Как предотвратить нитевидную коррозию под покрытиями

Нитевидная коррозия — это особая форма коррозии, которая возникает под тонкими покрытиями в случайно распределенных нитях, таких как нити. Нитевидная коррозия также известна как коррозия под пленкой, нитевидная коррозия или червячная коррозия. В этой статье мы рассмотрим причины нитевидной коррозии, где она обычно появляется, как она развивается, как ее обнаружить и как ее предотвратить.

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 мил), при воздействии теплого влажного атмосферного воздуха. Нитевидная коррозия всегда начинается с дефектов покрытия, таких как царапины, и слабых мест, таких как бородки, обрезанные кромки и отверстия. (Ознакомьтесь с нашим бесплатным Руководством по неисправностям и дефектам покрытия.)

Рис. 1. Нитевидная природа нитевидной коррозии (слева). Нитевидные коррозионные туннели, формирующиеся под покрытием (справа).
Источник:Лаборатория коррозионной инженерии НАСА

Как возникает нитевидная коррозия

Во многих отношениях нитевидная коррозия алюминия (Al) и магния (Mg) аналогична коррозии стали. Нитевидная коррозия вызывается образованием ячеек дифференциальной аэрации в местах дефектов на подложках с покрытием.

Нитевидная ячейка состоит из активной головки и хвоста, получающих кислород и сконденсированные пары воды через трещины в нанесенном покрытии. Головка может быть заполнена гелем оксида алюминия и пузырьками газа в алюминии, если головка очень кислая. В магнии головка кажется черноватой из-за травления магния, но коррозионная жидкость становится прозрачной, когда головка сломана. Нитевидные хвосты из алюминия и магния на вид беловатые. Продуктами коррозии являются гидроксиды и оксиды алюминия и магния соответственно. В анодных реакциях образуется Al ³⁺ или Mg ²⁺ ионы, которые реагируют с образованием нерастворимых осадков с ионами гидроксила, образующимися в реакции восстановления кислорода, происходящей преимущественно в хвосте.

<сильный>

Механизм инициирования и активации в алюминии и магнии практически такой же, как и в стали с покрытием. Подкисленная голова представляет собой движущийся бассейн электролитов, а хвост представляет собой область, в которой транспортируются 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 водной среде. (Чтобы узнать больше, прочитайте статью Коррозия алюминия:5 невероятных фактов, которые вы должны знать.)

В отличие от стали, алюминий и магний проявляют большую склонность к образованию пузырей в кислой среде, при этом при катодных реакциях в головной части выделяется газообразный водород. Продуктами коррозии хвоста являются либо тригидроксид алюминия Al(OH)₃ , беловатый желеобразный осадок или 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, эпоксидно-аминовыми и полиуретановыми, а также с любым классическим способом нанесения, будь то жидкая краска или электростатическое напыление. Этого не происходит под герметичными покрытиями, такими как электроизоляционная лента.

Подготовка поверхности

Это важный фактор. Нитевидная коррозия развивается на металле без подготовки поверхности, плохой подготовке или на металле, поверхность которого была загрязнена перед покраской.

Природа сплава

Природа сплава не является существенным фактором, поскольку нитевидная коррозия может затронуть 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 Aluminium 6060 и 6063 состав сплава не имеет значения, за исключением случаев, когда концентрация меди превышает 0,1%. .

Где чаще всего развивается нитевидная коррозия

Как правило, нитевидная коррозия является серьезной в теплых прибрежных и тропических регионах, где случаются выпадения соли, или в сильно загрязненных промышленных районах. Более грубые поверхности также подвержены большей степени нитевидной коррозии. Нитевидная коррозия обычно возникает на алюминиевых сплавах при уровне влажности от 75% до 90% и в диапазоне температур от 20°C до 40°C (68°F-104°F), а рост ускоряется при относительной влажности 85%. (правый) уровень. Относительная влажность атмосферы является наиболее важным фактором, вызывающим нитевидную коррозию. (Связанное чтение:5 факторов атмосферной коррозии.)

Другими основными параметрами, определяющими нитевидную коррозию, являются составы сплавов, скальпирование слитков и заготовок, термическая обработка, состояние поверхностного слоя металла, температура, шлифовка, травление и предварительная обработка поверхности. Хотя толщина органического покрытия и температура играют незначительную роль в инициировании нитевидной коррозии, повышение температуры приведет к увеличению роста нитей, если относительная влажность остается в пределах критического диапазона.

Как обнаружить нитевидную коррозию

Нитевидная коррозия может быть обнаружена визуально без использования микроскопа. Это наблюдалось на стали с покрытием, алюминии и магнии с тонким покрытием из олова, золота, серебра, фосфата, эмали или лака.

Стандартным тестом для определения стойкости к нитевидной коррозии в Соединенных Штатах является ASTM D 2803, «Руководство по тестированию стойкости к нитевидной коррозии органических покрытий на металле». В ходе этого испытания металлические образцы с покрытием чертят на чистом металле и помещают в атмосферу соляного тумана на срок до 24 часов, промывают в дистиллированной воде, а затем помещают во влажном состоянии в закрытый шкаф при 25°C (77°F) и 85% РХ. Время воздействия обычно варьируется от 100 до 1000 часов. Результаты испытаний показывают, развивается ли на материале с покрытием нитевидная коррозия.

Отрасли, наиболее затронутые нитевидной коррозией

Элементы конструкции самолета крепятся болтами и заклепками. Эти застежки и другие острые кромки обшивки являются обычными точками возникновения нитевидной коррозии. Сообщалось, что самолеты, работающие в теплых морских условиях, получают значительные коррозионные повреждения, особенно на алюминиевых сплавах 2024 и 7000, покрытых полиуретаном и другими покрытиями.

Влажность является наиболее важным параметром для распространения коррозии, поскольку она необходима для растворения ионов соли.

Коррозия обычно начинается там, где есть дефекты в подложке и слое покрытия. Несовершенство может быть вызвано царапиной или сколом от камня, что ослабляет адгезионную связь между подложкой и покрытием.

Коррозия начинается в этом очаге, который образует головку коррозионного дефекта. Коррозия обычно проявляется в виде отчетливой нитевидной нити, похожей на червячную дорожку, которая появляется под поверхностью покрытия.

Повреждение алюминия невелико, но неприемлемо с косметической точки зрения, особенно если дорожка длинная и белого цвета.

Этот тип нитевидной коррозии может повредить все виды алюминиевых изделий, таких как колеса, кузова автомобилей и самолетов. Для устранения повреждения требуется шлифовка и нанесение нового слоя покрытия. Для предотвращения нитевидной коррозии требуется надлежащая предварительная обработка поверхности.

Нитевидная коррозия была более серьезной, когда концентрация хлоридов на металле была высокой, в основном, когда самолеты часто летали над океаном или базировались на ангарах прибрежных аэродромов.

Алюминий широко используется для банок и других видов упаковки. Алюминиевую фольгу часто ламинируют на бумагу или картон, чтобы создать барьер для влаги или пара. Если алюминиевая фольга подверглась нитевидной коррозии, изделие может загрязниться или высохнуть из-за нарушения пароизоляции. Деградация фольгированного картона может произойти в процессе его производства или последующего хранения во влажной среде.

В автомобильной промышленности кованые, характерные легкосплавные диски с двухцветными поверхностями (полированные участки) и/или полированные поверхности проявляют повышенную склонность к нитевидной коррозии.

Как предотвратить нитевидную коррозию

Как правило, нитевидную коррозию можно предотвратить путем снижения относительной влажности ниже 60%. К сожалению, нецелесообразно напрямую снижать влажность на движущихся объектах, таких как самолеты и автомобили. Однако уровень влажности для компонентов, хранящихся в помещении для длительного хранения, можно легко контролировать, добавляя осушающие вентиляторы и гигростаты или добавляя влагопоглотители в пластиковую упаковку.

Компоненты, загрунтованные двумя слоями эпоксидных систем покрытия и двумя полиуретановыми покрытиями, лучше противостоят нитевидной коррозии, чем системы с одним покрытием.

Вероятность нитевидной коррозии уменьшается, когда стальная основа оцинкована. Грунтовки с высоким содержанием цинка, а также хромированные и фосфатированные грунтовки с прочными, медленно отверждающимися промежуточными покрытиями из полиуретана и эпоксидной смолы снижают восприимчивость к нитевидным формам на стальных поверхностях. Цинк-хроматные грунтовки, анодирование хромовой кислотой и хроматные или хроматно-фосфатные конверсионные покрытия обеспечивают разную степень облегчения нитевидной коррозии в алюминиевых сплавах. (Другой вариант обсуждается в статье «Достижения в области жидких нейлоновых мультиполимерных покрытий для транспорта и возобновляемой энергетики».)

Многослойные покрытия на металлических поверхностях замедляют диффузию влаги и имеют меньше мест проникновения и дефектов, чем однослойные системы окраски. Многослойные системы устойчивы к механическому истиранию и имеют меньше холмов и впадин. Более толстые покрытия, полученные за счет наращивания слоя и более медленного отверждения, продемонстрировали значительно лучшую стойкость к нитевидной коррозии за счет уменьшения проникновения кислорода и влаги, уменьшения захвата растворителя и меньшего количества мест инициации. Системы порошкового покрытия также выгодны, потому что они термически плавятся, в результате чего получаются прочные покрытия с лучшей устойчивостью к влаге. Гладкие, хорошо подготовленные загрунтованные металлические поверхности обычно обладают большей устойчивостью, чем более шероховатые поверхности.

Сталь, алюминий и магний химически активны. Их сплавы содержат интерметаллические соединения, диспергированные, выделившиеся и агломерированные при горячей прокатке и отжиге. Хотя эти сплавы в целом обладают улучшенными механическими свойствами, недавние исследования показывают, что их неоднородность (перемешивание) и наличие поверхностно-активных слоев повышают их подверженность нитевидной коррозии.