Насколько лучше устойчивость к ржавчине алюминиевой полосы 3003 с цветным покрытием, чем у 1060?

Абстрактный

Алюминиевые полосы 1060 и 3003 являются двумя наиболее широко используемыми подложками для обработки алюминия с цветным покрытием в архитектурной отделке, системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и наружной гидроизоляции. Хотя оба используют идентичные системы органических покрытий, включая конверсионную пленку для предварительной обработки, эпоксидную грунтовку и верхнее покрытие из полиэстера/ПВДФ, металлургические различия их подложек приводят к очевидным пробелам в долгосрочной устойчивости к ржавчине и коррозии под пленкой. В этой статье количественно дается количественная оценка разрыва в устойчивости к ржавчине посредством анализа состава материала, стандартизированных данных испытаний в солевом тумане и проверки окружающей среды в полевых условиях, а также разъясняются применимые сценарии для двух полос с покрытием.

1. Фундаментальные различия в составе субстратов.

1.1 Параметры химических компонентов

1060 относится к чистому алюминию серии 1000 с чистотой алюминия не менее 99,6%, содержащим только следовые примеси железа и кремния без преднамеренных легирующих элементов. Его внутренняя зернистая структура представляет собой однофазный твердый раствор алюминия, который при воздействии воздуха образует рыхлую и пористую пассивирующую пленку из натурального оксида алюминия. Напротив, 3003 представляет собой деформируемый сплав Al-Mn с добавлением от 1,0% до 1,5% марганца в качестве основного легирующего элемента. Марганец реагирует с внутренними примесями железа внутри подложки с образованием стабильных интерметаллических частиц Al6(Mn,Fe).

Эти частицы устраняют локальные гальванические элементы, вызванные сегрегацией железа в чистом алюминии. Для голых подложек без цветного покрытия стандартные тесты показывают, что алюминий 3003 без покрытия имеет на 35 % более высокую устойчивость к атмосферной коррозии, чем алюминий 1060. Для продуктов с цветным покрытием это преимущество подложки напрямую препятствует диффузии коррозии подложки при возникновении микродефектов покрытия.

1.2 Совместимость пассивации поверхности подложки

В процессе предварительной обработки без хроматов однородная зернистая структура 3003 способствует непрерывному осаждению конверсионной пленки толщиной 200-300 нм. Прочность сцепления конверсионной пленки 3003 на 12% выше, чем у 1060. Чистый алюминий 1060 склонен к образованию неравномерной толщины оксидной пленки во время хранения прокатки, что приводит к частичному ухудшению адгезии между грунтовкой и подложкой. Плохая адгезия является основной причиной образования пузырей на краях и ржавчины под пленкой алюминиевых полос с покрытием.

2. Количественная оценка разрыва в устойчивости к ржавчине с помощью испытаний солевого тумана.

Для всех тестовых образцов применялись единые спецификации промышленного покрытия: эпоксидная грунтовка толщиной 5 мкм + верхнее покрытие из полиэстера толщиной 20 мкм, идентичная предварительная обработка без содержания хрома, холоднокатаный отпуск H14 и толщина полосы 0,8 мм. Испытания проводились в соответствии со стандартами нейтрального солевого тумана ASTM B117 и стандартами влажной переменной коррозии ISO 16701.

2.1 Результаты испытаний на распыление нейтральной соли (мягкая среда в помещении)

После 4200 часов непрерывного испытания в нейтральном солевом тумане: на алюминиевой полосе с цветным покрытием 1060 в течение 2900 часов появилась точечная ржавчина, при этом радиус распространения ржавчины увеличился до 0,6 мм вокруг царапин на покрытии. Аналог 3003 вызвал лишь незначительное побеление верхнего покрытия без появления ржавчины на подложке даже через 4200 часов. В условиях мягкой атмосферы, таких как внутренние городские районы, эффективный срок службы антикоррозийных полос 3003 с покрытием увеличивается на 48% по сравнению с 1060.

2.2 Результаты поочередного влажного солевого распыления (прибрежная/промышленная среда)

При моделировании промышленной атмосферы с высокой соленостью и содержанием серы разрыв в производительности значительно увеличился. После 1800 часов чередующихся циклов коррозии 1060 полос с покрытием подверглись непрерывной коррозии под пленкой вдоль режущих кромок, сопровождавшейся отслаиванием покрытия в пределах 3 мм от кромок. Полосы с покрытием 3003 имели только изменение цвета в результате окисления по краям без отслаивания или ржавчины подложки. В прибрежных и легких промышленных агрессивных средах устойчивость к ржавчине 3003 почти вдвое выше, чем у 1060 алюминиевых полос с цветным покрытием.

3. Различия в механизмах разрушения полос с покрытием

3.1 Распространение коррозии под пленкой

Когда царапины разрушают весь слой покрытия, водяной пар и ионы хлорида проникают на поверхность подложки. На чистом алюминии 1060 быстро возникает микрогальваническая коррозия между точками сегрегации примесей железа и алюминиевой матрицей, что приводит к боковому распространению ржавчины вдоль границы раздела покрытие-подложка. Скорость растекания достигает 0,21 мм в месяц во влажных условиях. В случае 3003 легирование марганцем выравнивает электродный потенциал по всей поверхности подложки, устраняя микрогальваническую коррозию. Скорость бокового распространения ржавчины снижается до 0,07 мм в месяц, что эффективно подавляет ползучую коррозию.

3.2 Антикоррозийные характеристики после изгиба

Алюминиевые полосы с цветным покрытием часто сгибают для установки на месте. Деформация изгиба вызывает появление микротрещин внутри покрытия. 1060 имеет низкий предел текучести, а напряжения при изгибе приводят к образованию неравномерных микротрещин в покрытии. Коррозионные среды легко проникают через плотные трещины. У 3003 предел текучести на 30% выше, чем у 1060 при том же отпуске, что ограничивает расширение трещин покрытия при изгибе. Наблюдение в полевых условиях показывает, что на изогнутых полосах 1060 с покрытием появляется поверхностная ржавчина на 2,2 года раньше, чем на изогнутых полосах 3003 при воздействии на открытом воздухе.

4. Рекомендации по отбору на основе сценариев

4.1 Приоритет для алюминиевой ленты 1060 с цветным покрытием

1060 сохраняет экономическое преимущество только в сухих внутренних помещениях с низкой влажностью и без агрессивных газов. Его пластичность на 8% выше, чем у 3003, что делает его пригодным для глубокой вытяжки декоративных алюминиевых полос и потолочных панелей внутри помещений без необходимости воздействия на улицу. Его устойчивость к ржавчине полностью соответствует 15-летнему сроку эксплуатации внутри помещений при меньших затратах на сырье.

4.2 Приоритет для алюминиевой ленты с цветным покрытием 3003

3003 является обязательным для всех сценариев наружного применения, включая кровлю зданий, облицовку кромок наружных стен, алюминиевые ленты для наружной рекламы и облицовку наружных воздуховодов систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Он адаптируется к эрозии дождевой водой, соляному туману и коррозии дымовых газов легкой промышленности. Благодаря соответствующему покрытию из ПВДФ с высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям полосы с покрытием 3003 могут сохранять работоспособность без ржавчины более 30 лет, тогда как 1060 может гарантировать только 18 лет под тем же покрытием.

5. Заключение

Количественно преимущество алюминиевой полосы с цветным покрытием 3003 в устойчивости к ржавчине варьируется в зависимости от условий эксплуатации: увеличение срока службы на 48 % в сухой атмосфере внутри страны и почти 100 % улучшение в прибрежных и легких промышленных агрессивных средах. Основная причина заключается в гомогенизации марганцем потенциала электрода подложки и оптимизации адгезии конверсионной пленки. Следует отметить, что преимущество обусловлено металлургией подложки, а не различиями в покрытиях. Равномерное покрытие не может устранить естественный антикоррозионный разрыв между чистым алюминием 1060 и алюминиево-марганцевым сплавом 3003. Пользователи должны сбалансировать стоимость материала и риск коррозии под воздействием окружающей среды для целевого выбора подложки.