Коррозионностойкий модифицированный алюминиевый сплав нового поколения

 

Алюминий является одним из наиболее широко используемых материалов в производстве взрывозащищенного оборудования.

CORTEM GROUP приложила огромные усилия в исследовании алюминиевых сплавов и технологических методов их обработки. Алюминий обладает высокой устойчивостью к коррозии, поэтому известен как наиболее эффективный и универсальный материал во многих областях применения. Он намного легче чугуна, вследствие чего удобнее размещать электрооборудование. Алюминий устойчив к коррозии и не нуждается в защите своей поверхности, в отличие от чугуна, требующего оцинковки и окрашивания. Также алюминий намного дешевле, чем нержавеющая сталь. Механические свойства литых алюминиевых сплавов являются более чем удовлетворительными для обеспечения взрывозащиты электрооборудования.

технология отливки	предел прочности при растяжении σр (кг/мм²)	предел текучести σт (кг/мм²)	растяжение δ (%)	прочность кг/мм²
песок	17-20	8-10	4-8	50-60
кокиль	18-22	9-11	5-7	50-70
литье под давлением	23-27	13-17	1,5-2,5	75-95
низкое давление	23-27	13-17	5-7	50-70
кокиль под давлением	28-55	13-21	5-8	75-135

После долгих лет исследования стало известно, что именно содержание меди в сплаве вызывает коррозию в присутствии электролита.

Алюминиево-магниевые сплавы обладают самой лучшей устойчивостью к коррозии, поэтому их чаще всего используют в кораблестроении. Однако, данные сплавы непригодны для взрывозащищенных коробок или деталей, используемых в потенциально взрывоопасных зонах. Причиной этого является то, что алюминиево-магниевые сплавы вызывают искру при трении о металлические предметы инструменты. Фактически, магний легко воспламеним, и его присутствие в сплаве создает риск, что неприемлемо на взрывоопасных предприятиях с взрывоопасными зонами. Европейский стандарт EN 50014 допускает содержание магния в алюминиевых сплавах до 6%. Этот допуск достаточно высок, потому что даже небольшое процентное содержание магния может вызвать искру при трении о поверхность коробки.

В наши дни Cortem использует коррозионностойкий модифицированный алюминиево-кремниевый сплав GALSi13 марки “KSi13” с процентным содержанием кремния от 12% до 13,5%, в зависимости от технологии литья. Медь присутствует только в качестве примеси и первичные сплавы могут содержать максимум 0,05% меди в слитках и 0,1% в отливке. Железо присутствует только в качестве примеси и первичные сплавы могут содержать максимум 0,15% железа в слитках и 0,4% в отливке. Данные сплавы гарантируют полную защиту от коррозии в любой окружающей среде.

Устойчивость к коррозии

Алюминий и его сплавы характеризуются хорошей устойчивостью к коррозии в различной окружающей среде.Несмотря на то, что алюминий – химически активный металл, он остается устойчивым благодаря образованию защитной оксидной пленки на поверхности. Если эта пленка разрушается, то она мгновенно самовоспроизводится, и ее толщина составляет от 50 до 100 мкм. Пленка становится толще, если она находится в чрезвычайно коррозийной атмосфере или подвергается искусственным методам воздействия, как например, анодирование. При случайных повреждениях поверхности пленка автоматически восстанавливается. Коррозия алюминия и его сплавов вызвана условиями, которые способствуют механическим повреждениям защитной пленки или химическими условиями, которые повреждают определенную область пленки и сокращают количество кислорода, необходимого для самовосстановления пленки. Эта защитная оксидная пленка обычно устойчива в водных растворах с уровнем рН от 4.5 до 8.5 и не разрушается под воздействием кислот и щелочных растворов, таких как азотная кислота, уксусная кислота, силикат натрия или гидроксид аммония.

Как и в случае с другими металлами, явление коррозии связано с прохождением тока между анодной и катодной зонами, то есть с разным потенциалом между зонами. Структура и размер коррозии зависят от различных факторов, таких как структура микрокомпонентов, их локализация и качество. Чистый алюминий обладает самой лучшей устойчивостью к коррозии. Присутствие примесей на поверхности или внутри металла может значительно снизить устойчивость к коррозии.

Стойкость различных материалов к самым распространенным агрессивным факторам

Эксплуатационные характеристики Exd-оболочек с поверхностью «Взрыв» из различных материалов

Алюминиево-кремниевые сплавы

Для литья алюминия обычно используется три вида сплавов:
- Алюминий-Медь
- Алюминий-Магний
- Алюминий-Кремний

Исключая первые два сплава по причинам, упомянутым ранее, перейдем непосредственно к алюминиево-кремниевым сплавам. Данная категория включает алюминиевые сплавы для литья, используемые в различных сферах. Для этих сплавов характерно содержание кремния от 5% до 13%, и они используются без меди, что гарантирует хорошую жидкотекучесть, среднюю механическую устойчивость и устойчивость против коррозии. Добавление небольшого количества магния в сплав для улучшения термообработки приводит к ухудшению его антикоррозионных свойств.

Сплавы Al Si являются одними из лучших сплавов, которые используются при литье алюминия, так как они обладают ценными качествами, необходимыми для литья:
- Довольно высокая механическая устойчивость
- Хорошая ковкость
- Хорошая плотность
- Устойчивость против коррозии

Некоторые данные свойства лишь потенциально содержатся в сплавах Al-Si. Чтобы повысить эффективность данных свойств, необходима специальная обработка.

Модификация алюминиево-кремниевых сплавов

Так же необходимо уделить внимание обработке алюминиевого кремниевого сплава литьем под давлением. Ряд компаний в рекламных целях пишут, что используют для изготовления своих изделий литье под давлением и сплав АК12 (AЛ2). Надо заметить, что такой сплав довольно хрупок, если не использовать специальную технологию литья под давлением (сложная система охлаждения изделий в пресс форме под давлением). Таким образом, изделие получается хрупкое и не может использоваться для взрывобезопасного оборудования, поэтому CORTEM GROUP использует коррозионностойкий модифицированный алюминиевый сплав, что позволяет использовать изделия в морской среде.

Эксплуатационные характеристики Exd-оболочек с поверхностью «Взрыв» из различных материалов

Чтобы правильно понять смысл модификации на физическом и механическом уровнях, достаточно проанализировать разницу структуры на микрографии до и после обработки. Если посмотреть на микрографии, можно увидеть улучшенное качество измененной структуры сплава снизу, в сравнении с грубой структурой неизмененного сплава сверху.

	не модифицированный алюминиевый сплав G-AlSi13 в изделиях других производителей
	Коррозионностойкий модифицированный алюминиево- кремниевый сплав GALSi13 марки “KSi13”, устойчивый к солевому туману и другим химическим веществам, в том числе устойчивый к парам сероводорода и соляной кислоты, к солевым и кислым рудничным водам, в изделиях Cortem G-AlSi13 Модификация - изменение наноструктуры сплава. Достигается без добавления железа, магния или меди по специальной технологии CORTEM (кокиль под давлением и литье под давлением). Позволяет отказаться от нержавеющей стали (кроме марки AISI 316L)

В неизмененной структуре можно увидеть большие многогранные первичные кремниевые кристаллы в окружении улучшенных, но меньших по размеру игольчатых образований Al-Si эвтектики. На фоне виден грубый матрикс фазы а (твердый раствор Кремния в Алюминии). Структура выглядит неровной, и ее составляющие расположены хаотично. Можно сделать вывод, что большие размеры и острые концы данных образований приводят к непредсказуемым анизотропным характеристикам.

Измененная наноструктура не имеет больших кристаллов кремния, в то время как твердая структура представлена в виде дендритов, смешанных в массе мелких эвтектических образований, которые имеют шаровидную форму при увеличении под микроскопом. Следовательно, мы можем прийти к выводу, что обработка модификацией влияет на структуру Al-Si сплава и придает эвтектическим образованиям улучшенную шаровидную структуру.

Выбор вида модификации в отливке алюминия остается самым спорным вопросом. Это зависит от ряда причин: от технологии, которую требует данный вид модификации до его воздействия на характеристики литья, также как и от экономических факторов и влияний окружающей среды.

Доэвтектические сплавы с процентным содержанием кремния менее 13% могут изменяться с добавлением точного количества натрия или стронция, они оба улучшают эвтектику. Добавление кальция и сурьмы в некоторых случаях может оказаться очень полезным. В доэвтектических сплавах структура отливки улучшается посредством изменения неэвтектических кремниевых кристаллов и с добавлением фосфора.

Измененная наноструктура не имеет больших кристаллов кремния, в то время как твердая структура представлена в виде дендритов, смешанных в массе мелких эвтектических образований, которые имеют шаровидную форму при увеличении под микроскопом. Следовательно, мы можем прийти к выводу, что обработка модификацией влияет на структуру Al-Si сплава и придает эвтектическим образованиям улучшенную шаровидную структуру.

Существуют так же коррозионно стойкоие алюминиево-кремниевые сплавы с добавлением титана, например GAS 7. Данный тип сплава по механическим свойствам имеет  малую чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагрузках, и высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей а так же хорошую равномерную теплопроводность.

Алюминиев сплавы, применяемые при производстве электротехнического оборудования

Изделия из алюминиево-кремниевого сплава, марка вторичного аллюминия	Содержание примесей, способствующих коррозии, %					Содержание примесей, способствующих возникновению искры, %
	Cu (допустимо 0,1%)	Mn (допустимо 0,5%)	Fe (допустимо 0,7%)	Zn (допустимо 0,1%)	Pb (допустимо 0,05%)	Mg
АК9	1	0,5	0,8	0,5	<0,01	0,45
АК7	1,5	0,6	1	0,5	<0,01	0,55
АК12(АЛ2)	0,6	0,5	0,7	0,3	<0,01	0,1
AlSi12	0,1	0,55	1,3	0,15	<0,01	0,1
AlSi9MnMg	0,1	0,8	0,7	0,10	<0,01	0,5
LM24	4,0	0,5	1,3	3,0	0,3	0,3
AlSi13Fe	0,1	0,55	1,3	0,15	<0,01	0,1
Gas 7	0,1	0,4	0,15	0,1	<0,01	0,4
АК12оч	0,02	0,03	0,20	0,04	<0,01	0,1
AlSi13	0,1	0,4	0,7	0,1	<0,01	0,1
LM6	0,1	0,4	0,7	0,1	<0,01	0,1
AlSi13 "KSi13"	0,1	0,4	0,4	0,1	<0,01	0,1