+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Коррозионные свойства алюминия

И алюминий, и коррозионностойкая сталь разрушаются в среде реактивных газов и имеют ограниченный срок службы. Зачастую практические различия являются минимальными, так что выбор материала основывается на других соображениях. Например, во время многих процессов производства полупроводников происходит взаимодействие со стенками камеры, в результате которого образуются частицы или пары. В таких случаях алюминий в значительно меньшей степени представляет собой проблему загрязнения по сравнению с тяжелыми металлами в камерах из коррозионностойкой стали.

Рекомендуемый подход к прогнозированию действия коррозии

Коррозия металлов происходит посредством различных химических механизмов, при этом процесс настолько сложный и трудный для его характеристики, что точные обобщения являются почти невозможными. Тем не менее конструктор может использовать опубликованные данные по коррозии и базовое понимание ее механизмов для того, чтобы сделать разумный прогноз. Эффективность работы затем должна быть подтверждена путем испытаний в реальных условиях эксплуатации. Опубликованные скорости коррозии алюминия и коррозионностойкой стали в среде наиболее химически активных газов приводятся в табл. 6 [58-79].

Принципы экстраполяции опубликованных данных

Воздействия других коррозионных газов, как правило, ниже, чем у галогенов. Главный механизм газовой коррозии предполагает, что слой оксида функционирует в качестве полупроводника. Ионы металла и электроны диффундируют через этот слой к поверхности, где они реагируют с адсорбированным коррозионным газом. Оксидный слой разрастается на внешней поверхности, а не на стыке с базовым металлом. Этот процесс диффузии, по всей видимости, является в большинстве случаев этапом, ограничивающим скорость. Это активированный процесс, увеличивающийся в зависимости от температуры, но уменьшающийся в зависимости от толщины оксидного слоя [80].

Присутствие влаги приводит в действие электрохимические и кислотно-щелочные механизмы, которые обычно увеличивают чистую скорость коррозии. Однако это не всегда так, например, влажность значительно сокращает хлорную коррозию алюминия при высоких температурах, как показано в табл. 6. Как правило, характеристики транспортного барьера и высокое электрическое удельное сопротивление алюминиевых оксидов имеют тенденцию тормозить электрохимические воздействия влаги. Однако эти оксидные слои подвергаются атаке, если pH падает за пределы диапазона приблизительно от 4 до 8,5 [81]. Имеются указания в литературе о том, что коррозия начинается, когда смесь НХ/влажность будет приближаться к своей точке росы. Например, НВг при 1 атм. с влажностью 300 частей на миллион имеет точку росы при комнатной температуре и вызывает коррозию; когда парциальное давление влажности падает ниже уровня 100 частей на миллион, коррозия прекращается. Однако предсказать температуру точки росы трудно, поскольку, по всей видимости, она положительно коррелируется с парциальным давлением влажности и общим давлением. Опубликованные данные для выполнения подобных расчетов очень ограничены [82].

Таблица 6. Скорости коррозии алюминия и коррозионностойкой стали

Коррозионный газ

Скорость коррозии алюминия

Скорость коррозии коррозионностойкой стали

Атмосферные газы

Для большинства сплавов: менее 0,1 мм/год с уменьшением до постоянного значения, равного 0,003 мм/год после 6 месяцев — 2 лет в наиболее тяжелых условиях расположения на морском побережье 158]. (Серии сплавов

2000 и 7000 корродируют со скоростью в 2—3 больше этой скорости [59])

Крайне низкая [60]

Хлор

Для сплава 1100 [61]:

менее 0,5 мм/год при 120 ”С, в сухом виде

<0,5 мм/год при 130 °С, при влажности 0,06% менее 0,5 мм/год при 200 °С, при влажности 1,5% менее 0,5 мм/год при 545 °С, при влажности 30% сплавы Al-Mg: скорость ниже [62] Сплавы Al-Si: скорость в 2 раза выше [63]

Для 304:

0,3 мм/год при 100 °С, сухое состояние 0,76 мм/год при 290 “С, сухое состояние

1.5 мм/год при 315 °С, сухое состояние

30.5 мм/год при 40 °С, влажность 0,4% [64] Для 316:

температуры несколько выше [65]

Фтор

Для сплава 1100:

менее 0,05мм/годдо 215 ”С, в сухом состоянии менее 0,5 мм/год до 240 °С, в сухом состоя­ нии [66]

Образуется долговечный защитный оксид­ ный слой [671

Влажность в значительной степени ускоряет коррозию |68[

2024 и 5224: 0,01 мм/год при 547 °С

(200Х выше для серии 1000) [69]

Сплавы Al-Si: более низкая скорость 170]

Для 304:

менее 0,05 мм/год при 210 °С, в сухом состоянии

менее 0,5 мм/год при 249 °С, в сухом со­ стоянии [71]

Влажность в значительной степени ускоряет коррозию [72]

Для 316:

температуры несколько выше [73]

Хлорид водорода

Коррозионный. Однако алюминий все-таки использовался для работы с сухим газом НС1 при 288 "С [74)

Менее 0,05 мм/год до 293 °С, в сухом ви­ де (304. 316)[75]

Фторид водорода

менее 0,5 мм/год до 49 °С, в сухом виде [76J менее 4,9 мм/год до 500 “С, в сухом виде менее 14,6 мм/год до 600 °С, в сухом виде [77]

Менее 0,05 мм/год до 49 °С, в сухом виде менее 0,05 мм/год до 204 °С, в сухом виде [78]

13,4 мм/год при 600 °С, в сухом виде [79]

Эмпирический коэффициент коррозионной устойчивости

Для прогноза защиты от коррозии используется эмпирический коэффициент, расчет которого основан на отношении молекулярных масс и плотностей металла и его оксида (соединения). Для существенной защиты от коррозии его значение должно находиться в пределах от 1 до 2. Это может служить в качестве полезного конструкторского инструмента, несмотря на то, что причины этого полностью непонятны [83].
Таким образом, коррозийная защита обеспечивается при условии:

$$1< \frac{W_{S}G_{m}}{nW_{m}G_{S}}<2, (15)$$

где Ws,m - молекулярная масса оксида и металла соответственно; Gsm - плотность оксида и металла соответственно; n - число атомов металла в молекуле оксида.

Этот коэффициент для оксида алюминия (Аl2О3) составляет

$$(101,94 \cdot 2,70)/(2 \cdot 26,97 \cdot 4,00) = 1,3 $$

что находится в пределах диапазона, где ожидается защита от коррозии, в то время как тот же самый коэффициент для оксида железа (Fe2O3) равняется 2,2 [84], который находится за пределами этого диапазона. Оксиды железа (ржавчина), действительно, обеспечивают меньшую защиту, чем оксиды алюминия. Однако они возникают главным образом на углеродистой стали; оксиды никеля/хрома/железа на коррозионностойкой стали обладают высокими защитными свойствами. В целом, несмотря на то, что алюминий является очень активным химически, он быстро образует оксидный слой, обеспечивающий эффективную пассивацию против дальнейшей коррозии.

Одним заметным исключением из предыдущего правила является хлорид алюминия (Аl2O3), имеющий коэффициент 1,8, но обеспечивающий ограниченную защиту, поскольку его высокое давление паров и температура сублимации, равная 178 °С, вызывают быстрое испарение [85]. В противовес этому AlF3 образуемый фтором, как известно, обладает высокими защитными свойствами [86]. Он плавится при 1197 °К и имеет давление пара только 0,075 мм рт. ст. при 1145 °С [87].

Защитные покрытия

Защитные никелевые покрытия, полученные методом химического восстановления, и твердое анодированное покрытие (толстый слой у-Аl2O3) обеспечивают очень эффективную защиту против коррозийного газа при умеренных температурах, хотя последнее имеет тенденцию увеличивать газовыделение в 40 раз. В активированной плазмой хлорной среде эти покрытия являются несколько менее эффективными (в частности никель). Запатентованные покрытия Аl2O3 с высоким процентным содержанием a-фазы, как свидетельствуют источники, фактически исключают коррозию в качестве режима отказа в турбомолекулярных насосах на системах травления реакционной плазмой [88, 89]. Для создания их требуется специальный процесс, так как а-А1203 обычно образуется при температуре выше 800 °С, которая выше точки плавления алюминия.

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.