Den naturliga oxidfilmen
När aluminium utsätts för luft, reagerar dess yta med syre nästan omedelbart för att bilda ett tunt lager av aluminiumoxid, Al2O3, vanligtvis 2 till 10 nanometer tjockt. Till skillnad från den flagnande rosten som bildas på järn och stål är denna oxidfilm tät, vidhäftande och kemiskt stabil. Den förseglar metallen undertill från ytterligare kontakt med fukt och syre, så att korrosionsreaktionen effektivt stoppas när filmen har bildats. Om ytan repas reagerar det exponerade aluminiumet med syre igen och filmen reparerar sig själv, varför aluminiumkomponenter kan överleva årtionden av utomhusexponering utan målning.
Anodisering och ytbehandlingar
Industriella aluminiumprodukter behöver ofta ett tjockare skyddsskikt än den naturliga filmen. Anodisering ökar oxidskiktet elektrokemiskt till en kontrollerad tjocklek av cirka 10 till 25 mikrometer, och ett förseglingssteg förbättrar skiktets hydrofobicitet och stabilitet. Anodiserad aluminium används för arkitektoniska profiler, fönsterramar, elektronik och marin hårdvara, där den hårdare ytan också motstår nötning. I kustnära miljöer eller miljöer med hög-fuktighet kan nano-hydrofoba beläggningar appliceras över oxiden för att minska vidhäftningen av salter och föroreningar, vilket ytterligare förlänger livslängden. Dessa behandlingar förändrar inte metallens styrka utan förbättrar avsevärt dess motståndskraft mot ytangrepp.
Aluminium kontra stålkorrosion
Skillnaden mot stål är dramatisk i praktiken. I ett nedsänkningstest med 3 procent i saltvatten visar stålkonstruktioner vanligtvis rostfläckar inom cirka en vecka, medan aluminiumytor endast visar sporadiska oxidationsfläckar efter en månad. Stålkorrosion fortskrider också kontinuerligt när den väl börjar, medan aluminiumkorrosion tenderar att upphöra när oxidskiktet blockerar attacken. Underhåll följer samma mönster: stålkonstruktioner behöver periodisk rostbehandling såsom galvanisering eller fluorkollackering vart 5:e till 10:e år, medan aluminiumkonstruktioner kan förbli underhållsfria under hela livslängden i de flesta miljöer.
Prestanda i verkliga applikationer
Korrosionsbeständigheten hos aluminium används i några av de mest krävande miljöerna. Inom solceller är ramar av aluminiumlegering standard för solcellsmoduler eftersom deras livslängd på 30 till 50 år överstiger livslängden för själva cellerna, och ramarna är mycket återvinningsbara vid slutet av deras livslängd. Inom arkitekturen tjänar solrum och fasader i aluminium i fuktigt klimat vanligtvis mer än 30 år utan strukturell korrosion, medan stålekvivalenter kan drabbas av dold inre korrosion som skapar säkerhetsproblem. I marina miljöer väljs legeringar i 5xxx-serien specifikt eftersom deras oxidbeteende håller dem intakta i saltspray.
När aluminium fortfarande kan korrodera
Det är viktigt att notera att aluminium inte är immun mot korrosion i alla förhållanden. Starka syror och alkalier kan angripa oxidfilmen och metallen under den, och kontakt med vissa metaller i närvaro av en elektrolyt kan orsaka galvanisk korrosion i korsningen. Designers undviker dessa situationer genom att välja lämpliga legeringar, applicera skyddande beläggningar och separera olika metaller. Inom det avsedda serviceintervallet är dock aluminiums självskyddande oxidskikt anledningen till att det inte rostar bort som stål.
FAQ
F: Varför bildar aluminium en oxidfilm men inte stål?
Järnoxid är porös, löst bunden och flagnar av, vilket exponerar färsk metall för att fortsätta korrodera. Aluminiumoxid är tät, tätt bunden och formar sig efter ytan, förseglar metallen under så att reaktionen inte kan fortsätta.
F: Är anodiserad aluminium bättre än blankt aluminium för utomhusbruk?
Ja. Anodisering tjocknar det naturliga oxidskiktet från några nanometer till 10 till 25 mikrometer, vilket ger mycket bättre skydd mot väderlek, UV-exponering och nötning, varför arkitektoniskt aluminium vanligtvis anodiseras eller beläggs.
F: Kan aluminium korrodera i havsvatten?
Bar aluminium kan falla i havsvatten, men marina-klass 5xxx legeringar som 5052 och 5083 är speciellt framtagna för att motstå saltvattenangrepp. Med rätt legeringsval och efterbehandling ger aluminiumbåtar och offshorekomponenter lång livslängd.
F: Hur länge håller aluminium utomhus utan målning?
Under vanliga atmosfäriska förhållanden håller aluminiumstrukturer vanligtvis 30 år eller mer utan målning eftersom den själv-reparerande oxidfilmen ger kontinuerligt skydd. Hårda kust- eller industriatmosfärer kan dra nytta av anodisering eller beläggning.
F: Påverkar oxidfilmen svetsning eller ytbehandling?
Oxidskiktet smälter vid en mycket högre temperatur än själva aluminiumet, så det måste avlägsnas före svetsning, och det avskalas avsiktligt och återuppbyggs under anodisering eller omvandlingsbeläggning. Standardpraxis för ytbehandling hanterar detta enkelt.