Детали из алюминиевого сплава ADC12 могут тускнеть, приобретать серый или даже чёрный оттенок после механической обработки. Свежеприготовленная смазочно-охлаждающая жидкость может демонстрировать отличные эксплуатационные характеристики, однако качество поверхности со временем может становиться менее стабильным — даже при соблюдении заданных диапазонов концентрации и pH.
Что вызывает это изменение?
После получения сообщений от заказчиков Исследовательский институт промышленных смазочно-охлаждающих жидкостей KERUN провёл анализ трёх вопросов: что вызывает коррозионное потемнение, как различаются эффективность различных ингибиторов коррозии и как изменения в составе жидкости в процессе эксплуатации влияют на защиту поверхности.
Исследование сосредоточилось на структуре фосфатных эфиров и ионной среде в водных смазочно-охлаждающих жидкостях, устанавливая связь между лабораторными результатами и практическими методами устранения неисправностей.
ADC12 — широко применяемый литейный алюминиевый сплав, содержащий легирующие элементы, такие как медь, магний и цинк. Его поверхностное состояние может быть чувствительным к условиям механической обработки.
В водных смазочно-охлаждающих жидкостях к потемнению могут приводить несколько факторов:
Поэтому устранение неисправностей требует более широкой оценки системы ингибиторов коррозии, качества воды и условий эксплуатации, а также концентрации и pH.
Фосфатные эфиры часто используются для подавления коррозии алюминия в водных металлообрабатывающих жидкостях. Их молекулярная структура влияет на то, как они адсорбируются на поверхности металла, образуют защитную пленку и выдерживают изменения в ионной среде.
KERUN провела оценку семи фосфатных эфиров с типичными молекулярными структурами с помощью полного погружения в коррозионные испытания образцов алюминия ADC12.
Таблица 1. Оценки коррозии алюминиевых образцов после погружения в испытательные растворы на основе очищенной воды.
Некоторые эфиры фосфорной кислоты с разветвлённой алкильной цепью образовывали относительно плотные гидрофобные адсорбционные плёнки. После восьми часов погружения в условиях очищенной воды образцы сохранили относительно хорошее внешнее состояние поверхности. Эфир фосфорной кислоты с прямой октильной цепью также показал хорошее начальное формирование плёнки в этих условиях.
В сравнении с этим некоторые эфиры фосфорной кислоты на основе алкилполиоксиэтиленовых эфиров образовывали менее полные плёнки. Их повышенная гидрофильность и стерическое затруднение были связаны с большей склонностью к питтинговой коррозии и пятнообразованию.
Эти результаты указывают на то, что при выборе ингибитора следует учитывать конкретную молекулярную структуру и способность к формированию плёнки, а также тип и дозировку добавки.
Испытания в очищенной воде дают полезный базовый показатель начальной защиты, однако они не полностью отражают поведение технологической жидкости в реальных эксплуатационных условиях.
Во время механической обработки добавляемая вода может вносить ионы кальция, магния и хлорида. Реакционноспособные алюминиевые стружки также могут способствовать постепенному накоплению ионов алюминия в рабочей жидкости. Эти изменения могут повлиять на эффективность фосфатных эфиров и целостность защитной плёнки.
Для изучения этого эффекта исследователи протестировали семь фосфатных эфиров при различных уровнях жёсткости воды по кальцию и магнию, а также при разных концентрациях ионов алюминия.
Таблица 2. Оценки коррозии образцов алюминия после погружения в стандартизированные тестовые растворы жёсткой воды с содержанием кальция и магния.
Таблица 3. Оценки коррозии образцов алюминия после погружения в тестовые растворы, содержащие ионы алюминия.
По мере роста концентраций ионов кальция, магния и алюминия эффективность ряда фосфатных эфиров в подавлении коррозии снижалась, хотя степень снижения варьировалась.
Некоторые эфиры алкилфосфорной кислоты с разветвлённой цепью оказались относительно более устойчивыми к этим изменениям и сохраняли хорошую защиту при определённых условиях жёсткой воды. Однако их эффективность также снижалась по мере дальнейшего роста концентрации ионов.
Использование очищенной воды для первоначального замешивания не устраняет этот риск. Оно снижает введение ионов кальция и магния, но не может предотвратить накопление ионов алюминия в процессе механической обработки.
Это помогает объяснить, почему жидкость, демонстрирующая хорошие показатели при свежем приготовлении, может обеспечивать менее стабильную защиту поверхности после продолжительного использования.
Исследователи дополнительно изучили поверхности алюминия методами электрохимической импедансной спектроскопии (EIS), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS).
Результаты показали, что все эфиры фосфорной кислоты проявляли некоторую адсорбцию на алюминиевой поверхности, однако целостность образовавшихся плёнок существенно различалась.
Компактная непрерывная плёнка ограничивает прямой контакт щелочного раствора с алюминиевой поверхностью, что способствует снижению коррозии и появления пятен. Разрывы в плёнке оставляют локальные участки открытыми, где коррозия может проявляться в виде питтинга, потери блеска или чёрного обесцвечивания.
Рисунок 1. Диаграммы Найквиста для алюминия, подвергнутого воздействию различных испытательных растворов фосфатных эфиров.
Рисунок 2. СЭМ-изображения алюминиевых поверхностей, обработанных различными фосфатными эфирами: (a) NF-3; (b) MDIT; (c) PZ; (d) ASI80; (e) PA24; (f) PE169; (g) LB400.
Оценка ингибитора коррозии алюминия требует не только подтверждения образования плёнки, но и проверки её устойчивой эффективности при изменении состава воды и накоплении металлических ионов.
Исследование предлагает практическую методику анализа обесцвечивания алюминия:
Простое повышение концентрации жидкости или добавление дополнительного ингибитора коррозии может не устранить основную причину. Комплексная оценка материалов, состава жидкости, химического состава воды и условий эксплуатации обеспечивает более надёжную основу для выявления причины возникновения дефектов поверхности и снижения различий между партиями.
Для KERUN отзывы клиентов служат отправной точкой исследований, направленных на поддержку выбора жидкостей, разработку их составов и обеспечение стабильной работы в производственных условиях. Связь между наблюдениями на производстве, лабораторными испытаниями и технической поддержкой при применении позволяет превращать полученные данные в практические улучшения стабильности механической обработки и качества поверхности.
EN
