонкие наноразмерные пленки комплексных соединений, улучшающих адгезию покрытия к металлу и его противокоррозионные свойства.

Предлагаемая водно-дисперсионная антикоррозионная грунт-эмаль по сравнению с прототипом имеет лучшие антикоррозионные свойства. Грунт-эмаль не содержит в своем составе соединений хрома. Использование грунт-эмали по заявленному изобретению для защиты крупногабаритных металлоконструкций обеспечивает высокие антикоррозионные свойства покрытия в агрессивных атмосферных условиях и экологическую безопасность при проведении окрасочных работ.

Рассмотрев плюсы и минусы представленных вариантов защиты от коррозии алюминия и его сплавов, можно сделать следующий вывод: наиболее дешёвыми и менее трудоёмкими в производстве являются способы использования электролита анодирования и водно-дисперсной грунт-эмали. Они в значительной мере улучшают антикоррозионные свойства, в сравнении с известными покрытиями, алюминия и его сплавов.

Однако наиболее перспективным является получение оксидного композиционного покрытия с использованием УДА. Помимо улучшения антикоррозионных свойств, повышается износостойкость, электрофизические свойства. Использование этого открытия может значительно увеличить время между сроками ремонта планера ЛА.