آلومینیوم یا آلومینیم

آلومینیوم یا آلومینیم

عنصری شیمیای با عدد اتمی ۱۳ و نماد Al است. این عنصر یک فلز نرم، نقره‌ای و چکش‌پذیر با چگالی ۲٫۷ g r c m 3 {\displaystyle {gr \over cm^{3}}} {\displaystyle {gr \over cm^{3}}} است که در گروه بور قرار دارد. این عنصر پس از اکسیژن و سیلیکون فراوان‌ترین عنصر و هم‌چنین فراوان‌ترین فلز در پوسته کره زمین است. آلومینیوم خالص به دلیل واکنش‌پذیری بسیار بالای خود بسیار به ندرت یافت می‌شود به همین دلیل به صورت ناخالص در سنگ‌های معدنی مختلفی وجود دارد. بیشتر آلومینیوم دنیا از سنگ بوکسیت به دست می‌آید.

خصوصیات

آلیاژهای آلومینیوم به دلیل داشتن خواص منحصر به فردی مانند نسبت استحکام به وزن بالا، جوش‌پذیری خوب، شکل‌پذیری عالی و مقاومت به خوردگی نسبتاً خوب، به گونه گسترده در انواع سازه‌ها، صنایع هوایی و دریایی، خطوط انتقال برق، حمل و نقل و… استفاده می‌شوند. با اضافه کردن عناصری مانند مس، روی و سیلیسیوم به آلومینیوم می‌توان به خواص مکانیکی بهینه رسید. در برخی آلیاژهای آلومینیوم لازم است عملیات ترمومکانیکی انجام شود. در این عملیات که بیشتر ویژه آلیاژهای سری ۲۰۰۰ ،۷۰۰۰ و ۶۰۰۰ است، ذرات در مرزدانه‌ها رسوب کرده و در نتیجه نواحی اطراف مرزدانه‌ها از عنصر آلیاژی تهی می‌شوند و این خود می‌تواند شروعی برای خوردگی موضعی به ویژه خوردگی حفره‌ای و بین دانه‌ای باشد؛ بنابراین، آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا مانند ۲۰۲۴ ،۷۰۷۵ و ۶۰۶۱ که در صنایع گوناگون کاربرد فراوانی دارند، حساسیت زیادی به خوردگی‌های موضعی به ویژه حفرهای و بیندان‌های دارند. این نوع خوردگی‌ها می‌توانند شروعی برای انواع خوردگی مثل پوستهای شدن (Exfoliation)، خوردگی تنشی SCC و ترک‌های خستگی در آلیاژهای آلومینیوم باشند. فرایندهایی مانند عملیات حرارتی محلول جامد، کوئنچ و رسوبسختی، اثر قابل ملاحظه‌ای بر ترکیب شیمیایی موضعی آلیاژهای با استحکام بالا و قابل عملیات دارد.

به‌طور کلی به علت وجود میزان کمی آب در ساختار آلومینیوم هر نوع عملیاتی که باعث از بین رفتن یکنواختی در میکروساختار آلیاژ شود مقاومت به خوردگی را کاهش می‌دهد بررسی خوردگی موضعی آلیاژهای آلومینیوم مورد نظر در محیط‌های هالیدی از اهمیت بالایی برخوردار است. محیطهای هالیدی شامل یون‌های کلرید یا برومید می‌توانند لایه رویین روی سطح آلومینیوم را بشکنند و سبب ایجاد خسارت روی سطح شوند. از سوی دیگر، در این آلیاژها استحکام با انجام عملیات حرارتی و با رسوب ترکیبات شامل مس، روِی و منیزیوم افزایش می‌یابد. انحلال این رسوبات در دماهای بالا (حدود ۴۸۰ درجه سانتی گراد) محلول فوق اشباع از این عناصر را به وجود می‌آورد که تحت عملیات حرارتی، ترکیبات ریز شامل این عناصر رسوب می‌کنند. رشد همین ترکیبات، سبب ایجاد ساختاری ناهمگون شده که افزون بر کاهش استحکام، در رشد لایه پسیو تشکیل شده چه در هوا و چه در محیط‌های آبی، اخلال به وجود می‌آورند.

از این رو، محل شروع حفره‌دار شدن را می‌توان به نقاط ضعیف در لایه پسیو مرتبط دانست. برخلاف فلزات دیگر که خوردگی باعث کاهش کلی ضخامت می‌شود در آلومینیوم خوردگی تمایل دارد به صورت موضعی در سراسر سطح، حفرات زیادی تولید کند و در کل بخش وسیعی از سطح دست نخورده باقی می‌ماند. تاکنون پژوهش‌های زیادی در رابطه با خوردگی موضعی آلیاژهای آلومینیوم در محلول‌های کلریدی انجام گرفته‌است. برای مثال، در سال ۲۰۰۴ سینیاوسکی و کالینین به بررسی خوردگی آلیاژهای آلومینیوم در آب دریا پرداخته‌اند، ولی در مجموع کمتر به موضوع خوردگی اتمسفری پرداخته شده‌است. بتازگی کوزنیکا در سال ۲۰۰۹ در مورد آلیاژ ۲۰۱۷، لی و همکارانش روی آلیاژ ۲۰۱۲ و نایت و همکارانش در سال ۲۰۱۱ در مورد آلیاژهای ۲۰۲۴ و ۷۰۵۰مقالاتی در این زمینه به چاپ رسانده‌اند.

خوردگی اتمسفری نوع خاصی از خوردگی بوده که به علت تشکیل یک لایه الکترولیت روی سطح که بیشتر فیلم نازکی از رطوبت است، به وجود می‌آید. ضخامت این لایه از ۱۰۰ میکرومتر تجاوز نمی‌کند و می‌توان فرض کرد این لایه همیشه اشباع از اکسیژن است. وقتی فلز در آب یا محلول نمکی مانند کلرید سدیم غوطه ور است به دلیل کاهش نفوذ اکسیژن در نواحی کاتدی نرخ خوردگی کاهش می‌یابد، ولی در خوردگی اتمسفری به دلیل اینکه گاهی لایه الکترولیت روی سطح خشک می‌شود یک شرایط تناوب خشک و تر به وجود می‌آید که باعث تشدید خوردگی نیز می‌شود. یون کلر نقش اصلی در خوردگی را ایفا می‌کند. مقدار خورندگی محیط به شدت تابع غلظت یون کلر در اتمسفر است. یون کلر باعث تخریب و سوراخ شدن لایه اکسیدی محافظ می‌شود. بر اساس پژوهش‌های بروکشیتیس و کلارک وجود این یون در اتمسفرهای دریایی باعث می‌شود که نرخ خوردگی آلومینیوم حدود ۲۲ برابر بیشتر از نرخ خوردگی اتمسفرهای روستایی شود