Aluminijum ne korodira ravnomerno, čak ni vrlo čist aluminijum. Većina legura se neravnomerno rastvara, što je rezultat nekompaktnosti oksidnog filma (nejednaka debljina i sastav), velikih neravnina površine, segregacije legirajućih elemenata na površini i dr. U zavisnosti od okružujuće sredine, stanja površine i sastava legure na površini aluminijuma najčešće se javljaju osnovni vidovi korozije: piting korozija, interkristalna korozija, naponska korozija, filiformna korozija i kavitaciona korozija
Dr. sci. JOVAN P. POPIĆ
Dipl. ing. ZORAN TERZIĆ
Korozijom aluminijuma naziva se spontano rastvaranje aluminijuma usled hemijskog i elektrohemijskog delovanja aluminijuma sa sredinom koja ga okružuje. Korozioni proces protiče na granici dve faze: aluminijum i okružujuća sredina, tj. javlja se kao heterogeni proces međudelovanja tečne ili gasne sredine sa alumijumom.
Produkt anodnog rastvaranja aluminijuma su joni aluminijuma Al3+ i slobodni elektroni:
Al→ Al3+ + 3e–
Katodni proces na površini aluminijuma je izdvajanje vodonika i redukcija kiseonika:
2H+ + 2e– → H2,
O2 + 2H2O + 4e– → 4OH– (neutralna i alkalna sredina)
O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O (kisela sredina)
Kao produkti korozije aluminijuma javljaju se različite forme oksida na površini aluminijuma.
U kontaktu sa vazduhom aluminijum obrazuje oksidni film, čija je debljina oko 10 nm, a zavisi od čistoće aluminijuma, temperature, načina termičke obrade, deformacije na površini, vremena i uslova oksidacije. Konstatovano je da u tankim oksidnim filmovima stvorenim na vazduhu aluminijumovi i kiseonični joni formiraju površinski centriranu rešetku γ – Al2O3. U prisustvu vode dolazi do transformacije oksida, menja se struktura, sastav i debljina filma. Dalje formiranje filma ide u tri stupnja. Nakon što je formiran amorfni Al(OH)3, isti faznim preobražajem prelazi u ortorombični- AlOOH, a zatim u bajerit Al2O3.3H2O(2).
Ovaj spontano formiran oksidni film na aluminijumu slabo je otporan na slanu sredinu (hloride), javljaju se rupice (pitovi) na površini kao rezultat korozije aluminijuma. Površina aluminijuma menja boju i gubi metalni sjaj, u dodiru sa drugim predmetima oksid se lako skida. Smanjuje se površinska tvrdoća. Uopšteno rečeno ovakav aluminijum ne može se primenjivati za izradu savremenih aluminijumskih konstrukcija zbog nezadovoljavajućih fizičko-hemijskih i estetskih osobina. Za primenu u savremenim konstrukcijama primenuje se koroziono stabilan aluminijum sa izuzetnim korozionim i estetskim karakteristikama. To se postiže legiranjem aluminijuma i modifikacijom njegove površine.
Aluminijum je koroziono stabilan u slabo kiselim i neutralnim rastvorima (u pH oblasti od 4 do 9), izuzev u rastvorima koji sadrže hloride. U alkalnim i kiselim sredinama aluminijum je podložan vrlo intenzivnoj koroziji. Aluminijum ne korodira ravnomerno, čak ni vrlo čist aluminijum. Većina legura se neravnomerno rastvara, što je rezultat nekompaktnosti oksidnog filma (nejednaka debljina i sastav), velikih neravnina površine, segregacije legirajućih elemenata na površini i dr. U zavisnosti od okružujuće sredine, stanja površine i sastava legure na površini aluminijuma najčešće se javljaju osnovni vidovi korozije: piting korozija, interkristalna korozija, naponska korozija, filiformna korozija i kavitaciona korozija.
Piting korozija
Piting korozija nastaje usled prekida površinskog oksidnog filma što dovodi do kontakta agresivnih jona s površinom metala i intenzivnog rastvaranja aluminijuma.
Poznata su tri mehanizma nastajanja pitinga na površini metala prekrivenog homogenim pasivirajućim slojem oksida: adsorpcioni, penetracioni i mehanizam raskidanja filma.
U skladu sa adsorbcionim mehanizmom Cl– joni se adsobuju na površini oksida, prevenstveno na mestima strukturnih defekata iz razloga što je tu električno polje jače. Proces nukleacije pita ide tako što se na granici oksid/rastvor odigrava proces konkurentne adsorpcije kiseoničnih i pasivirajućih anjona s jedne strane i agresivnih anjona s druge strane.
Penetracioni mehanizam se razlikuje u tome što se agresivni anjoni ne adsorbuju, već ulaze u rešetku oksida i to prevenstveno na mestima defekata gde je tanji film. To dovodi do lokalnog povećanja provodljivosti filma i početka nukleacije pitinga.
Aktivacija pitinga mehaničkim probijanjem filma nastaje kada elektrostrikcione sile prouzrokovane adsorpcijom agresivnih anjona na površini dovode do pucanja pasivnog sloja tako da agresivni anjoni dolaze do površine metala te sprečavaju repasivaciju aktivnih mesta.
Probojem oksidnog filma dolazi do formiranja lokalnog galvanskog elementa, odnosno do formiranja pasivne katode i aktivne anode na jednom te istom metalu. Metal se rastvara lokalno što dovodi do nastajanja rupice (pita), koji se širi po dubini i širini To lokalno ratvaranje metala u formi pita dešava se na mestima nedovršene kristalne strukture i dislokacijama kod aluminijuma visoke čistoće, dok kod legura nastanak pita je najčešće na granicama zrna, na dodiru različitih faza. Na slici 5 prikazan je tipičan izgled piting korozije na aluminijumu.
Interkristalna korozija
Interkristalna korozija- rezultat je segregacije ili zasićenosti legirajućih elemenata u zrnu ili granicama zrna, što dovodi do pojave lokalnih galvanskih spregova i lokalnog rastvaranja alumijuma.
Interkristalna korozija je jedna od formi piting korozije. Interkristalna korozija dovodi do intenzivnog rastvaranja po granicama zrna, što može dovesti do ispadanja zrna u rastvor i pojave značajnih oštećenja aluminijuma. Na primer kod legura Al-Cu na granici zrna izdvaja se faza CuAl2, prigranični sloj se obogaćuje bakrom. Kao rezultat toga obrazuje se trielektrodni sistem koj rezultuje intenzivnim rastvaranjem granice zrna. Utvrđeno je da interkristalna korozija raste sa povećanjem sadržaja katodnih elemenata u leguri kao što je železo, silicijum i bakar. Na slici 6 prikazan je slučaj interkristalne korozije legure aluminijuma.
Naponska korozija
Naponska korozija nastaje usled mehaničkih naprezanja aluminijuma koja izazivaju prsline u aluminijumu, a unutar kojih dolazi do izdvajanja vodonika koji dodatano pospešuje razvoj i penetraciju prslina. Prsline se javljaju prvenstveno na granicama zrna. Uticaj vodonika na koroziju pod naprezanjem je značajan iz razloga što se izdvojeni vodonik u procesu korozije (katodna reakcija) najpre javlja u formi adsorbovanog atoma vodonika (Had). Adsorbovani vodonik može difuzijom da uđe u metal ili pak da se po mehnaizmu Hejrovskog (Had +H++e →H2) ili Tafela ( Had +Had →H2) kao međufazni produkt transformiše u molekularni vodonik. Obzirom da je zapremina molekularnog vodonika veća od ukupne zapremine adsorbovanog vodonika, a pri značajnoj količini izdvojenog vodonika u prslini dolazi do pojave značajnih naprezanja koja dodatno deluju da se ubrzava rast prsline ili dovodi do pojave novih prslina na defektima unutar legure.
Korozija pod naprezanjem uobičajeno poseduje četiri stadijuma: razvoj korozije (u formi pitinga) nezavisno od naprezanja; pojava pod naprezanjem korozione prsline; obrazovanje korozione prsline, razvoj korozione prsline. Koroziji pod naprezanjem sklone su legure sa velikim stepenom zasićenosti čvrstim rastvorom. Kod legura Al-Mg, legure sa sadržajem Mg od 3,0-3,5% postaju sklone koroziji pod naprezanjem. Legure Al-Zn-Mg postaju sklone kada sadržaj cinka i magnezijuma pređe 5-5,5%; a legure sistema Al-Mg-Si-Cu pri sadržaju bakra većem od 1%.
Filiformna korozija
Filiformna korozija javlja se ispod površinskog filma (organske ili neorganske prirode), a rezultat je kontakta agresivnih jona (npr. hlorida) i kiseonika sa aluminijumom. Kontakt agresivnih jona može se ostvariti njihovom difuzijom kroz film ili usled pucanja filma kada dolazi do direktnog kontakta sa površinom aluminijuma. Produkt rastvaranja aluminijuma je oksid (Al2O3) i hidroksid (Al(OH3), Slika 9, koji odvajaju film od površine aluminijuma i izazivaju ispupčenja i deformacije filma usled povećane zapremine samih produkata korozije aluminijuma. Filiformna korozija se javlja značajnije u prisustvu vlage, posebno kad je vlažnost veća od 55%. Prisutni kiseonik je primarni reaktant za katodnu reakciju Karakteristika ovog procesa je da se brzo širi ispod površinskog filma u različitim formama. Formiraju se tzv, filamenti (vlakna) zmijastog oblika i sastoje se od dva dela: glave i repa. Glava je aktivni deo i sadrži rastvor korozionih soli. Rep je pun korozionih produkata. Merenjem potencijala i pH vrednosti utvrđeno je da je prednji deo glave anodni i zadnja strana katodna. Brzina širenja može dostići brzinu i do 0,3 mm/dan. Pored površinskog širenja korozionog procesa na lokalnim mestima dolazi do pojave intenzivnog rastvaranja u dubinu u formi pitinga. Ovaj oblik korozije posebno je izražen kod plastificiranih limova i konstrukcija u arhitekturi i avio i automobilskih delova. Značajno smanjenje filiformne korozije, čak i njeno odsustvo postiže se nanošenjem konverzionih prevlaka (hromatnih i nehromatnih) na površinu aluminijuma pre nanošenja organskih prevlaka, te kombinacijom više slojeva prevlaka. Značajno je da i same prevlake moraju biti što manje porozne, tj. da propuštaju što manje kisonika i vode.
Kavitaciona korozija
Kavitaciona korozija često se zove i eroziono – korozioni proces.To je sinergetička (povezana) aktivnost između korozije i erozije u prisustvu korozione sredine. Kada su prisutne tvrde abrazione čestice u agresivnom rastvoru, iste prouzrokuju oštećenja i uklanajnje oksidnog filma s površine metala. Takođe do mehaničkog oštećenja oksidnog filma i površine metala može doći usled kavitacije, odnosno procesa tečne erozije usled delovanja mehurova gasa i površine metala. Do pojave mehurova dolazi usled prisustva različitih pritisaka uz površinu metala. Dolaskom mehura u zonu visokih pritisaka dolazi do pojave eksplozivnih klinova i lokalne deformacije površine i pojave pitinga. Površina postaje sve hrapavija i koroziono nestabilnija.Ovaj proces događa se na površini aluminijuma pri brzinama tečnosti većim od 3m/s. Proces kavitacione korozije najčešće se javlja kod plovnih objekata izloženih uticaju morske vode.
