CC BY
18
УДК 544.653: 620.193.
Волкова О.В., Дуб А.В., Ракоч А.Г., Гладкова А.А.
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ НАВЕСНЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В СРЕДАХ, СОДЕРЖАЩИХ ХЛОРИДЫ
Волкова Ольга Владимировна - научный сотрудник;
Дуб Алексей Владимирович - д.т.н., профессор, профессор ;
Ракоч Александр Григорьевич - д.х.н., профессор, профессор кафедры;
Гладкова Александра Александровна - к.х.н., доцент кафедры, e-mail: sascha-gladkova@yandex.ru;
Кафедра металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов Национального
исследовательского технологического университета «МИСиС».
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия 119417 Москва, Ленинский проспект, 4
Исследованы виды коррозии несущих конструкций навесных фасадных систем из алюминиевых сплавов после их функционирования на зданиях, расположенных в зоне береговой линии - 300 м от Японского моря (г. Владивосток). Разработан эффективный способ плазменно - электролитической обработки российского сплава АД31Т1, широко применяемого при изготовлении НФС. Покрытия, получаемые данным способом позволяют исключить коррозию этого сплава в средах, содержащих хлориды, в том числе при его контакте с коррозионностойкой сталью.
Ключевые слова: коррозия, несущие конструкции навесных фасадных систем, алюминиевые сплавы, плазменно -электролитическая обработка.
CORROSION AND PROTECTION OF SUPPORTING CONSTRUCTIONS FOR CURTAIN WALL SYSTEMS MADE OF ALUMINUM ALLOYS IN ENVIRONMENTS CONTAINING CHLORIDES
Volkova O.V., Dub A.V., Rakoch A.G., Gladkova A.A.
National University of Science and Technology 'MISiS', Moscow, Russia
Keywords: corrosion, supporting constructions for curtain wall systems, aluminum alloys, plasma electrolytic treatment.
В последние годы в ряде городов России широкое распространение получают энергосберегающие системы наружного утепления зданий. Подобный способ утепления уже около четверти века используется строительными фирмами Германии, Австрии, Финляндии, Югославии. Он предусматривает использование несущих
металлических конструкций навесных фасадных систем (НФС), изготовленных из коррозионностойкой стали (Х18Н10), сталей с горячим цинковым покрытием и с каменноватным связующим на основе фенолформальдегидной смолы. Однако в последнее время все большее применение вследствие низкой удельной массы и достаточной прочности находят алюминиевые сплавы, в основном: 6063Т6, 6060Т5, АД31Т1. В связи с тем, что в фасадных системах используются тонкостенные детали, то локальная коррозия алюминиевых сплавов может привести к опасным повреждениям всей системы. Последнее особенно относиться к навесным фасадным системам, функционирующих на зданиях, расположенных вблизи морского побережья. К сожалению, никто из исследователей не изучал коррозионную стойкость несущих конструкций навесных фасадных систем на зданиях, расположенных в приморской атмосфере, коррозионную агрессивность утеплителей,
применяемых в навесных фасадных системах, и, не разрабатывал эффективные способы защиты конструкций из алюминиевых сплавов.
В связи с вышеизложенным основными целями работы являлось: 1) исследовать виды коррозионных
поражений после десятилетнего функционирования несущих конструкций навесных фасадных систем из сплавов: 6060Т5, 6063Т6, АД31Т1, на зданиях, расположенных в зоне береговой линии - 300 м от моря (г. Владивосток); 2) выявить условия, при которых несущие конструкции фасадных систем из алюминиевых сплавов 6063Т6, 6060Т5, АД31Т1, находящихся на зданиях, расположенных в приморской атмосфере будут иметь достаточно высокую стойкость против локальных видов коррозии, что позволило бы их рекомендовать для надежной и длительной (значительно большей, чем 10 лет) эксплуатации.
Часть площади (около 50%) деталей несущих конструкций навесных фасадных систем из алюминиевых сплавов в условиях реальной эксплуатации находилась в контакте с каменноватным утеплителем с фенолформальдегидным связующим.
Явно выраженные локальные повреждения образовались на границе раздела (в узкой зоне) сплава 6060Т5 с утеплителем - протекала межкристаллитная коррозия. Значительно интенсивней протекала коррозия несущих конструкций навесных фасадных систем из сплавов 6063Т6 и АД31Т1 вследствие наличия в них эффективных катодов в - (Ре,Б1)А1 [1]. При этом на поверхности несущих конструкций навесных фасадных систем из этих сплавов протекала, как питтинговая коррозия на большей части поверхности, межкристаллитная на участке сплавов, контактирующих с коррозионностойкой сталью (крепежи), так и наиболее опасная расслаивающая
коррозия на границе раздела сплавов с утеплителем. Питтинги реализовались вокруг катодных включений и, объединившись, образовали видимые локальные коррозионные поражения (питтинги - язвы), которые исследователи часто принимают за единичный питтинг. Согласно данным
микрорентгеноспектрального анализа и данными, полученными Синявским В. С. с сотрудниками [1], катодными включениями у сплавов 6063Т6 и АД31Т1 являются сегрегированные многочисленные частицы соединений, содержащие Бе, вероятно в (Бе^)А1 и (Мп,Бе)Л1, ЛШеМпБ^ а у сплава 6060Т5— вероятно Т1, Наличие расслаивающей коррозии (рис.1), вероятно, обусловлено: 1) кристаллографической коррозионной анизотропией сплавов 6063Т6, АД31Т1; 2) наличием участка, где длительное время и при повышенной температуре в атмосфере сохраняется электролит. При этом образуется гальваническая пара: катод - под тонким слоем электролита, анод - под более толстым слоем электролита [2,3]. Следует отметить, что формальдегидная смола подкисляет водный раствор._
600 чин
100 нкч
птпгш 7п
содержащем 400 г/л технического жидкого стекла (№20-2,98Ю2-9Н20). Средняя скорость роста аморфного покрытия на основе БЮ2 (рис.2, 3; таблица) на образах (составляла приблизительно 4,1 мкм/мин до толщины приблизительно 50 мкм, и практически не изменялась при длительности проведения экспериментов в течение 165 суток (покрытия на образцы периодически наносили в течение 10 ч, а затем был перерыв - приблизительно 14 ч).
Рисунок 2 - Дифрактограмма покрытия, полученного способом ПЭО на сплаве АД31Т1
Рисунок 1 - Расслаивающая коррозия на границе раздела сплавов АД31Т1 (а), 6063Т6 (б) с каменноватным утеплителем, у которого связующим являлся фенолформальдегид
Гарантировать долголетнюю (например, до 50 лет) эксплуатацию в морской атмосфере несущих конструкций из сплавов 6063Т6, АД31Т1, находящихся в контакте в навесных фасадных системах с каменноватным утеплителем, у которого связующим является фенолформальдегид, вероятно, можно только после получения на их поверхности антикоррозионных диэлектрических покрытий. Особенно это актуально для разработанного в России дешевого сплава АД31Т1. Этот сплав, с повышенным содержанием железа, по сравнению со сплавами 6063Т6, 6060Т5, можно получать из алюминиевого лома, увеличив незначительно в нем концентрацию марганца.
С этой целью покрытия на образцах, вырезанных из несущих конструкций, изготовленных из сплава АД31Т1, получали способом плазменно -электролитической обработки (ПЭО) [3] при заданной плотности тока 4 А/дм2 в щелочном водном растворе,
Рисунок 3 - Микрофотография поперечного шлифа сплава АД31Т1 с покрытием, полученным способом ПЭО
Затем она уменьшалось приблизительно до 3,7 мкм/мин при дальнейшем проведении экспериментов в течение 40 суток. Для стабилизации скорости роста покрытия (приблизительно до 4,1 мкм/мин) в электролит добавляли 40 г/л технического жидкого стекла (ТЖС) через 165 суток проведения экспериментов. В течение последующих 40 суток проведения экспериментов скорость роста покрытия -4,1 ± 0,25 мкм/мин.
Таблица. Распределение элементов по толщине покрытия и в слое сплава АД31Т1, прилегающего к нему
Спектры Содержание (в масс. долях, %)
А1 Ее Мд Мп О
1 - - - 67,00 33,00
2 - - - 62,65 37,35
3 0,2 0,13 - 69,84 39,83
4 5,51 - - 64,36 39,90
5 7,27 - 0,11 59,49 34,63
6 99,09 0,43 0,36 0,12 - -
Примечание. Анализ элементного состава проведен в точках, отмеченных на рисунке 3.
Большая длительность работоспособности щелочного водного раствора, содержащего 400 г/л ТЖС обусловлена незначительным изменением средней скорости роста покрытия на образцах с уменьшением концентрации ТЖС от 400 до 340 г/л (таблица). Только при концентрации ТЖС 330 г/л средняя скорость роста покрытия уменьшилась не менее, чем на 11% при заданных плотностях тока. Полученные покрытия являются диэлектрическими с высоким напряжением пробоя. Например, при толщинах покрытия приблизительно 50; 60 мкм напряжения пробоя 630 ± 70, 710 ± 60 В соответственно. Антикоррозионную способность покрытий оценивали по следующей методике: 1) периодическое погружение образцов в 3% водный раствор на 10 мин; 2) промежуточные выдержки на воздухе - в течение 50 мин. Покрытия до толщины 35 мкм не обладают высокой антикоррозионной способностью. При периодическом погружении алюминиевого сплава АД31Т1 без покрытия и с покрытиями, толщина которых не превышала 35 мкм, в 3% водный растворе КаС1 менее, чем через 56 суток на поверхности появлялись локальные очаги коррозии (питтинги). Вместе с тем при толщине покрытий 40 и более мкм, при аналогичных испытаниях, но в течение и 140 суток отсутствовали локальные очаги коррозии, в том числе, и при их контакте с коррозионностойкой сталью. Средняя удельная масса образцов с покрытиями, толщина которых приблизительно 50
мкм, после коррозионных исследований и тщательных промывок практически не изменилась - находилась в разбросе ее отклонений от среднего значения (360 ± 55 мг/дм2).
Таким образом для надежного и длительного (значительно большего, чем 10и - летний срок) функционирования НФС на зданиях, расположенных вблизи береговой линии моря, в частности, Японского моря необходимо несущие конструкции изготавливать или из сплава 6060Т5, или, что более надежно, наносить на конструкции из алюминиевых сплавов антикоррозионные диэлектрические покрытия. Эффективным способом получения таких покрытий на несущих конструкциях, изготовленных из алюминиевых сплавов, в частности российского сплава АД31Т1, является их плазменно -электролитическая обработка в водном растворе, содержащем 400 г/л технического жидкого стекла.
Список литературы
1. Синявский В. С., Вольков В. Д., Калинин В. Д. Коррозия и защита алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия . - 1986 г. - 368 с.
2. Жук Н. П. Курс коррозии и защиты металлов. - М.: Металлургия . - 1968 г. - 408 с.
3. Ракоч А. Г., Гладкова А. А., Дуб А. В. Плазменно - электролитическая обработка алюминиевых и титановых сплавов. - М. : Изд. Дом МИСиС. - 2017. - 160 с.
