Půdní koroze hliníku

Hustota (99,996 % A1), g/cm3, při teplotě:
Teplota, °C:
Teplo kJ/mol:
Tlak par, Pa, při teplotě:
Měrná tepelná kapacita, J/(kg*K), při teplotě:
Tepelná vodivost, W/( m*K), při teplotě:
Dynamická viskozita (99,85 % A1), N*s/m2, při teplotě:
Modul normálové pružnosti E, MPa, při teplotě:
**Mechanické vlastnosti hliníku [4-6]**
Pevnost v tahu σ_в,MPA:
Mez kluzu s _0,2 :
Mez únavy (500*10 6 cyklů),σ _-1:
Mez tečení při teplotě:
Pevnost ve smyku, σ _ženatý:
Relativní prodloužení, δ:
Relativní zúžení, ψ:
Tvrdost podle Brinella, HB:

Při ochlazení hliníku na teplotu pod 120 K se jeho pevnostní vlastnosti na rozdíl od většiny kovů zvyšují, ale jeho tažnost se nemění (tab. 1.7). Tabulka 1.7. **Mechanické vlastnosti hliníku různé čistoty**

**Technologické vlastnosti hliníku [6]**
° C

**Korozní vlastnosti hliníku [6].** Hliník a jeho slitiny se vyznačují vysokou korozní odolností v atmosférických podmínkách jak ve venkovských oblastech, tak v městských průmyslových oblastech. Oxid siřičitý, sirovodík, čpavek a další plyny vyskytující se v ovzduší průmyslových oblastí nemají znatelný vliv na rychlost koroze hliníku a jeho slitin. Hliník prakticky nekoroduje v destilované a čisté sladké (přírodní) vodě ani při vysokých teplotách (až 180 °C). Vliv páry na hliník a jeho slitiny je také nevýznamný. Voda obsahující alkalické nečistoty prudce zvyšuje rychlost koroze hliníku. Při pokojové teplotě je rychlost koroze hliníku v provzdušňované vodě obsahující 0,1% hydroxid sodný 16 mm/rok; 0,1% kyselina chlorovodíková – 1 mm/rok a 1% soda – 4 mm/rok. Hliník a jeho slitiny, které neobsahují měď, jsou v přírodní (neznečištěné) mořské vodě poměrně stabilní. Sulfátové soli hořčíku, sodíku, hliníku a hyposiřičitanu nemají na technický hliník prakticky žádný vliv. Rychlost koroze hliníku se zvyšuje v přítomnosti solí rtuti, mědi nebo chlóru ve vodě, které ničí ochranný oxidový film na hliníku. Hliník a jeho slitiny jsou stabilní v koncentrované kyselině dusičné při pokojové teplotě, ale ve zředěných kyselinách se rychle ničí. Slabé roztoky kyseliny sírové, s koncentrací do 10 %, mají na komerční hliník při pokojové teplotě malý vliv, ale s rostoucí koncentrací a teplotou prudce roste rychlost koroze. Hliník je v koncentrované kyselině sírové prakticky stabilní. Kyselina chlorovodíková rychle ničí hliník a jeho slitiny, zejména s rostoucí teplotou. Roztoky kyseliny fluorovodíkové a kyseliny bromovodíkové mají stejný účinek na hliník. Slabé roztoky kyseliny fosforečné (méně než 1 %), kyseliny chromové (do 10 %) a kyseliny borité (ve všech koncentracích) mají malý vliv na hliník a jeho slitiny. Organické kyseliny – octová, máselná, citrónová, vinná, dále kyselé (nekontaminované) ovocné šťávy a víno působí na hliník a jeho slitiny slabě, s výjimkou kyseliny šťavelové a mravenčí. Hliník a jeho slitiny jsou rychle zničeny v roztocích žíravých alkálií, ale v roztocích amoniaku jsou poměrně stabilní, zejména slitiny obsahující hořčík. Aminy na ně mají také malý vliv. Je třeba poznamenat, že hliník a jednofázové slitiny na bázi hliníku jsou odolnější vůči korozi než dvoufázové a vícefázové slitiny. **Vliv nečistot na vlastnosti hliníku.** Korozní, fyzikální, mechanické a technologické vlastnosti hliníku jsou významně ovlivněny nečistotami různých prvků. Například většina nečistot snižuje elektrickou vodivost hliníku (obr. 1.1). Hlavními nečistotami v hliníku jsou železo a křemík. Železo snižuje odolnost proti korozi, elektrickou vodivost a tažnost hliníku, ale mírně zvyšuje jeho pevnost. Stavový diagram systému Al-Fe znázorněný na Obr. 1.2 ukazuje, že železo se v hliníku v pevném stavu mírně rozpouští. Při eutektické teplotě (655°C) dosahuje rozpustnost železa 0,052 % a s klesající teplotou se hranice tuhého roztoku prudce posouvá směrem k hliníku. Železo v hliníku je přítomno ve formě nezávislé fáze Al3Fe. Železo je škodlivou nečistotou nejen v hliníku, ale také ve slitinách hliníku s křemíkem a hořčíkem. V žáruvzdorných hliníkových slitinách je však železo (v kombinaci s niklem) užitečnou nečistotou. Běžnou nečistotou v hliníku je křemík. Ve slitinách na bázi hliníku je jako hlavní složka zaveden křemík spolu s mědí, hořčíkem, zinkem a také manganem, niklem a chromem. Výsledné sloučeniny CuAl2, Mg2Si, CuMgAl2 atd. jsou účinné zpevňovače hliníkových slitin. Z fázového diagramu hliník-křemík (obr. 1.3) je zřejmé, že při eutektické teplotě 577 °C se v hliníku rozpouští až 1,65 % křemíku. S klesající teplotou se oblast tuhého roztoku α prudce zmenšuje. Nečistoty vápníku a dalších prvků, přítomné ve standardních jakostech hliníku v malých množstvích, nemají praktický význam. Malé přídavky ceru, sodíku a titanu mají významný vliv na strukturu a vlastnosti určitých slitin hliníku. Vodík je vysoce rozpustný v hliníku a má negativní vliv na jeho vlastnosti, způsobuje poréznost při lití. Dusík při vysokých teplotách reaguje s hliníkem za vzniku žáruvzdorné sloučeniny. **Toxikologické vlastnosti hliníku [7]**. V souladu s GOST je hliníkový prach podle stupně dopadu na lidské tělo klasifikován jako třída nebezpečnosti III. Maximální přípustná koncentrace (MAC) kovového hliníkového prachu a jeho oxidů ve vzduchu je 2 mg/m3. Chronické vdechování hliníkového kovového prachu a jeho oxidů může vést k plicní aluminóze. Pracovníci vystavení prachu by měli pravidelně podstupovat fluorografické vyšetření. Pracovníci zabývající se výrobou hliníku mají často katary horních cest dýchacích (rhipitida, faryngitida). Největší zdravotní riziko představuje proces elektrolýzy oxidu hlinitého, který probíhá v roztaveném kryolitu (Na3AlF6) při teplotě 950 °C. Elektrolýzu roztavených solí mohou provázet emise velkého množství fluoridového prachu, plynů obsahujících fluor, ale i par a částic bitumenové složky anodové hmoty. Pracovníkům zapojeným do této operace také hrozí popálení kůže a očí, pokud jsou vystaveni roztavenému kovu. Aby se předešlo nehodám, musí být elektrolyzační vany spolehlivě izolovány, pracovníci musí mít osobní ochranné prostředky: protiprachové masky, brýle. rukavice, zástěry, boty atd.

Použití silových kabelů s hliníkovým ochranným pláštěm místo olověného pláště poskytuje kromě úspory olova následující výhody: snížení hmotnosti kabelu o 30-80% (měrná hmotnost hliníku je 2,7; olova je 11,3), zvýšení pevnosti v tahu a odolnosti proti tečení 2-3krát a možnost provozovat kabel, který je obvykle považován za přijatelnou teplotu, než je teplota. Tyto výhody výrazně usnadňují přepravu a instalaci kabelu, umožňují v některých případech použití kabelu bez vnějšího ocelového pancíře a v neposlední řadě umožňují zmenšení průřezu vodivé části kabelu (měděné dráty).

V přítomnosti kyslíku (například vzdušného kyslíku) se na povrchu hliníku velmi rychle vytvoří tenký, ale velmi pevný a hustý film oxidu hlinitého, který chrání kov před korozí. Hliník je díky ochranné fólii velmi odolný v běžné atmosféře, v běžné vodě, v organických sloučeninách, ale i v suchých písčitých a jiných dobře provzdušněných půdách.

Další velmi důležitou chemickou vlastností hliníku je jeho amfoterní povaha, tedy schopnost vykazovat buď kovové nebo nekovové vlastnosti v závislosti na reakci. V kyselém prostředí hliník reaguje jako zásada a tvoří rozpustné soli AlCl₃; A1₂(S04)₃ atd. V alkalickém prostředí se chová jako kyselý zbytek a tvoří hlinitany, které jsou vysoce rozpustné ve vodě, např. Na₂0 A1₂₃; NA₂O A1₂₃ et al.

Soli kyslíkatých kyselin, zejména nejběžnější v půdních síranech, hydrogenuhličitanech a dusičnanech, nemají za neutrálních podmínek na hliník znatelný chemický účinek. Tyto soli naopak podporují tvorbu ochranného oxidového filmu na hliníku, který jej chrání před korozí. Obdobné je působení oxidu uhličitého a kyslíku obsaženého v horních vrstvách půdy. Naopak chloridy v neutrálním, a zejména v kyselém prostředí, působí výrazně destruktivně. Korozní působení iontů chlóru se velmi zvyšuje v přítomnosti solí těžkých kovů, jako je měď, železo, rtuť atd. Nejméně odolné jsou proto slitiny hliníku obsahující měď jako zvláštní nečistotu.

Při hodnotách pH od 7,5 do 6, které nejčastěji odpovídají půdním podmínkám, je koroze hliníku dána heterogenitou tloušťky filmu a vyvíjí se z jednotlivých center, tj. vředy, skvrny atd. Plochy s dostatečně silným filmem jsou elektricky neutrální, protože kov je v těchto místech chráněn před vnějším prostředím. V oblastech, kde je film tenčí a tudíž propustný pro elektrony, se tvoří katodové zóny. Konečně v oblastech, kde je film dostatečně tenký, aby umožnil průchod kovových iontů do prostředí, se vytvoří anodové zóny. Zde dochází k lokálnímu poškození korozí.

Koroze hliníku a jeho slitin v dobře provzdušněných půdách, zejména v suchých písčitých půdách, je obecně nevýznamná. Ve všech kyselých a alkalických půdách probíhá koroze hliníku obvykle velmi intenzivně. Nejnepříznivější pro korozní odolnost hliníku jsou rašelinné a slatinné půdy s pH 4 a nižším, stejně jako alkalické půdy s pH 8,5 a vyšším, zejména pokud je alkalita posledně jmenovaných způsobena žíravými alkáliemi i při nízkých koncentracích. Hlinitany vzniklé v tomto případě jsou rozpustné ve vodě a snadno se vyluhují.

Experimentální údaje o půdní korozi hliníku jsou velmi zajímavé. Pro polní testy v různých půdách byly odebrány tři vzorky hliníku o následujícím složení:

1) technický hliník (obsah Al—1 %);

2) hliník > 1,12 % nečistoty manganu;

3) dural (hliník s příměsí 4,1 % mědi, 0,25 % křemíku, 0,62 % manganu a 0,52 % hořčíku).

Koroze hliníkových slitin v různých půdách

Experimentální vzorky ve formě desek o tloušťce 1,55 mm, připravené z těchto tří druhů hliníku, byly uchovávány po dobu asi 10 let v pěti různých půdách, a to: jemná písčitá hlína, hlinitá humózní půda, jíl, bažinatá půda a alkalická půda. Výsledky jsou shrnuty v tabulce.

Ztráta hmotnosti a maximální penetrace koroze u hliníkových slitin po 10letém vystavení vzorků různým půdám