فیلم اکسید طبیعی
هنگامی که آلومینیوم در معرض هوا قرار می گیرد، سطح آن تقریباً بلافاصله با اکسیژن واکنش می دهد و یک لایه نازک از اکسید آلومینیوم، Al2O3، معمولاً 2 تا 10 نانومتر ضخامت ایجاد می کند. برخلاف زنگ پوسته پوسته ای که روی آهن و فولاد ایجاد می شود، این لایه اکسیدی متراکم، چسبنده و از نظر شیمیایی پایدار است. این فلز زیرین را از تماس بیشتر با رطوبت و اکسیژن می بندد، بنابراین واکنش خوردگی به طور موثر پس از تشکیل فیلم متوقف می شود. اگر سطح خراشیده شود، آلومینیوم در معرض دوباره با اکسیژن واکنش می دهد و فیلم خودش را ترمیم می کند، به همین دلیل است که اجزای آلومینیومی می توانند چندین دهه در معرض قرار گرفتن در فضای باز بدون رنگ آمیزی دوام بیاورند.
آندایزینگ و درمان های سطحی
محصولات آلومینیومی صنعتی اغلب به لایه محافظ ضخیم تری نسبت به فیلم طبیعی نیاز دارند. آنودایز کردن لایه اکسید را به صورت الکتروشیمیایی به ضخامت کنترل شده حدود 10 تا 25 میکرومتر رشد می دهد و یک مرحله آب بندی باعث بهبود آبگریزی و پایداری لایه می شود. آلومینیوم آنودایز شده برای پروفیل های معماری، قاب پنجره ها، الکترونیک و سخت افزارهای دریایی استفاده می شود، جایی که سطح سخت تر نیز در برابر سایش مقاومت می کند. در محیط‌های ساحلی یا با رطوبت بالا، می‌توان از پوشش‌های نانو-آب گریز روی اکسید استفاده کرد تا چسبندگی نمک‌ها و آلاینده‌ها را کاهش داده و عمر مفید آن را بیشتر کند. این درمان‌ها استحکام فلز را تغییر نمی‌دهند، اما مقاومت آن در برابر حملات سطحی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشند.
آلومینیوم در مقابل خوردگی فولاد
تفاوت با فولاد در عمل چشمگیر است. در آزمایش غوطه وری 3 درصدی در آب نمک، سازه های فولادی معمولاً در عرض یک هفته لکه های زنگ زدگی را نشان می دهند، در حالی که سطوح آلومینیومی تنها پس از یک ماه لکه های اکسیداسیون پراکنده را نشان می دهند. خوردگی فولاد نیز پس از شروع به طور مداوم پیشرفت می کند، در حالی که خوردگی آلومینیوم زمانی که لایه اکسیدی حمله را مسدود می کند، متوقف می شود. تعمیر و نگهداری از همین الگو پیروی می کند: سازه های فولادی هر 5 تا 10 سال یکبار به عملیات زنگ زدگی دوره ای مانند رنگ آمیزی گالوانیزه یا فلوروکربن نیاز دارند، در حالی که سازه های آلومینیومی می توانند برای تمام طول عمر خود در اکثر محیط ها بدون تعمیر باقی بمانند.
عملکرد در برنامه های واقعی
مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم در برخی از سخت ترین تنظیمات کار می کند. در فتوولتائیک، قاب‌های آلیاژی آلومینیومی استاندارد برای ماژول‌های خورشیدی هستند، زیرا عمر مفید آنها بین 30 تا 50 سال از عمر کار سلول‌ها بیشتر است و قاب‌ها در پایان عمر بسیار قابل بازیافت هستند. در معماری، اتاق های آفتابگیر آلومینیومی و نماها در آب و هوای مرطوب معمولا بیش از 30 سال بدون خوردگی ساختاری کار می کنند، در حالی که معادل های فولادی ممکن است دچار خوردگی داخلی پنهان شوند که نگرانی های ایمنی ایجاد می کند. در محیط های دریایی، آلیاژهای سری 5xxx به طور خاص انتخاب می شوند زیرا رفتار اکسیدی آنها باعث می شود که آنها در اسپری نمک دست نخورده باقی بمانند.
زمانی که آلومینیوم هنوز می تواند خورده شود
توجه به این نکته مهم است که آلومینیوم در هر شرایطی در برابر خوردگی مصون نیست. اسیدها و قلیاهای قوی می توانند به فیلم اکسید و فلز زیر آن حمله کنند و تماس با فلزات خاصی در حضور الکترولیت می تواند باعث خوردگی گالوانیکی در محل اتصال شود. طراحان با انتخاب آلیاژهای مناسب، اعمال پوشش های محافظ و جداسازی فلزات غیر مشابه از این موقعیت ها اجتناب می کنند. با این حال، در محدوده خدمات مورد نظر خود، لایه اکسیدی خود محافظ-آلومینیوم دلیل زنگ زدگی آن مانند فولاد است.
سوالات متداول
س: چرا آلومینیوم یک لایه اکسید تشکیل می دهد اما فولاد نه؟
اکسید آهن متخلخل است، به طور سست به هم چسبیده و پوسته پوسته می شود و فلز تازه را برای حفظ خوردگی در معرض دید قرار می دهد. اکسید آلومینیوم متراکم است، پیوند محکمی دارد و با سطح منطبق است و فلز زیر آن را می‌بندد تا واکنش ادامه پیدا نکند.
س: آیا آلومینیوم آنودایز شده برای استفاده در فضای باز بهتر از آلومینیوم خالی است؟
بله. آنودایز کردن لایه اکسید طبیعی را از چند نانومتر به 10 تا 25 میکرومتر ضخیم می کند و محافظت بسیار بهتری در برابر هوا، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و سایش می دهد، به همین دلیل است که آلومینیوم معماری معمولا آنودایز یا روکش می شود.
س: آیا آلومینیوم در آب دریا خورده می شود؟
آلومینیوم لخت می تواند در آب دریا حفره کند، اما آلیاژهای{0}}دریایی درجه 5xxx مانند 5052 و 5083 به طور خاص برای مقاومت در برابر حمله آب شور فرموله شده اند. با انتخاب و تکمیل آلیاژ مناسب، قایق آلومینیومی و اجزای دریایی خدمات طولانی را ارائه می دهند.
س: آلومینیوم بدون رنگ آمیزی چقدر در فضای باز دوام می آورد؟
در شرایط جوی معمولی، سازه‌های آلومینیومی معمولاً 30 سال یا بیشتر بدون رنگ‌آمیزی دوام می‌آورند زیرا لایه‌های اکسیدی خود ترمیم شونده محافظت مداوم را فراهم می‌کنند. اتمسفرهای سخت ساحلی یا صنعتی ممکن است از آندایز کردن یا پوشش دهی سود ببرند.
س: آیا فیلم اکسید روی جوش یا تکمیل تأثیر می گذارد؟
لایه اکسید در دمای بسیار بالاتری نسبت به خود آلومینیوم ذوب می شود، بنابراین باید قبل از جوشکاری آن را جدا کرد و عمداً در حین آندایز کردن یا پوشش تبدیل مجدداً جدا می شود و دوباره ساخته می شود. روش های استاندارد آماده سازی سطح این امر را به راحتی انجام می دهند.