مقاومت در برابر زنگ زدگی نوار آلومینیومی 3003 با پوشش رنگی نسبت به 1060 چقدر بهتر است؟

چکیده

نوارهای آلومینیومی 1060 و 3003 دو بستر پرکاربرد برای پردازش آلومینیوم با پوشش رنگی در صنایع دکوراسیون معماری، تهویه مطبوع و عایق رطوبتی در فضای باز هستند. در حالی که هر دو سیستم پوشش ارگانیک یکسانی از جمله فیلم تبدیل پیش تصفیه، پرایمر اپوکسی و پوشش رویی پلی استر/PVDF را اتخاذ می‌کنند، تفاوت‌های متالورژیکی زیرلایه آن‌ها منجر به شکاف‌های آشکار در مقاومت درازمدت زنگ زدگی و خوردگی زیر لایه می‌شود. این مقاله شکاف مقاومت در برابر زنگ زدگی را از طریق تجزیه و تحلیل ترکیب مواد، داده‌های استاندارد تست اسپری نمک و تأیید محیطی میدانی کمی‌سازی می‌کند و سناریوهای قابل اجرا برای دو نوار پوشش داده شده را روشن می‌کند.

1. تفاوت های اساسی ترکیب بستر

1.1 پارامترهای اجزای شیمیایی

1060 متعلق به آلومینیوم خالص سری 1000 با خلوص آلومینیوم کمتر از 99.6٪ است که فقط حاوی ناخالصی های آهن و سیلیکون بدون عناصر آلیاژی عمدی است. ساختار دانه داخلی آن محلول جامد آلومینیوم تک فاز است که در معرض هوا، فیلم غیرفعال آلومینا طبیعی شل و متخلخل را تشکیل می دهد. در مقابل، 3003 یک آلیاژ Al-Mn است که 1.0٪ تا 1.5٪ منگنز به عنوان عنصر آلیاژی هسته اضافه شده است. منگنز با ناخالصی های آهن داخلی در داخل بستر واکنش می دهد و ذرات بین فلزی Al6 (Mn, Fe) پایدار را تشکیل می دهد.

این ذرات سلول های گالوانیکی موضعی ناشی از جداسازی آهن در آلومینیوم خالص را از بین می برند. برای زیرلایه های بدون پوشش رنگی، آزمایشات استاندارد نشان می دهد که آلومینیوم لخت 3003 نسبت به آلومینیوم لخت 1060 مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر 35 درصد بیشتر است. برای محصولات دارای پوشش رنگی، این مزیت زیرلایه مستقیماً از انتشار خوردگی بستر پس از بروز عیوب ریز پوشش جلوگیری می کند.

1.2 سازگاری غیرفعال سازی سطح زیرلایه

در طول فرآیند پیش تصفیه تبدیل بدون کرومات قبل از پوشش، ساختار دانه یکنواخت 3003 باعث رسوب مداوم فیلم تبدیل 200-300 نانومتر می شود. استحکام پیوند فیلم تبدیل 3003 12% بیشتر از 1060 است. آلومینیوم خالص 1060 مستعد ضخامت لایه اکسید ناهموار در طول ذخیره سازی نورد است که باعث چسبندگی نسبی ضعیف بین پرایمر و بستر می شود. چسبندگی ضعیف، محرک اولیه حباب لبه و زنگ زدگی زیر لایه برای نوارهای آلومینیومی پوشش داده شده است.

2. کمیت شکاف مقاومت در برابر زنگ از طریق آزمایشات اسپری نمک

همه نمونه های آزمایشی مشخصات پوشش صنعتی یکپارچه را پذیرفتند: پرایمر اپوکسی 5 میکرومتر + روکش رویی پلی استر 20 میکرومتر، پیش تیمار بدون کروم یکسان، حرارت نورد سرد H14 و ضخامت نوار 0.8 میلی متر. آزمایش ها از استانداردهای پاشش نمک خنثی ASTM B117 و استانداردهای خوردگی متناوب مرطوب ISO 16701 پیروی کردند.

2.1 نتایج آزمایش اسپری نمک خنثی (محیط ملایم داخلی)

پس از 4200 ساعت آزمایش مداوم اسپری نمک خنثی: نوار آلومینیومی با پوشش 1060 رنگ در عرض 2900 ساعت زنگ نقطه پراکنده ای ظاهر شد، با شعاع پخش زنگ تا 0.6 میلی متر در اطراف خراش های پوشش گسترش یافت. همتای 3003 حتی پس از 4200 ساعت فقط باعث سفید شدن جزئی پوشش رویی بدون زنگ زدگی بستر شد. در محیط های جوی ملایم مانند مناطق شهری داخلی، عمر مفید ضد زنگ نوارهای پوشش داده شده 3003 تا 48 درصد در مقایسه با 1060 افزایش یافته است.

2.2 نتایج متناوب اسپری نمک مرطوب (محیط ساحلی/صنعتی)

در آزمایش‌های شبیه‌سازی اتمسفر صنعتی با شوری بالا و گوگرد، شکاف عملکرد به طور قابل‌توجهی افزایش یافت. پس از 1800 ساعت چرخه خوردگی متناوب، 1060 نوار پوشش داده شده دچار خوردگی مداوم زیر لایه در امتداد لبه های برش شدند، همراه با لایه برداری پوشش در 3 میلی متر از لبه ها. 3003 نوار پوشش داده شده فقط دارای تغییر رنگ اکسیداسیون لبه بدون لایه برداری یا زنگ زدگی بستر بودند. در محیط های خورنده ساحلی و صنعتی سبک، مقاومت زنگ زدگی 3003 تقریباً دو برابر نوارهای آلومینیومی با پوشش 1060 رنگ است.

3. تفاوت مکانیسم شکست نوارهای پوشش داده شده

3.1 انتشار خوردگی زیر لایه

هنگامی که خراش لایه پوشش کامل را می شکند، بخار آب و یون های کلرید به سطح زیرلایه نفوذ می کنند. در آلومینیوم خالص 1060، خوردگی میکرو گالوانیکی به سرعت بین نقاط جداسازی ناخالصی آهن و ماتریس آلومینیوم رخ می دهد، که منجر به پخش شدن زنگ جانبی در امتداد سطح مشترک پوشش و بستر می شود. سرعت پخش در شرایط مرطوب به 0.21 میلی متر در ماه می رسد. برای 3003، آلیاژ منگنز پتانسیل الکترود را در سراسر سطح زیرلایه همگن می کند و خوردگی میکرو گالوانیکی را حذف می کند. سرعت پخش زنگ جانبی به 0.07 میلی متر در ماه کاهش می یابد و خوردگی خزنده را به طور موثری سرکوب می کند.

3.2 عملکرد ضد زنگ پس از خم شدن

نوارهای آلومینیومی با پوشش رنگی اغلب برای نصب در محل خم می شوند. تغییر شکل خمشی باعث ایجاد ترک های ریز در داخل پوشش می شود. 1060 استحکام تسلیم پایینی دارد و تنش خمشی منجر به ریزترک های پوشش نامنظم می شود. رسانه های خورنده به راحتی از طریق ترک های متراکم نفوذ می کنند. 3003 دارای 30٪ استحکام تسلیم بالاتری نسبت به 1060 در شرایط مشابه است که گسترش ترک پوشش را در طول خمش محدود می کند. ردیابی میدانی نشان می‌دهد که نوارهای خمیده پوشش داده شده 1060، 2.2 سال زودتر از نوارهای خم شده 3003 تحت قرار گرفتن در فضای باز، زنگ‌زدگی سطحی را ایجاد می‌کنند.

4. دستورالعمل های انتخاب مبتنی بر سناریو

4.1 اولویت برای نوار آلومینیومی با پوشش 1060 رنگ

1060 فقط مزایای هزینه را در محیط های داخلی خشک با رطوبت کم و بدون گاز خورنده حفظ می کند. انعطاف پذیری آن 8 درصد بیشتر از 3003 است، که آن را برای کشیدن عمیق نوارهای آلومینیومی تزئینی و پانل های سقف داخلی بدون نیاز به نوردهی در فضای باز مناسب می کند. مقاومت در برابر زنگ آن به طور کامل نیازهای 15 ساله خدمات داخلی را با هزینه مواد خام کمتر برآورده می کند.

4.2 اولویت برای نوار آلومینیومی با پوشش رنگی 3003

3003 برای همه سناریوهای کاربردی در فضای باز، از جمله سقف ساختمان، بسته بندی لبه دیوار بیرونی، نوارهای آلومینیومی تبلیغاتی در فضای باز و بسته بندی کانال های فضای باز HVAC اجباری است. با فرسایش آب باران، مه نمکی و خوردگی گازهای دودکش صنعتی سبک سازگار است. با پوشش PVDF مقاوم در برابر آب و هوا، نوارهای پوشش داده شده 3003 می توانند عملکرد عاری از زنگ زدگی را برای بیش از 30 سال حفظ کنند، در حالی که 1060 تنها می تواند 18 سال را تحت پوشش یکسان تضمین کند.

5. نتیجه گیری

از نظر کمی، مزیت مقاومت در برابر زنگ نوار آلومینیومی با پوشش رنگی 3003 بسته به محیط سرویس متفاوت است: 48٪ عمر مفید بالاتر در محیط های اتمسفری خشک داخلی، و نزدیک به 100٪ بهبود در محیط های خورنده صنعتی ساحلی و سبک. دلیل اصلی در همگن سازی منگنز پتانسیل الکترود بستر و چسبندگی بهینه فیلم تبدیلی نهفته است. لازم به ذکر است که این مزیت از متالورژی بستر به جای تفاوت های پوشش ناشی می شود. پوشش یکنواخت نمی تواند شکاف ضد خوردگی ذاتی بین آلومینیوم خالص 1060 و آلیاژ آلومینیوم- منگنز 3003 را پر کند. کاربران باید هزینه مواد و خطرات خوردگی محیطی را برای انتخاب زیرلایه هدفمند متعادل کنند.