Коррозионностойкие алюминиевые сплавы

Если честно, до сих пор встречаю технологов, которые путают обычный дюралюминий с коррозионностойкими марками. Вроде бы разница очевидна, но на практике... Вспоминается случай на одном уральском заводе, где пытались использовать Д16Т в контакте с морской водой. Через три месяца детали превратились в решето. Вот тогда и пришлось объяснять, что легирование магнием и марганцем — это не про универсальность, а про специфическую стойкость.

Химия процесса: что мы на самом деле знаем о защитных плёнках

Когда говорят про оксидный слой алюминия, часто представляют себе нечто монолитное. На деле же в сплавах типа 3003 или 5052 эта плёнка ведёт себя совершенно по-разному. Особенно заметно в сварных швах — там где-то через 200 циклов термообработки начинается локальная коррозия. Мы в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' как-раз отслеживали такие процессы при тестировании образцов для судостроительной отрасли.

Интересный момент с медью в составе. Многие боятся даже 1% Cu, а ведь в тех же авиационных сплавах это необходимость. Другое дело — распределение меди по границам зёрен. Вот где настоящая головная боль, особенно при термообработке. Помню, как пришлось переделывать всю технологию закалки для партии коррозионностойких алюминиевых сплавов из-за неправильного охлаждения после гомогенизации.

С цинком и магнием ситуация ещё сложнее. Вроде бы Zn 5-6% даёт отличную прочность, но в агрессивных средах начинается межкристаллитная коррозия. Пришлось на практике убедиться, что без грамотного старения здесь не обойтись. Кстати, наши технологи как раз недавно завершили испытания модифицированного сплава для химического оборудования — добавили 0.3% Zr, что заметно улучшило стойкость к точечной коррозии.

Практические сложности при обработке

Резать коррозионностойкие сплавы — отдельное искусство. Например, 5083 при фрезеровке даёт такую стружку, что кажется, будто режешь не металл, а что-то вязкое. Пришлось разрабатывать специальные режимы резания, особенно для тонкостенных профилей. На сайте lianxin-metal.ru мы как-раз выкладывали рекомендации по обработке для разных марок.

Со сваркой вообще отдельная история. Аргоно-дуговая сварка AMg6 требует такого контроля температуры, что иногда проще сделать механическое соединение. А ведь есть ещё вопросы с присадочными материалами... Помню, как на одном из предприятий пытались варить 1560chn без подогрева — получили трещины по всему шву. Пришлось объяснять, что предварительный нагрев до 150°C — это не прихоть, а необходимость.

Шлифовка и полировка — вот где проявляются все скрытые дефекты литья. Как-то раз получили партию прессованных профилей из 6061, вроде бы всё по ГОСТу. Но при полировке проступили полосы — неравномерная структура после прессования. Пришлось полностью менять технологию охлаждения на выходе из пресса.

Реальные случаи из практики

Был у нас заказ на теплообменники для химического производства. Технологи настаивали на 3003, но по опыту знали, что в среде с хлоридами лучше показатели у 5052. В итоге после полугодовых испытаний остановились на модифицированном варианте 5251 — добавили 0.1% Cr, что дало прирост стойкости на 15%.

Ещё запомнился случай с морской платформой. Заказчики требовали использовать 5086, но при расчётах нагрузок выяснилось, что нужен более прочный вариант. Перешли на 5383, хотя изначально сомневались в его коррозионной стойкости. После испытаний в натуральной морской воде оказалось, что при правильной термообработке он даже превосходит 5086 по стойкости к питтинговой коррозии.

А вот с пищевой промышленности пример: заказывали ёмкости для пастеризации. Казалось бы, условия не самые агрессивные. Но циклический нагрев до 90°C плюс моющие средства сделали своё дело — обычный пищевой алюминий начал деградировать уже через год. Перешли на специальную марку с добавкой олова, хотя это и удорожало конструкцию на 20%.

Металлографические особенности

Структура коррозионностойких сплавов — это отдельная наука. Например, в тех же 6xxx сериях важно не только содержание магния и кремния, но и их соотношение. Идеальное Mg2Si — это хорошо в теории, а на практике всегда есть избыток одного из элементов. Мы как-раз сейчас исследуем влияние дисбаланса на коррозионную стойкость — предварительные результаты показывают, что даже 0.15% избытка кремния снижает стойкость к межкристаллитной коррозии на 30%.

Интересные наблюдения по влиянию размера зерна. Казалось бы, чем мельче зерно, тем лучше. Но для стойкости к питтингу оказалось важнее однородность структуры. Крупное, но равномерное зерно иногда показывает лучшие результаты, чем мелкое с неравномерным распределением интерметаллидов.

Отдельно стоит упомянуть литейные дефекты. Пористость — главный враг коррозионной стойкости. Причём не столько поверхностная, сколько подповерхностная. Такие дефекты работают как капилляры, подтягивая агрессивную среду вглубь материала. На производстве пришлось вводить дополнительный контроль ультразвуком для ответственных деталей.

Перспективные разработки

Сейчас много говорят про алюминиево-скандиевые сплавы. Действительно, добавка 0.2% Sc творит чудеса с прочностью, но вот по коррозионной стойкости данные противоречивые. Наши испытания показали, что в некоторых средах Sc даже ухудшает поведение материала. Возможно, нужны комплексные легирующие добавки.

Интересное направление — алюминиево-магниевые сплавы с контролируемой текстурой. Недавние исследования показали, что определённая ориентация зёрен может повысить стойкость к коррозионному растрескиванию на 40%. Правда, технологически это очень сложно реализовать в промышленных масштабах.

Ещё одно перспективное направление — многослойные материалы. В ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' мы как-раз экспериментируем с комбинацией алюминиевых сплавов разных серий. Например, сердечник из 7075 с оболочкой из чистого алюминия показывает интересные результаты в морской воде. Хотя есть проблемы с адгезией слоёв после термообработки.

Ошибки и уроки

Самая распространённая ошибка — экономия на термообработке. Помню, как один завод решил сэкономить и пропустил стадию искусственного старения для партии 6061. Через полгода эксплуатации в атмосферных условиях появились первые признаки коррозии. Пришлось заменять всю партию деталей.

Другая частая проблема — неправильный выбор защитных покрытий. Анодирование — не панацея. Для разных сплавов нужны разные режимы. Например, для сплавов с высоким содержанием меди стандартное анодирование вообще может дать обратный эффект.

И наконец, недооценка влияния механических напряжений. Остаточные напряжения после сварки или механической обработки — это бомба замедленного действия. Особенно в сочетании с агрессивными средами. Пришлось на собственном опыте убедиться, что без снятия напряжений даже самый стойкий сплав долго не проживёт.