UDK 620.193:669.715 Strokovni članek
ISSN 1580-2949 MATER. TEHNOL. 34(5)299(2000)
M. TANDLER ET AL: ELEKTROKEMIJSKA KOROZIJSKA ODPORNOST ...
ELEKTROKEMIJSKA KOROZIJSKA ODPORNOST ZLITINE AlMgSi1 V SREDSTVU ZA PRANJE
ELECTROCHEMICAL CORROSION RESISTANCE OF AN AlMgSi1 ALLOY IN WASHING MEDIA
Marko Tandler, Matjaž Torkar, Leopold Vehovar
Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Lepi pot 11, 1000 Ljubljana, Slovenija
Korozija lahko povzroči resne težave, če je Al-zlitina v stiku z vlažnim medijem in v stiku z drugimi kovinami. Namen raziskave je bil določiti korozijsko hitrost na zlitini AlMgSi1 in na zaščitni foliji Zn v sredstvu za pranje. Prikazani so rezultati korozijskih preiskav in merjenje korozijske odpornosti zaščitne folije Zn. Raziskave so pokazale, da je pralno sredstvo precej agresivno, zato je potrebno čas pranja čim bolj skrajšati, po pranju pa je treba vse površine temeljito sprati z vodo.
Ključne besede: korozija, Al-zlitina, sredstvo za pranje, kontaktna korozija
Corrosion causes severe problems if the Al-alloy is in contact with moisture and with other metals. The aim of the research was to determine the rate of corrosion of the AlMgSi1 alloy and the Zn protective foil in washing media. The results of corrosion tests of the alloy as well as corrosion tests on the Zn protective foil are shown. The results confirm that washing media are corrosion aggressive, the washing time should be reduced as much as possible and after washing all the surfaces must be rinsed with clean water.
Key words: corrosion, Al-alloy, washing media, contact corrosion
1 UVOD
Konstruktorji so na osnovi analize končnih elementov za nekatere vitalne dele1 v podvozju železniške lokomotive izbrali zlitino AlMgSi1. Poleg mikrostruk-turnih in mehanskih lastnosti mora imeti material tudi primerno korozijsko odpornost, da bo omogočeno zanesljivo delovanje.
Splošno korozijsko vedenje Al je prikazano v Pourbaix - diagramu2 (slika 1).
Značilnostaluminija je, da je pokrits pasivnim oksidnim slojem, ki ga ščiti pred atmsferskimi učinki v območju med pH 4 do pH 9. Celo če se pri dolgi
Slika 1: Pourbaix-ov diagram za aluminij s plastjo Al2O3.3H2O
. Figure 1: Pourbaix diagram for aluminium with an Al2O3 3H2O film
izpostavi atmosferskim vplivom pojavi jamičasta korozija (pitting), posamezne jamice ne rastejo naprej in ne oslabijo preseka.
Vendar pa to ne velja za aluminij, ki je stalno izpostavljen vlažnemu mediju. Lahko se pojavi splošna, jamičasta ali napetostna korozija. Korozija lahko povzroči resne težave, kadar je v vlažnem okolju Al-zlitina v neposrednem stiku z jeklom. Korozijska odpornostje odvisna od koncentracije kisika (v konkretnem primeru je to slabo ozračena kondenzirana atmosferska vlaga ali ostanki pralnega sredstva) in od različnih agresivnih ionov. Če ni vlage, korozijski procesi niso možni.
Pri Al-zlitinah navadno izvajamo hitre elektro-kemijske korozijske preizkuse in preizkus v slani komori. Dodatno so potrebne še preiskave napetostnega korozijskega pokanja, da bi ugotovili, ali je material občutljiv za to izredno nevarno obliko korozije, ki je odvisna od toplotne obdelave in mikrostrukture.
2 EKSPERIMENTALNO DELO
Preizkušeni sta bili zlitina AlMgSi1, ki je bila starana in posebna Zn-folija, ki se uporablja za površinsko zaščito in za preprečevanje kontaktne korozije ob stiku Al-zlitina/železo. Korozijska raztopina, ki naj bi simulirala sredstvo za pranje, je bila 8% NaOH. Raztopina 1% NaOH z dodatkom žveplene kisline in vrednostjo pH 4, pa naj bi simulirala okisane ostanke pralnega sredstva. Elektrokemijski preizkusi so bili opravljeni pri 20 °C in 50 °C. Določene so bile korozijske hitrosti.
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5
299
M. TANDLER ET AL: ELEKTROKEMIJSKA KOROZIJSKA ODPORNOST
Tabela 1: Materiali, raztopine in korozijske hitrosti pri elektrokemijskih korozijskih preizkusih Table 1: Materials, solutions and corrosion rate at electrochemical corrosion tests
Vzorec Sample	Material Material	Raztopina Solution	Temperatura Temerature (°C)	Korozijska hitrost Corrosion Rate (mm/year)
1	AlMgSi1	1 % NaOH+H2SO4, pH 4	20	0,900
2	AlMgSi1	8 % NaOH, pH 14	20	1,3 x 103
3	AlMgSi1	8 % NaOH, pH 14	50	1,7 x 103
4	Zn-folija	1 % NaOH+H2SO4, pH 4	20	0,407
6	Zn-folija	8 % NaOH, pH 14	20	1,200
Po korozijskem preizkusu so bile površine pregledane na vrstičnem mikroskopu.
3 REZULTATI IN DISKUSIJA
Korozijske preiskave so pomembne za konstruktorje, saj vplivajo na konstrukcijsko izvedbo. Korozijske hitrosti so še posebej pomembne v primeru, da prisotnost vlage ali pralnega sredstva ni mogoče preprečiti, pomembna korozija pa se ne sme pojaviti.
Vpliv okolja na korozijo AlMgSi1 zlitine in Zn-folije je bil določen v 1 % in 8 % raztopini NaOH, pogoji, pri katerih so bili opravljeni elektrokemijski korozijski preizkusi in rezultati, pa so prikazani v tabeli 1.
Slika 2: Taflov zapis AlMgSi1 v 1% NaOH+H2SO4, pH = 4, pri 20 °C. Korozijska hitrost 0,900 mm/leto.
Figure 2: Tafel plotof AlMgSi1 in 1% NaOH+H2SO4, pH=4, at20 °C. Corrosion rate 0,900 mm/year
3.1 Preizkus starane zlitine AlMgSi1
Korozijsko je bila preizkušena tudi zlitina AlMgSi1 v staranem stanju. Preiskava v 1 % NaOH z dodatkom H2SO4 do vrednosti pH = 4 kaže, da lahko pričakujemo pojav korozije v vlažnem okolju, ki ga predstavljajo okisani ostanki pralnega sredstva. Iz Taflovega zapisa (slika 2) določena korozijska hitrost je 0,900 mm/leto, kar je običajna vrednostza takšno okolje.
Elektrokemijske preiskave AlMgSi1 zlitine v 8 % raztopini NaOH so pokazale, da preizkušana Al-zlitina ni odporna na medij, ki se uporablja kotpralno sredstvo. Korozijska hitrost je izredno velika in je 1,3 x 103 mm/leto oziroma 1,7 x 103 mm/leto. Vzrok za to je visoka vrednostpH, aluminij pa je element, ki se intenzivno raztaplja v kislih in še posebej v lužnatih medijih. To prikazuje tudi Taflov diagram (slika 3), kjer so korozijski tokovi resnično veliki in je korozijski potencial te zlitine v tem mediju zelo negativen. Koro-

J.4
Č
Slika 3: Taflov zapis AlMgSi1 v 8 % NaOH, korozijska hitrost pri 20
°C je 1,3 x 103 mm/leto, korozijska hitrost pri 50 °C je 1,7 x 103
mm/leto
Figure 3: Tafel plotAlMgSi1 in 8 % NaOH, corrosion rate at 20 °C,
1,3 x 103 mm/year, corrosion rate at 50 °C, 1,7 x 103 mm/year
:» .<4d$U"°. ¦<&¦
9-        -,' *>>0'

*«•*.¦*'
OO       b   9
Slika 4: 'Pittingi' na AlMgSi1 po elektrokemijski koroziji v 8 % NaOH pri 50 °C, povečava 10 x
Figure 4: Pitting on AlMgSi1 after electrochemical corrosion in 8 % NaOH, at50 °C, magnification 10 x
300
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5
M. TANDLER ET AL: ELEKTROKEMIJSKA KOROZIJSKA ODPORNOST
Slika 5: Pourbaix-ov diagram za Zn-H2O pri 25 °C: a) voda brez CO2; b) voda z CO2 Figure 5: Pourbaix diagram for Zn-H2O, 25 °C: a) water without CO2; b) water with CO2
Slika 6: Potenciodinamični anodni polarizacijski krivulji za Zn-folijo pri 20 °C. V 1 % NaOH je korozijska hitrost 0,400 mm/leto, v 8 % NaOH pa je 1,2 mm/leto.
Figure 6: Potentiodynamic anodic polarization curves for Zn-foil at 20 °C. In 1 % NaOH corrosion rate, 0,400 mm/year, in 8 % NaOH corrosion rate, 1,2 mm/year.
zija se manifestira v obliki jamic, ki so enakomerno razporejene po elektrodni površini (slika 4).
3.2 Preizkus Zn - folije
Zaradi delovanja atmosferske vlage ali kondenzata, ki sta lahko onesnažena z SO2, Zn-folija v korozijskem sistemu (stik med Al-zlitino in jeklom ali ulitkom) lahko prepreči galvansko korozijo zaradi delovanja elektronov, ki se sprostijo med anodno reakcijo Zn v takem okolju. Glede na Pourbaix-ov diagram za Zn (slika 5) in vrednosti pH-ja za uporabljene korozijske medije bi sicer lahko trdili, da se bo Zn raztapljal. Elektrokemične meritve, prikazane na sliki 6, pa so nam pokazale, da je Zn v 1 % NaOH v izrazitem pasivnem stanju, kar pomeni, da v tem primeru ne moremo pričakovati, da bo deloval ko učinkovita žrtvena anoda. V 8 % NaOH pa je kritična gostota toka zelo velika, pasivnost slaba, takšno stanje pa omogoča uporabo Zn kot žrtveno anodo. Korozija na Zn - foliji se manifestira v obliki korozijskih jamic na elektrodni površini (slika 7).
Slika 7: 'Pitting' na Zn-foliji v 1 % NaOH +H2SO4, pH = 4, pri 20 °C, deaerirano z N2, povečava 500-krat
Figure 7: Pitting on Zn-foil in 1 % NaOH+H2SO4, pH=4, at20 °C, deaerated with N2, magnification 500 x
4 SKLEPI
AlMgSi1 zlitina ni korozijsko obstojna v razmerah atmosferske korozije in tudi ne v pralnem sredstvu, kjer dominirajo OH- ioni. Iz tega izhaja, da je treba preprečiti delovanje galvanskega člena med AlMgSi1 in jeklom ali drugim kovinskim materialom.
Zn-folija, ki je bila uporabljena kotžrtvena anoda za preprečevanje galvanske (kontaktne) korozije, deluje učinkovito le v agresivnejših medijih, kjer se sprošča dovolj valenčnih elektronov, zaradi katerih je aluminij v imunem področju.
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5
301
M. TANDLER ET AL: ELEKTROKEMIJSKA KOROZIJSKA ODPORNOST ...
Boljša kot Zn-folija pa bi bila s cinkom bogata pasta, ki bolje zapira prostor med dvema konstrukcijskima elementoma.
Najboljša rešitev pa bi bila konstrukcijska izvedba, ki bi omogočala dovolj veliko tesnost in s tem onemogočanje vdora atmosferilij ali pralnega sredstva v medprostor.
ZAHVALA
Avtorji se zahvaljujemo Ministrstvu za znanost in tehnologijo Republike Slovenije, ki je sofinaciralo raziskovalno fazo projekta po pogodbi št. MS - 66/97.
5 LITERATURA
1HEMBOT High Efficiency Motor Bogie for Trains, Periodic Progress Report, Project No: BRPR970454, 29.10.1998
2L. Vehovar: Korozija kovin in korozijsko preskušanje, Ljubljana, 1991
302
MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5