Коррозионностойкий алюминиево кремниевый сплав

Вот этот коррозионностойкий алюминиево-кремниевый сплав — многие сразу думают, что раз в составе кремний, то автоматически стойкость к агрессивным средам гарантирована. На деле же всё упирается в пропорции Si и методы литья. Помню, как на одном из проектов для химического оборудования переборщили с лигатурой — получили хрупкие отливки, которые на испытаниях дали трещины не от коррозии, а от вибрации.

Особенности состава и структурные нюансы

Если брать классический АК12, то там кремний где-то 10–13% — для литья под давлением хорошо, но в морской воде уже через сезон появляются очаговые поражения. Мы с коллегами из ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? как-то экспериментировали с модификацией стронцием: структура сильвинита становится мельче, но нужно точно выдерживать температуру перегрева. Малейший перегрев — и модификатор выгорает.

Интересно, что при добавке меди до 3% стойкость к солевым туманам улучшается, но падает пластичность. Для деталей арматуры это критично — приходится искать компромисс между твёрдостью и способностью держать ударные нагрузки. В их ассортименте как раз есть подобные решения, особенно для соединений типа фланцев.

Заметил, что многие недооценивают роль железа в таких сплавах. Да, Fe выше 0.8% приводит к образованию грубых фаз, но если контролировать его распределение через термообработку, можно добиться интересных результатов для работы в щелочных средах. Правда, тут уже нужно смотреть на конкретный техпроцесс — универсальных рецептов нет.

Практика литья и дефекты

На производстве часто сталкивался с проблемой газовой пористости. Казалось бы, плавишь в индукционной печи с флюсом, а в толще отливки всё равно образуются раковины. Оказалось, дело не только в технологии плавки, но и в исходном сырье — если алюминий первичный, с этим проще, но и стоимость сразу растёт.

Один раз пришлось переделывать партию крыльчаток для насосов — заказчик требовал стойкость к перекачке растворов с абразивами. Добавили никель около 2%, но при закалке появились напряжения, которые пришлось снимать ступенчатым отпуском. Кстати, у Ляньсинь в линейке есть медно-никель-кремниевые сплавы — по ним могу сказать, что там своя специфика по коррозионной стойкости, но это уже другая история.

Вакуумное литьё даёт лучшую плотность, но для серийного производства не всегда рентабельно. Приходится идти на хитрости — например, использовать кокили с локальным охлаждением в зонах повышенной толщины. Иначе в массивных узлах возникает ликвация кремния, и стойкость становится неравномерной.

Термообработка и её подводные камни

С закалкой этих сплавов есть нюанс: если перегреть хотя бы на 20–30°C выше рекомендованного интервала, вместо дисперсных выделений Si получаешь грубые включения по границам зёрен. Именно они становятся очагами коррозии в кислых средах. Проверено на теплообменниках для химической промышленности — после выхода из строя одного модуля пришлось полностью пересматривать режимы.

Интересный эффект наблюдал при искусственном старении: если выдерживать при 180–200°C дольше 10 часов, твёрдость растёт, но стойкость к точечной коррозии в хлоридах падает. Видимо, из-за перераспределения фаз. Для деталей, работающих в морской воде, это важно — лучше немного недодержать, но сохранить равномерность структуры.

Иногда спасает гомогенизация перед закалкой, особенно если сплав содержит марганец. Но здесь нужно точно знать химический состав шихты — без спектрального анализа лучше не экспериментировать. В ООО ?Сучжоу Ляньсинь? с этим строго, у них на входном контроле всегда проверяют каждую партию.

Реальные случаи применения и неудачи

Был проект по изготовлению корпусов датчиков для нефтяных скважин. Использовали алюминиево-кремниевый сплав с покрытием — вроде бы прошли испытания в рассолах, но в реальных условиях через полгода появились свищи. Разбор показал, что виной всему стали блуждающие токи — сплав оказался электрохимически несовместим с соседними стальными элементами конструкции.

А вот для пищевой промышленности показали себя хорошо: котлы для варки джема с лимонной кислотой служат годами. Но здесь важно полирование поверхности — любая шероховатость ускоряет коррозию. Кстати, для таких задач иногда разумнее брать не литьё, а деформируемые сплавы из того же ассортимента компании, например, алюминиевые прутки с последующей механической обработкой.

Неудачный опыт был с охладителями для трансформаторов — сплав АК9ч казался оптимальным, но в условиях переменного контакта с дистиллированной водой и атмосферным воздухом началась межкристаллитная коррозия. Пришлось переходить на композитные материалы, которые компания как раз разрабатывает для сложных случаев.

Перспективы и альтернативы

Сейчас много говорят о добавках скандия или циркония в алюминиево-кремниевые сплавы — да, это улучшает прочность, но для коррозионной стойкости эффект неоднозначен. К тому же стоимость таких легирующих добавок делает продукцию неконкурентной для массового применения.

Интереснее выглядит направление поверхностных покрытий — например, анодное оксидирование с уплотнением в никель-содержащих растворах. Но тут важно не переусердствовать с толщиной слоя, иначе при термоциклировании появляются микротрещины. Впрочем, для стационарного оборудования это рабочий вариант.

Если говорить про замену, то в некоторых случаях разумнее использовать титановые сплавы — у Ляньсинь есть хорошие решения по титану, особенно для активных сред. Но там уже совсем другие технологии обработки и, конечно, цена. Для большинства задач правильно подобранный коррозионностойкий алюминиево-кремниевый сплав остаётся оптимальным по совокупности характеристик.