Az alumínium- radiátorok korróziós viselkedése I.
2003/7-8. lapszám | VGF&HKL online | 3210 |
Figylem! Ez a cikk 22 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Miért lyukadnak ki az alumíniumradiátorok? Ennek magyarázatához meg kell ismernünk az alumínium kémiai tulajdonságait.
Az elektrokémiai feszültségi sorban elfoglalt helyével, (- 1,69 V) és az igen nagy égési hőjével (2 Al+30›Al2O3+380 kcal, azaz 7 kcal/g), nagyon kevéssé nemes fém. Nagy reakcióképessége ellenére az alumínium a semleges és a gyengén savas folyadékoknak, számos vegyi anyagnak jól vagy nagyon jól ellenáll. Az alumínium ezt a tulajdonságát annak köszönheti, hogy felületén igen gyorsan tömör, jól tapadó, vegyileg jól ellenálló oxidhártya képződik. Csak az az alumíniumötvözet áll ellen jól a korróziónak, amely nem tartalmaz nehézfémet, minthogy azok az alumíniumnál nemesebbek. Ha az alumínium és réz alkotórész egymással érintkezik, akkor elektrolit jelenlétében az alumínium saját magát feloldó anódot képez, márpedig a réz tartós katód. Az alumínium oldását a két fém között fennálló feszültségkülönbség (potenciál) okozza, lásd az első képet. A képen látható, ahogy az alumínium feloldódott és középen kilyukadt. (Ha hibás a szerelés, akkor minden alumínium radiátornak ez a sorsa.)
Az alumíniumanyagok korróziós viselkedése
Az alumínium és ötvözetei levegőn igen gyorsan oxidálódnak, és a fémen jól tapadó, vékony alumíniumoxid-réteg keletkezik. Ez a passzív réteg száraz levegőn néhány perc alatt 1 mm vastagságú lesz, nedvesség és nagyobb hőmérséklet jelenlétében a 2 mm-t is eléri. Az alumíniumnak a különféle agresszív közegekkel szembeni ellenállása attól függ, hogyan áll ellen ez az elsődlegesen keletkezett természetes oxidréteg a közeg hatásának, valamint a réteg oldódásakor vagy megsérülésekor van-e lehetőség újraképződésre. A fém felületén kialakult passzív réteg Al2O3 vagy Al2O3.H2O összetételű. Amfoter jellegű, vagyis mind a savak, mind a lúgok oldják. A legtöbb semleges oldatnak ellenáll. Az alumínium korróziója függ tisztaságától, az ötvözők és szennyezők mennyiségétől és eloszlásától, a fém állapotától, ezen kívül a fém belső feszültségétől, a felület homogén vagy heterogén voltától.
Korroziós formák
Az alumínium korróziójának megjelenési formái alapján a következő csoportok különböztethetők meg: egyenletes, lyuk-, kristályközi, réteges és feszültségi korrózió. Egyenletes korrózió esetén a tárgy fokozatosan, többé-kevésbé az egész felületen egyöntetűen, egyenletesen oldódik. Mértékét tömegváltozással határozzák meg, minthogy az oldott fém mennyisége arányos a korrózióval. Az alumínium egyenletes korróziója olyan közegekben következik be, amelyekben a felületi védőréteg oldódik, és a korrózió állandóan előrehalad. Ilyen típusú közegekben nincs lehetőség a felületi passzív réteg újraképződésére. Ez a jelenség következik be akkor is, ha a fűtési rendszert földelésnek használva (a rákötött elektromos tárgy meghibásodása esetén) feszültség folyik keresztül a radiátorokon. A hőmérséklet növekedésével az egyenletes korrózió mértéke arányosan nő, és tömegcsökkenés átlag 10 °C-onként megkétszereződik. Abban az esetben, ha az agresszív közeg hatására bekövetkezett oldódása során a reakciótermékek felszaporodnak a felület közelében vagy a felületen összefüggő réteget képeznek, gátolják a korróziós reakciót, és nyugalmi állapot következhet be.
Lyukkorrózió akkor keletkezik, amikor az alumínium felületén helyi megtámadások következnek be, majd ezek idővel a berendezés teljes átlyukadásához vezetnek. A gyakorlati életben ez a korróziós meghibásodás a leggyakoribb. Atmoszferikus korrózió során a felületre lecsapódó nedvességrétegekben oldódott légszennyeződések oldhatják a fém felületén lévő természetes passzív réteget. Az oldódás a fémfelület aktív pontjain indul meg (szenynyeződések, oxidréteg hibahelyei). A lyukkorrózió kialakulásának kedvez, ha a fémben az alumíniumnál nemesebb fémszennyeződés van, vagy a fém salakos, oxidos. Ilyenkor az egyenletesen összefüggő, természetes oxidréteg nem alakulhat ki, és a két különböző potenciálú fém vagy fémes vegyület egyidejű jelenléte alkalmat ad a lyukkorrózió létrejöttére. A két különböző elektródpotenciálú fém miatt galvánáram keletkezik, és mindaddig tart a korróziós folyamat, amíg a rendszeren áram halad át. Lyukkorróziót okozhat az is, ha a levegőnek az alumíniumhoz jutása különböző mértékű (szellőzés-korrózió). Így pl. tartályokban – azokon a helyeken, ahol a levegő szabadon hozzájuthat az alumíniumhoz -, lehetőség nyílik az oxidréteg megújulására. A tartálynak azon a részén pedig, ahol a benne lévő folyadék miatt a levegő csak kisebb mennyiségben van jelen, az oxidréteg újraképződésére nincs lehetőség, a fém anódosan viselkedik, és helyi oldódás következhet be. Lyukkorróziós meghibásodás esetén a korrózió mértékét a lyukaknak a területegységre eső körülbelüli számával, a lyukmélységgel, ill. az átlyukadásig eltelt idővel határozzák meg. Tömegcsökkenés-méréssel nem határozható meg a korrózió mértéke, mert pl. az átlyukadás már egyetlen helyen üzemképtelenné tehet egy berendezést, ami tömegméréssel még nem értékelhető biztosan.
A kristályközi korrózió a heterogén kristályszerkezetű alumíniumanyagokban következhet be. A kristályközi korrózióhoz az szükséges, hogy az anyag szerkezetén belül (pl. ötvözők dúsulása a kristályhatárokon, különböző összetételű elegykristály-halmazok között) jelentős potenciálkülönbség keletkezhessék. A kristályhatáron felgyülemlett kiválások lehetnek az elegykristálynál nemesebbekben, pl. AlCuMg ötvözetben, vagy kevésbé nemesekben, pl. AlMg, AlZnMg ötvözetben. Ettől függően a korróziós folyamatban vagy a kristályhatár, vagy maga a kristály oldódik. A kristályközi korrózió igen veszélyes, mert a felület épsége nem hívja fel a figyelmet a károsodásra, holott ez az anyag szilárdsági tulajdonságait ronthatja. A korrózió mértékét a szilárdság és nyúlás csökkenése is jelzi.
Nagyobb (4% feletti) Mg-tartalmú, AlMg típusú ötvözetekben kristályközi korróziós veszéllyel csak akkor kell számolni, ha a kristályhatárok mentén jelentős mennyiségű magnéziumaluminid-kiválás keletkezik, amely összefüggő réteget képez. Ha a kiválások egymástól elszigeteltek, gyöngyfüzérszerűek, kisebb a korróziós veszély. A korrózióérzékenység jelentősen módosítható hőkezeléssel. Az AlCuMg típusú ötvözetekben a kristályhatárokon rézaluminid-kiválások keletkeznek. A korrózió nem a kristályhatárok mentén halad előre, hanem keresztülmetszi a kristályokat, transzkristallin vagy réteges korrózió következik be. A réteges korrózióra elsősorban az AlZnMg típusú ötvözetek hajlamosak, de tapasztalható az AlCuMg ötvözetekben is.
A feszültségi korrózió a teherhordó szerkezetekként használt alumíniumanyagokra igen veszélyes, mert a kristályhatár mentén meginduló repedések az anyag töréséhez vezethetnek. Feszültségi korrózióra hajlamos az AlmgSi1, az AlZnMg ötvözet, valamint a 4% feletti AlMg ötvözetek. A feszültségikorrózió-érzékenység az ötvözők mennyiségének, valamint a hőkezelés megválasztásával csökkenthető. Egyes ötvözetekben kedvezően hat néhány tizedszázalék mikroötvöző adalék jelenléte is. Így pl. az AlZnMg ötvözetekben szokásos Zr, Cr adalékkal növelni lehet a korrózió-ellenállást, így a feszültségi korróziós élettartamot. Egyes vizsgálatok szerint kedvező a 0,1-0,2% ittrium adalék, valamint kis mennyiségben (<0,2%) réz is.
Külön ki kell emelni a műanyag csövek okozta korróziót. A kezdetben fűtési és egyéb célra gyártott műanyag csővel szerelt rendszernél az az érdekes jelenség játszódott le, hogy az alacsonyabb nyomású térből (fűtött helyiség) a műanyag cső falán oxigén diffundált a fűtővízbe, ezáltal megnőtt annak oldott oxigéntartalma. Az oxigén főleg az acélradiátoroknál rövid idő alatt korróziós lyukadást okozott. Az alumínium radiátoroknál a műanyag cső alapanyagától függően felületi vagy pontkorróziót idéz elő. A fűtővíz okozta felületi súrlódás hatására a fűtővíz elektromosan feltöltődik. Az intenzív felületi korrózió túrószerű fehér masszát (alumínium-oxid) képez. A massza eltömíti a radiátorokat, szorulást okoz a keringtető szivattyúban. A nagyfokú korrózió jele, ha a fűtési rendszer rövid idő alatt levegősödik. Az oxigén okozta korróziós hibák megakadályozására fejlesztették ki az oxigéndiffúzió-mentes O2 Stop csöveket. A fűtési rendszer kivitelezésénél az oxigéndiffúziós csővel szerelt padlófűtést hőcserélővel (nem keverőszeleppel) kell szétválasztani az oxigéndiffúzió-mentes rendszertől.
Varga Sándor
(folytatjuk)
