Алюминиевые сплавы. Химический состав. Обработка. Защита от коррозии.


Предыстория

 

На протяжении десятилетий приоритетным движущим фактором индустрии светопрозрачных оболочек, были макроэкономические тенденции, в известном смысле задававшие определённые рамки в разработке технических решений.

 

Немаловажным фактором, предопределившим широкое внедрение алюминиевых сплавов в строительную практику, стала послевоенная конверсия военно-промышленного комплекса Европы и США, в результате чего образовался огромный излишек в производстве алюминия, использовавшегося для самолётов. Когда производство самолётов было свёрнуто, специализированные предприятия были переориентированы на выпуск продукции строительного назначения.

 

Алюминиевые переплёты окон, в этот период доказали свою конкурентоспособность, благодаря возможности получения разнообразных сечений сложной формы за счёт относительно простых операций обработки горячего металла. В США они впервые были применены ещё до войны — в 1936 году при строительстве библиотеки Кембриджского Университета и гораздо позднее в нашей стране — только в 70-х годах XX столетия при строительстве Института автоматики и телемеханики в Москве. В настоящее время, профильные системы из алюминиевых сплавов, развитые по номенклатуре изделий, являются общепризнанным мировым лидером для производства стержневых элементов фасадных и кровельных светопрозрачных оболочек.

    

  

Немного об алюминии

 


Алюминий (Al) — металл серебристо-белого цвета, находится в группе II периодической системы элементов, порядковый номер 13. Относится к группе лёгких цветных металлов.

 

По сравнению со сталью алюминий является мягким пластичным материалом. Плотность его составляет r = 2700 кг/м 3, а модуль упругости E = 71 000 Па, что почти в три раза меньше плотности и модуля упругости стали. Алюминий очень пластичен — удлинение при разрыве достигает 40–50%, но прочность его весьма низка (предел прочности sв составляет порядка 60–70 МПа). Алюминий имеет очень высокую, даже по сравнению с другими металлами, теплопроводность. Его коэффициент теплопроводности составляет l = 220 Вт/м °С, что почти в 4 раза превышает коэффициент теплопроводности стали. Серьёзным недостатком алюминия, с точки зрения применения в светопрозрачных конструкциях, является относительно высокий коэффициент линейного температурного расширения k= 24,0 ∙ 10–6 С–1, который более чем вдвое превышает аналогичную величину для стекла и стали.

  

 

Его использование


Вследствие низкой прочности технически чистый алюминий в строительных конструкциях применяется крайне редко. Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки — магний, марганец, медь, кремний цинк и некоторые другие элементы. Легирование повышает прочность алюминия, но снижает его пластичность и коррозионную стойкость. Поэтому в строительстве применяют малолегированный алюминий малой и средней прочности. Механические, технологические и эксплуатационные свойства алюминиевых сплавов определяются химическим составом и условиями обработки полуфабрикатов. Все сплавы на основе алюминия подразделяются на два класса —деформируемые (обрабатываемые давлением — прокаткой, прессованием, штамповкой, гибкой) и литейные. В строительстве используют почти исключительно деформируемые сплавы, из которых изготавливают листы, ленты, профили, трубы и другие полуфабрикаты. Для производства оконных и фасадных профилей используются сплавы на основе системы Al-Mg-Si, которые по своему химическому составу относятся к деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, заключающейся в закалке и последующем старении. Сплавы системы Al — Mg — Si отличаются высокой коррозионной стойкостью и пластичностью, что позволяет прессовать из них тонкостенные профили сложного сечения при больших скоростях. Они удовлетворительно свариваются аргоно-дуговой, роликовой и точечной сваркой, хорошо полируются, имеют хороший декоративный вид.

 

 


Получение профилей из алюминия


Профили из алюминиевых сплавов для изготовления светопрозрачных конструкций получают методом прессования — путем механического продавливания заготовки, нагретой до определенной температуры, через матрицу с заданным сечением. В современной терминологии, употребляемой зарубежными производителями, по аналогии с ПВХ применяется такое понятие как «экструзия». Поскольку алюминиевые сплавы, используемые для производства оконных профилей очень пластичны, метод прессования (экструзии) позволяет получать профили сложного сечения.

    

  


Коррозионная стойкость


Алюминий и его сплавы легко окисляются на воздухе, образуя на поверхности плёнку окисла толщиной 0,01…0,02 микрона, которая сама по себе, отличается высокой плотностью и прочностью.Это и определяет высокую коррозионную стойкость алюминия. Профильные системы, изготовленные из алюминиевых сплавов и эксплуатируемые в неагрессивной, слабоагрессивной и среднеагрессивной средах, т.е. в подавляющем большинстве помещений гражданских зданий, можно применять без специальной защиты от коррозии.Таким образом, при обычных эксплуатационных условиях (в неагрессивной окружающей атмосфере) коррозия алюминия обычно не рассматривается как фактор, способный нанести какой-либо существенный вред сооружению. За счёт образования естественного оксидного слоя считается, что алюминий в этих условиях обладает почти неограниченной долговечностью, что подтверждается хорошим техническим состоянием целого ряда объектов, возведённых в различных странах мира несколько веков назад.

 

Наиболее выдающийся пример — церковь San Gioacchino в Риме, где архитектор Лоренцо де Росси, уверенный в безграничном сроке службы неокрашенного алюминия, рекомендовал сделать из него купол, сохранившийся в отличном состоянии до сегодняшних дней.

 

Первым большим показательным проектом с использованием алюминия в строительстве стал концертный зал Dortmunder Westfalenhalle, возведённый в Германии в 1951–1952 гг. Конструкции кровли, площадью около 10.000 м2 были выполнены из алюминиевых профилей, находящихся сегодня в безупречном состоянии.

 

Гостиница «Россия» в центре Москвы, снесённая в 2007 году, до последних дней сохраняла первоначальный вид алюминиевых панелей под «золото», которыми была отделана при строительстве в 1964–1969 гг.

 

Основным условием возникновения коррозии алюминиевых строительных конструкций является воздействие на них агрессивной атмосферы с высокой концентрацией соединений хлора, фтора или окислов SO2 и NO2 при высокой относительной влажности воздуха f = 60…90% и температуре окружающей среды порядка +20°C. Такие условия могут возникнуть при возведении зданий на морских побережьях или в экологически загрязнённых промышленных районах, а также при использовании алюминиевых конструкций в зданиях бассейнов, аквапарков и других помещений с высоким уровнем влажности внутреннего воздуха и содержанием в нём соответствующих агрессивных веществ.

 

В этих условиях развивается так называемая нитевидная коррозия алюминия и его сплавов, которая может появиться уже через 6 месяцев после монтажа конструкций в здании. Коррозия такого типа распространяется по поверхности в форме тонких, прямолинейных, изогнутых или скошенных линий. Нитевидная коррозия может возникать как на окрашенной, так и на неокрашенной алюминиевой поверхности. На неокрашенной поверхности она развивается в поверхностном слое, не проникая вглубь. При окрашенных поверхностях агрессивная среда проникает под плёнку краски через поры большого размера или другие места повреждений в плёнке. Осмотическое давление и большие объемы продуктов коррозии вызывают отделение плёнки от основания. В общем случае для защиты от коррозии и подготовки к последующей окраске поверхность профилей подвергают электролитической очистке — анодированию. Для предотвращения нитевидной коррозии рекомендуется проводить специальную дополнительную операцию — предварительное тонкослойное анодирование (пред-анодирование) с последующим покрытием лакокрасочным материалом. Полости, в которых обработка поверхности невозможна, должны быть тщательно загерметизированы. После пред-анодирования может использоваться любая другая декоративная обработка поверхности, жидкая или порошковая покраска, создающее желаемое цветовое решение и оттенок. По технологическим требованиям, покраска должна производиться сразу через 12–16 часов после этапа пред-анодирования. Поэтому такая технология обработки профилей возможна лишь на предприятиях, имеющие оборудование для выполнения обеих операций. Необходимо отметить, что покрасочный слой в данном случае оказывает влияние только на эстетические свойства изделия, при этом никак не улучшая антикоррозионную устойчивость профиля. Устойчивость к появлению и развитию нитевидной коррозии создается исключительно за счёт пред-анодирования поверхности.

Процессы нитевидной коррозии негативно влияют на внешний облик профильных элементов, однако не представляют реальной угрозы для прочностных свойств светопрозрачной оболочки. Основной причиной разрушения металлоконструкций (в том числе и из алюминиевых сплавов) является электрохимическая коррозия, происходящая в различных водных растворах и возможная в атмосферных условиях при воздействии влажного воздуха (электролитная среда). В таких условиях при контакте двух металлов с определённой разницей потенциалов образуется гальваническая пара. В этом случае развивается процесс растворения металла, обладающего большим отрицательным электродным потенциалом. Этот металл станет анодом и будет посылать свои ионы в раствор электролита, а другой металл — катодом, и в присутствии первого металла в электролите растворяться не будет.

 

 Алюминий обладает очень большим отрицательным потенциалом, и в среде электролита будет образовывать гальваническую пару с большинством металлов, при этом являясь анодом и разрушаясь. С точки зрения проектирования строительных конструкций, наиболее важна опасность разрушения алюминия и его сплавов за счёт образования гальванической пары со сталью. Наиболее слабым местом светопрозрачных оболочек, выполняемых на основе алюминиевых профильных систем, являются места сопряжения алюминиевых профилей со стальными крепёжными элементами (кронштейнами и болтами), где в обычных атмосферных условиях при воздействии влажного воздуха или дождевой воды, будут возможными локальные процессы электрохимической коррозии. Учитывая указанный фактор, при проектировании навесных фасадов, к кронштейнам, за счёт которых осуществляется закрепление оболочки на несущих конструкциях здания, должны предъявляться строжайшие требования. Крепежные метизы — саморезы, винты и др., которые при эксплуатации конструкции находится снаружи помещения, должны быть изготовлены из нержавеющей стали класса А4 согласно рекомендациям DIN EN ISO 3506. Крепежные метизы, находящиеся в процессе эксплуатации внутри помещения должны быть изготовлены из нержавеющей стали класса А2 согласно рекомендациям DIN EN ISO 3506.

   

 

 

Компания "Сибирь" может предложить Вам:





Возврат к списку