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● 導入
>> アルミニウム腐食の形態
>> 腐食に影響する環境要因
>> リン酸(h₃po₄)
>> クロム酸(h₂cro₄)
>> 亜鉛クロム酸色の色素
>> フルオリン酸(HF)
>> シランカップリング剤
>> 二酸化チタン(Tio₂)
>> エポキシ樹脂
>> 有機腐食阻害剤
>> 安全対策
>> ストレージと取り扱い
>> プロセス制御
>> 廃棄物処理
>> 検査とテスト
● ケーススタディ
>> 航空宇宙産業
>> 海洋使用
● 結論
● よくある質問
>> 1.アルミニウム腐食防止における水酸化ナトリウムの主な役割は何ですか?
>> 2.なぜアルミニウム陽極酸化でリン酸が使用されるのですか?
>> 4.アルミニウムの従来の腐食阻害剤の環境に優しい代替品はありますか?
アルミニウムは、軽量、高強度と重量の比率、自然腐食抵抗の組み合わせにより、材料の世界で際立っています。しかし、その優れた表面の危険性にもかかわらず、海洋や工業用の雰囲気などの攻撃的な環境でのアルミニウムの脆弱性には、特定の化学的介入が必要です。の積極的な使用 化学原材料は、 航空宇宙から建築まで、無数の産業用途におけるアルミニウムの寿命と機能を拡張する上で極めて重要です。
腐食に耐えるアルミニウムの能力は、空気にさらされると薄い酸化物層の急速な形成に起因するものです。ただし、この自然な不動態化は中程度の耐性のみを提供し、特定の環境曝露の下では、この層が損傷または不十分な場合があります。そこで、化学物質の原料が作用し、アルミニウムの防御力を強化し、厳しいセクター全体でその使用のロックを解除します。
この記事では、アルミニウム腐食のメカニズム、さまざまな環境での一般的な脅威、そして最も重要なことは、腐食を防止または軽減するために採用された主要な化学的原材料と技術プロセスを包括的に調査します。途中で、図と図は、これらの化学的相互作用の複雑さを視覚的に固定します。
アルミニウムはさまざまな腐食タイプに苦しむ可能性があり、最も顕著な存在は次のとおりです。
- 孔食:局所腐食は、しばしば塩化物によって引き起こされる小さなピットをもたらします。
- 隙間腐食:停滞した溶液が存在するシールドされた領域で発生し、化学攻撃が加速されます。
- ガルバニック腐食:電解質の存在下で、アルミニウムがより貴金属と電気的に接触しているときに起こります。
- 均一な腐食:より一般化された、均等に分布した表面攻撃。
- 顆粒間および剥離腐食:粒界に沿って進行し、時には材料が剥離します。
これらの形態は、金属間相の存在や粒子境界化学の存在を含むアルミニウム合金の微細構造因子の影響を受けます。
いくつかの環境特性がアルミニウム腐食を悪化させます:
- 塩化物イオン:海水および脱熱塩に豊富な塩化物は、特に攻撃的であり、保護酸化物膜を壊し、局所的な孔食を引き起こします。
- pH条件:極端な酸性またはアルカリ性の環境は、化学溶解を介して酸化物層を不安定にします。アルミニウムはpH 4と8の間に良好な耐性を示しますが、この範囲外の条件では苦しんでいます。
- 温度:温度の上昇は、化学反応速度を上げ、腐食を加速する可能性があります。
- 他の金属の存在:電解質の存在下でのアルミニウムと銅や鋼などの金属の間の電気結合は、ガルバニック腐食を誘発する可能性があります。
- 機械的損傷:傷、擦り傷、およびストレスは、酸化物層を破壊または分解し、腐食を誘惑する可能性があります。
化学物質を使用したアルミニウム腐食防止天然酸化物膜の保護または強化、または新しい操作された障壁の作成にかかっています。化学的に処理されたアルミニウム表面は、しばしば厚い濃度の酸化物層を、急速な故障ができないものを備えています。これらの化学処理は次のことを目指しています:
- 酸化物層特性の強化:厚く、よりコンパクトな、付着した酸化膜は、イオンの拡散を遅くし、金属基板を分離します。
- 腐食プロモーターの除去:腐食を触媒する不純物または汚染物質が化学的に除去され、表面の均一性が向上します。
- バリア保護を提供する:コーティングは、水分、イオン、酸素が基質に到達するのを防ぐ物理的シールドとして機能します。
- 電気化学的阻害を行う:特定の化学物質が表面に吸着し、腐食に関与する陽極または陰極反応をブロックします。
主にアルミニウム表面の調製段階で使用される水酸化ナトリウムは、アルミニウムをエッチングする強力なアルカリ剤であり、酸化物層と表面汚染物質を除去します。
- メカニズム:アルミニウムをNAOHで処理すると、反応して可溶性アルミン型複合体を形成し、表面を効果的に洗浄および粗くします。
- 化学反応:
2AL + 2NAOH + 6H 2O→2NAAL(OH) 4 + 3H 2↑
- 利点:このエッチングプロセスは、アルミニウム基質の均一性と清潔さを促進し、コーティングと処理のその後の接着を改善します。
陽極酸化浴の礎石であるリン酸は、アルミニウム表面の電気化学的酸化を可能にすることにより、酸化物層の制御された成長を促進します。
- 陽極酸化プロセス:リン酸に沈んだアルミニウムに電流を塗布すると、酸化アルミニウム(Al₂O₃)膜が形成されます。
- 化学反応:
2AL + 3H 2O→AL 2O 3 + 6H + + 6E-
- 利点:リン酸酸酸化は、染色を通してさらに装飾的な着色を可能にしながら、表面の硬度、耐久性、耐食性を増加させます。
クロム酸は、伝統的にクロム酸陽極酸化(CAA)で使用されており、航空宇宙および軍事用途に適した特に回復力のある薄い酸化物層を生成します。
- 利点:CAAコーティングは、傷や損傷の近くで高い腐食抵抗、優れた塗料の接着、および優れた自己修復特性を示しています。
- 環境に関する考慮事項:六価クロムの毒性と発がん性の性質により、産業は三価クロムまたはクロムフリーの代替品にシフトしていますが、クロム酸は極端な耐久性が必要な場合に重要です。
アルミニウムコーティングで最も古い腐食阻害剤の1つである亜鉛クロム酸色素は、プライマーと塗料に組み込まれています。
- 機能:亜鉛クロム酸塩は、制御された陰極保護と損傷した塗料層を治癒するクロム酸イオンの放出を介して、物理的障壁と腐食阻害剤の両方として作用します。
- アプリケーション:主にアルミニウムの航空機部品、船、屋外インフラストラクチャで使用されます。
- 欠点:クロム酸塩化合物に関連する環境と健康のリスクは、多くの国で制限と代替の推進につながりました。
非常に危険ですが、ヒドロフルオリン酸は正確な表面エッチングに非常に効果的な薬剤であり、特定のコーティングのためのマイクロエッチングや調製などの特殊な用途向けに、天然の酸化物と汚染物質を除去できます。
- 注意:その使用は、皮膚に浸透し、重度の化学火傷を引き起こす能力のために、産業環境で厳密に制御されています。
生酸や塩基を超えて、特殊な化学物質は、変換コーティングまたは添加物を介して腐食保護を強化します。
シラン分子は、無機アルミニウム基質と有機塗料またはポリマーコーティングの間の分子ブリッジとして機能します。
- メカニズム:シラン分子は加水分解して酸化アルミニウムの表面と結合し、ポリマーと共有結合を形成するために重合します。
- 利点:これらは接着を改善し、コーティングと基質の間の水分浸透を減らし、UVの下でのコーティングの寿命を増加させます。
最も広く使用されている白色色素の1つとして、Tio₂は以下によってアルミニウムの保護コーティングを強化します。
- 紫外線を反映する:コーティングの紫外線分解を防ぎ、それにより外観と有効性を維持します。
- 不透明度の増加:下にあるアルミニウムを隠し、美学を強化します。
自然に発生する酸化物であることに加えて、酸化アルミニウムを噴霧されたセラミックコーティングとして適用して、例外的な耐摩耗性と腐食保護を提供できます。
- アプリケーション:航空宇宙、自動車、および電子産業で発見されている環境が厳しい環境が広がっています。
エポキシベースのコーティングは、アルミニウム表面に化学的に耐性のある耐久性のあるフィルムを提供します。
- 特性:高い接着、柔軟性、耐薬品性、および音の障壁の特性により、エポキシは攻撃的な産業環境に人気のある選択肢になります。
クロム酸塩のような従来の腐食阻害剤は、規制制限の増加に直面しています。これにより、持続可能な代替品の開発が触媒されました。
工学的層に適用されたポリウレタンコーティングは、不浸透性の障壁を提供できます。研究は実証しています:
- アルミニウムのナノ粒子がポリマー層によってますますコーティングされると、腐食速度は急激に低下します。
- 完全なカバレッジは、酸素とイオン輸送を遮断することにより、ほぼ完全に腐食を停止する可能性があります。
アゾール、フタロシアニン、有機酸、ポリマーなどの化合物は、制御されたラボテストと初期の商業採用で成功を示しています。
- 作用:これらの分子は、アルミニウム表面部位に吸着し、陽極または陰極の領域をブロックし、腐食電気化学を妨げます。
- 利点:環境に優しいプロファイル、毒性の低下、生分解性。
シリカ、グラフェン酸化物、または酸化セリウムなどのナノ粒子をポリマーマトリックスに組み込み、靭性、自己治癒能力、バリアの品質を高めるハイブリッドコーティングを形成します。
クロム酸、フルオリア酸、または水酸化ナトリウムなどの腐食性化学物質の取り扱いには、個人用保護具(PPE)、換気、訓練が必要です。
原材料は、腐食耐性容器に保管し、互換性のない物質から分離され、劣化を避けるために温度と湿度の限界内に保管する必要があります。
バス濃度、温度、陽極酸化電流密度、時間などの制御パラメーターは、望ましいコーティング特性を達成するために重要です。
化学廃棄物の流れは、廃棄前に安全なpHに、環境の安全性を維持する前に、アルカリまたは酸で、しばしば中和する必要があります。
- 接着テスト:プルまたはテープテストでは、コーティングの完全性を検証します。
- 厚さの測定:陽極酸化物層には、均一性と最小厚さがないか確認されます。
- 腐食試験:塩スプレーと湿度チャンバーは、長期暴露をシミュレートします。
航空コンポーネントは、頻繁に2024および7075のアルミニウム合金を、大気や塩への曝露による腐食に対して脆弱です。亜鉛クロム酸プライマーとポリウレタントップコートと組み合わせたリン酸陽極酸化は、飛行の安全性と構造的完全性に重要な長期腐食抵抗を提供します。
建物のファサード、窓枠、カーテンウォールは、複数の色で染色された陽極酸化仕上げに依存しており、UV保護ポリマーコーティングで拡張して、美的魅力を提供しながら寿命を延ばします。
海洋環境のアルミニウム構造は、塩化物駆動型の孔食と隙間腐食に対して効果的なコーティングと阻害剤を必要とします。高度なエポキシおよびシラン処理は、時には犠牲の亜鉛アノードと組み合わされ、アルミニウムの船体、デッキ、継手を保護します。
腐食防止に対する継続的な課題は、危険な原材料を減らし、持続可能性を高めることにあります。ハイブリッド有機無機コーティング、気候適応ポリマー、および自己修復特性を備えた応答性のある「スマート」コーティングは、研究中の重要な治療的革新です。
さらに、再製造中に腐食抵抗をそのまま維持しながらアルミニウムをリサイクルすることは、経済的および生態学的な利益をもたらす新興分野です。
アルミニウム腐食の予防は、表面科学、電気化学、および産業化学の複雑な相互作用です。水酸化ナトリウム、リン酸およびクロム酸、シラン、クロム酸亜鉛、および進行樹脂などの化学原料は、比較的脆弱なアルミニウムの耐久性があり、汎用性があり、広く使用されているエンジニアリング材料に変換されます。環境に優しい阻害剤と治療が新たになるにつれて、アルミニウム表面保護の未来はより安全で持続可能なものに見え、この驚くべき金属のために拡大し続けるアプリケーションをサポートしています。
水酸化ナトリウムは、主にアルミニウム表面の浄化とエッチングに使用されます。酸化物や不純物を除去し、表面をより均一で受け入れ、陽極酸化や絵画などのさらなる保護治療を受けます。
陽極酸化浴中のリン酸は、アルミニウム上の密な安定した酸化物層の成長に役立ちます。この人工酸化物層は、自然に発生するものよりもはるかに厚く、より堅牢であり、耐食性を大幅に増加させます。
シランカップリング剤は、アルミニウムコーティングと有機コーティング(塗料など)の両方と化学的に結合し、接着を強化します。接着の改善により、保護コーティングの長期的な完全性が保証され、過酷な環境条件下での剥離または剥離の可能性が減少します。
はい。ポリウレタンや特定の有機分子(たとえば、アゾール、フタロシアニン)などのポリマーが開発されており、効果的で緑の腐食阻害剤としてますます使用されており、不浸透性の障壁を形成したり、電気化学腐食経路に干渉したりすることができます。
適切な表面処理、化学的保護、設計上の考慮事項(より多くの高貴な金属との直接接触を回避するなど)により、ほとんどの実用的な用途では、アルミニウム腐食を最小限に抑えることができます。ただし、一般に100%の免疫は達成できません。特に非常に積極的な環境では、材料科学の継続的な進歩を保護のために引き上げ続けています。
アルミニウム合金は、軽量、強度と重量の比率、腐食抵抗、作業性、汎用性により、現代産業で不可欠な材料になりました。ただし、耐久性、特に挑戦的な環境で使用する場合は、大きく依存しています
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