Защита от коррозии алюминиевого литого под давлением: что на самом деле выходит из строя и что работает

Алюминий описывается как коррозионностойкий, потому что он образует пассивную оксидную пленку. Это верно для ковки 6060 с чистой поверхностью. В случае высокотемпературного лития под давлением это верно лишь отчасти, и именно разница между ними объясняет, почему многие покрытые отливки возвращаются с поля с пузырями вокруг выступа или с белой ржавчиной, появляющейся из слепого отверстия.

Разница заключается в металлургии и геометрии. Литая отливка — это двухфазная микроструктура, насыщенная межметаллическими частицами, содержит пористость, а её поверхность покрыта тем, что осталось от агента для высвобождения. Понимание этих трех аспектов подскажет, какой способ защиты выживет, а какой — потерпит неудачу в первую же зиму.

Почему литые отливки корродируют

Литый алюминиево-силиконовый сплав — это не однородное твердое тело. Это первичная алюминиевая фаза с эвтектическим кремнием, а также межметаллические частицы, образующиеся при затвердевании, и каждый из этих компонентов имеет разный электрохимический потенциал. Коррозия в алюминии почти всегда локальная, вызванная этими разницами потенциалов.

Механизмы, важные на практике:

• Медно-богатые фазы. Сплавы семейства A380 / ADC12 содержат 3-4% медь специально для повышения прочности и литейных свойств. Медь в растворе и в виде межметаллических соединений Al₂Cu является катодной по отношению к алюминиевой матрице. В присутствии электролита окружающий частица алюминий растворяется. Поэтому сплавы с высоким содержанием меди заметно менее коррозионностойки, чем сплавы с низким содержанием меди, и они плохо подходят для декоративного анодирования.
• Железо-богатые межметаллические соединения. Железо неизбежно при литии; оно попадает из ковша и формы, и уровни около 0,8-1,3% поддерживаются специально для снижения припаивания формы. В результате образуются игольчатые и пластинчатые фазы Al-Fe-Si, которые также являются катодными и служат локальными точками инициирования коррозии.
• Кремниевые частицы. Эвтектический кремний сам по себе является катодным относительно матрицы и, в структуре с крупными или необработанными зернами, создает большую площадь интерфейса, где может начаться атака. Он также усложняет анодирование, потому что кремний не анодируется так же, как алюминий, и пленка растет неравномерно, выглядя темной и пестрой.
• Пористость как путь транспорта. Газовая и усадочная пористость соединяет поверхность с внутренней частью. Электролит, попавший в пору, не высыхает, а поры, открывающиеся на поверхности после механической обработки, превращаются в щели. Это самая распространенная причина пузырения под органическим покрытием.
• Остатки флюса и включения шлака. Хлоридные и фторидные соли от флюсования гигроскопичны и агрессивны. Включение, пересекающее поверхность, начнет корродировать независимо от качества покрытия.
• Остатки агента для высвобождения. Водорастворимые агенты для высвобождения оставляют пленку, которая, если не удалить, препятствует преобразовательному покрытию и адгезии краски. Они также задерживают хлориды в некоторых составах.
• Гальваническая связь при сборке. Алюминий является анодным по отношению к нержавеющей стали, меди и латуні. Отливка, закрепленная на стальном кронштейне, будет корродировать, и чем меньше площадь алюминия относительно катодной области, тем быстрее.

Ожидания по соляному туману в зависимости от сплава и покрытия

Нейтральный соляной туман по ASTM B117 — сравнительный тест, а не предсказатель срока службы, но он является общепринятым стандартом в спецификациях. Это реалистичные диапазоны для необработанного и покрытого материала, понимаемые как часы до появления указанного дефекта.

Два замечания при чтении этой таблицы. Во-первых, диапазоны широкие, потому что подготовка подложки доминирует в результате: один и тот же сплав и покрытие могут отличаться в три раза в зависимости от контроля линии предварительной обработки. Во-вторых, коррозия в соляном тумане плохо коррелирует с реальным уличным воздействием для органических покрытий. Циклическое испытание с влажными, сухими и соляными фазами даст более точное представление о поведении покрытий на практике, чем непрерывный туман.

Сравнение способов защиты

Каждый способ имеет характерный режим отказа и структуру стоимости. Ниже приведена таблица сравнения, которую мы используем при выборе клиента.

Особое замечание по анодированию: это первое, о чем спрашивают, и последнее, что работает на стандартной литейной форме высокого давления. При использовании силикона 8-11% и меди 3-4% пленка растет нерегулярно, и результат — темно-серый, пятнистый поверхность, которую никакая герметизация не сделает декоративной. Если необходим внешний вид анодирования, сплав и процесс литья должны измениться, что обычно означает литье с низким давлением или гравитационное литье с низкосиликоновым, низкокобальтовым сплавом. Наш руководство по литью алюминиевых сплавов подробно описывает этот выбор, а ожидания по поверхности по отделке изложены в Стандарты отделки поверхности литых деталей.

Примечание по пористости и органическим покрытиям: порошковое покрытие зависит от качества поверхности, на которую оно наносится. Литые изделия с пористостью, связанной с поверхностью, будут выделять газ во время запекания, обычно при 180-200 °C в течение 10-20 минут, и газ оставляет микропоры или пузыри в пленке. Стандартные меры — предварительное запекание или дегазация, уменьшение толщины пленки или вакуумное пропитывание перед нанесением покрытия.

Последовательность предварительной обработки с параметрами

Предварительная обработка — ключ к качеству покрытия. Ниже приведена типичная последовательность для преобразовательного покрытия перед органической отделкой; параметры должны быть проверены на вашей линии, а не скопированы без проверки.

1. Предварительная очистка / обезжиривание. Щелочной замачивание или распыление при 50-70 °C, 3-8 минут, pH 9-11. Удаляет смазочные масла, остатки смазочных агентов и загрязнения от обработки. Недостаточное обезжиривание — самая распространенная причина отказа адгезии.
2. Промывка. Контр-струйная промывка водой из окружающей среды, 30-60 секунд, с переливом. Два этапа, когда качество воды низкое.
3. Травление или обезжиривание. Мягкое щелочное травление или кислый обезжириватель, 30 секунд — 3 минуты, для удаления естественного окисла и грязи с частиц кремния. Перетравливание увеличивает экспозицию кремния и затемняет поверхность.
4. Промывка. Окружающая среда, 30-60 секунд.
5. Десмутирование. Азотно-фторидное или бесфтористое железосульфатное средство, 30 секунд — 2 минуты при комнатной температуре, для удаления серого налета, оставшегося после травления. Пропуск этого этапа на сплавах с высоким содержанием кремния оставляет плохо сцепленную поверхность.
6. Промывка. Окружающая среда, затем финальная промывка деионизированной водой с проводимостью менее примерно 50 мкСм/см. Хлориды в финальной промывке могут вызвать филломорную коррозию в дальнейшем.
7. Преобразовательное покрытие. Процесс на основе хрома или безхромовый, с циркониево-цитратным или тривалентным хромом, погружение 30 секунд — 3 минуты при 20-40 °C, или нанесение без промывки. Масса покрытия обычно 200-800 мг/м².
8. Сушка. 60-100 °C, 10-20 минут, с принудительным воздушным потоком. Детали должны быть полностью сухими перед нанесением порошка.
9. Нанесите покрытие в установленное окно. Детали с покрытием преобразования должны быть покрыты в течение 24 часов, желательно в ту же смену. Хранящиеся голые детали окисляются повторно и загрязняются при обработке.

Критические контрольные точки: концентрация ванны и температура, регистрируемые за смену, проводимость промывочной воды не реже одного раза в день, а также тест смачивания или контроль веса покрытия на пленке преобразования еженедельно. Также следите за промывкой после обезкислителя; перенос кислоты в ванну преобразования — обычная причина преждевременного старения ванны.

Испытания: что указывать и как читать результаты

• ASTM B117 нейтральный соляной туман. 5% NaCl, 35 °C, pH 6.5-7.2, сбор жидкости 1-2 мл на 80 см² в час. Указывайте время до появления первой белой ржавчины и ползучести от царапины, если она есть. Используйте для сравнения и приемки партии, а не для прогнозирования срока службы.
• ASTM B368 CASS. Уксусная кислота и хлорид меди при 49 °C, pH 3.1-3.3. В примерно четыре-восемь раз более агрессивный, чем B117, на той же системе. Полезен для декоративного никель-хрома на цинке и для быстрого скрининга.
• ASTM G85 / циклическая коррозия. Чередование тумана, сухих и влажных фаз, иногда с вариантом Prohesion или SO₂. Коррелирует с полевыми характеристиками гораздо лучше, чем непрерывный туман, и его следует использовать при реальных наружных условиях.
• ASTM D2247 влажность. 100% относительная влажность при 38 °C. Обнаруживает потерю адгезии покрытия и пузырение, которые пропускает соляной туман.
• Филформная коррозия, ISO 4623 или ASTM D2803. Инокулируйте царапину соляной или уксусной кислотой, затем держите при высокой влажности. Актуально для покрытого алюминия в прибрежных или хлоридных условиях, и отказ обычно связан с загрязнением хлоридами в промывке или при обработке.
• Адгезия. Тест на клейкую ленту по ASTM D3359 или тест на отрыв по ASTM D4541, до и после воздействия влажности. Покрытие, которое проходит сухой тест и не выдерживает влажный, имеет проблему с предварительной обработкой.
• Толщина покрытия. Эдди-тест на немагнитном металле по ASTM B244 или ISO 2360, по заданному количеству точек на детали, включая кромки и углубления.

Укажите критерий приемки численно, отметьте зону инспекции на чертеже и потребуйте, чтобы отчет о тесте содержал химический состав ванны и температуру во время проведения теста.

Детали конструкции, задерживающие влагу

Больше коррозии полей вызывается геометрией, чем выбором покрытия. Следующие особенности повторяются в неисправных деталях:

• Слепые отверстия и карманы которые удерживают воду без дренажного пути. Добавьте дренажное отверстие и разместите его так, чтобы оно не было забито крепежом или прокладкой.
• Щели и стыки с нахлестом, где капиллярное действие удерживает электролит, а дефицит кислорода поддерживает активность щели. Запечатайте соединение или расширьте его, чтобы обеспечить дренаж и высыхание.
• Плоские сопрягаемые поверхности с прокладкой, где прокладка удерживает влагу против покрытия. Используйте материал прокладки, который не капиллярится, и рассмотрите возможность вентиляционной канавки.
• Острые внешние углы. Органические покрытия истончаются на краях во время течения и отверждения; радиус не менее 0,5 мм, предпочтительно 1-2 мм, значительно улучшает покрытие краев.
• Вглубления и области Фарадеевой клетки. Эпоксидное покрытие и порошковое покрытие имеют ограниченную способность проникать в глубокие узкие особенности. Проектируйте отверстия достаточно широкими, чтобы покрытие достигало, или допускайте более тонкий слой там и указывайте это в спецификациях.
• Контакт различных металлов без изоляции. Используйте пластиковый или эластомерный изолятор, или покрывайте катодный элемент, а не алюминий.
• Обработанные поверхности без покрытия. Обработка удаляет покрытие и исходную кожу отливки, обнажая свежий металл и любые поры, в которые он входит. Указывайте обработку после обработки или проектируйте так, чтобы обработанные поверхности были внутренними и сухими.
• Закрытые полости которые конденсируют влагу. Герметичный корпус с вентиляционным отверстием, обращенным вверх, задерживает влажность; дренажное отверстие, обращенное вниз, или осушитель дешевле, чем претензия на коррозию. Наш дизайн корпуса из литого алюминия подробно рассматривается в этой статье.

Где подходит механическая подготовка

Коррозионная стойкость зависит от основания, которое вы подаете на линию окраски, а основание создается на этапах удаления заусенцев, шлифовки и полировки. Важны три соединения:

• Шероховатость поверхности контролирует внешний вид покрытия и распределение толщины. Порошковое покрытие толщиной 60-80 мкм не скроет глубокий след шлифовки в 0,3 мм; оно будет следовать за ним. Полировка до Ra 0,1-0,4 мкм перед нанесением покрытия делает внешний вид окрашенной косметической детали похожим на готовый продукт, а не на грунтованный отливок.
• Повреждения, связанные с поверхностью, становятся точками инициирования. Каждая открытая пористость, каждое включение и каждый участок внедренных взрывных материалов — это место, где тонкая пленка и где может находиться электролит. Постоянное механическое удаление, с определенным количеством удаления, а не по визуальной оценке, уменьшает число таких участков.
• Чистота перед предпродажной обработкой — это механическая работа. Молния, остатки линии разъема и следы смазки должны исчезнуть до того, как деталь попадет в ванну для обезжиривания. Если этого не сделать, ванна быстро стареет, и на загрязнениях образуется преобразовательная пленка.

Это часть проблемы коррозии, над которой мы работаем. DZ Machinery поставляет этап механической подготовки: роботы с 6 осями для удаления заусенцев и шлифовки с управляемыми по силе плавающими шпинделями и автоматической сменой инструмента для равномерного удаления на линиях разъема и остатках литников, интеграцию пескоструйной обработки для получения однородного профиля анкера и многостанционные полировальные станции с ленточными, сизалевыми и тканевыми станциями и автоматической подачей абразива для косметических поверхностей на корпусах кранов, ручках и запорных пластинах. Что мы предоставляем — это повторяемая поверхность с заданной шероховатостью и условием кромки, измеренной, а не оцененной.

Мы не поставляем химическую предобработку или линию нанесения покрытий, и мы не являемся стороной, которая должна определять вашу химическую формулу для преобразования. Если вы хотите получить число по солевому туману, последовательность такова: сначала устраните пористость отливки, затем механическую обработку поверхности, затем предпродажную обработку, затем пленку. Если вы хотите начать со второго шага, отправьте нам образец детали и вашу целевую шероховатость, и мы скажем, какие станции потребуется и какое время цикла планировать.