Химическая активность

Алюминий характеризуется высокой химической активностью: энергия образования его соединений с кислородом, галоидами, серой и углеродом очень велика. В ряду напряжений он занимает место среди наиболее электроотрицательных элементов (нормальный потенциал его около 1,3 В).
Обладая большим сродством к кислороду, алюминий на воздухе теряет блеск, покрываясь тонкой, но очень прочной окисной пленкой. Электронно-микроскопические исследования показывают, что пленка окиси алюминия на поверхности твердого алюминия сплошная и беспористая. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его высокие антикоррозионные свойства. Толщина пленки окиси алюминия на поверхности металлического алюминия ∼2·10^-4мм.
Интенсивность окисления алюминия зависит от температуры, степени его раздробленности и примесей других металлов, присутствующих в нем.
Алюминий, нагретый на воздухе до температуры, близкой к точке его плавления (660°С), продолжает окисляться, причем степень окисления его при этой температуре пропорциональна квадратному корню из продолжительности окисления. Окисление алюминия существенно ускоряется при температурах выше его точки плавления, мелко же раздробленный металл при нагревании на воздухе энергично сгорает.
Присутствие в алюминии примесей магния, кальция натрия, кремния и меди усиливает его окисление. Особенно легко окисляются при нагревании алюминиево-магниевые сплавы, на поверхности которых образуются рыхлые окисные пленки. В присутствии следов ртути пленка окиси алюминия на поверхности твердого алюминия нарушается, и весь металл полностью окисляется.

Коррозионная стойкость

. Одним из самых важных качеств алюминия является его исключительно высокая стойкость к коррозии, значительно возрастающая с повышением степени его чистоты.
Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к морской воде, уксусной, лимонной, винной и другим органическим кислотам. Он практически не взаимодействует с концентрированной азотной и 100 %-ной серной кислотами, но быстро разрушается в разбавленной азотной кислоте, а также в разбавленной серной кислоте при концентрациях более 10 % (максимальная растворимость наблюдается в 80 %-ной серной кислоте). Быстро растворяется алюминий также в растворах щелочей, соляной, плавиковой и бромистоводородной кислотах; слабо взаимодействует с борной кислотой. Алюминий устойчив в нейтральных растворах солей магния и натрия, слабо влияют на алюминий сернистый газ, аммиак и сероводород.
Химическая стойкость алюминия обусловливается, как указывалось выше, образованием на его поверхности тончайшей, но плотной беспористой пленки окиси алюминия. Сцепление окисной пленки с алюминием в местах нахождения примесей в металле значительно уменьшается, и эти места уязвимы для коррозии. У алюминия с ничтожным содержанием примесей окисная пленка имеет очень прочное сцепление с поверхностью. Поэтому алюминий высокой и особой чистоты чрезвычайно стоек против действия многих химически активных реагентов.
Коррозионная стойкость алюминия различной степени чистоты может быть охарактеризована потерями массы испытуемого образца металла или объема водорода, выделяющегося с единицы поверхности металла при обработке его в течение 1ч соляной кислотой определенной концентрации.

Из приведенных данных следует, что коррозионная стойкость электролитически рафинированного алюминия (99,99%) в 3–15 раз выше, чем алюминия технической чистоты.
Дальнейшее повышение чистоты алюминия еще в большей степени увеличивает его коррозионую стойкость. Например, поверхность электролитически рафинированного алюминия (99,998 %) через 20 сут выдерживания в 22 %-ной соляной кислоте покрылась глубокими трещинками. Поверхность же более чистого алюминия (очищенного зонной плавкой и подвергнутого электрополировке) после выдерживания в соляной кислоте в течение 100 суток сохранила свой первоначальный блеск. Установлено, что для алюминия чистотой 99,99 % и выше скорость коррозии зависит главным образом от содержания в нем меди. Например, при содержании выше 2·10^-3 % Cu алюминиевый лист толщиной 1,5мм при выдержке в 20 %-ной соляной кислоте в течение недели прокорродировал насквозь; в тех же условиях алюминий, содержащий от 0,9 до 3·10^-4 Сu, полностью разрушился только через две недели.

Влияние примесей на коррозионную стойкость:
• Fe+Si. С увеличением содержания суммы примесей Fe+Si коррозионная стойкость алюминия (в 5%-ном растворе НС1) с очень малым содержанием меди (<0,005 %) постепенно падает. Для алюминия с высоким содержанием Fe+Si (0,9%), которое соответствует стандартной марке А0, скорость коррозии равна 27— 31,5 г/(м²·ч), для металла технической чистоты марки А7 — всего лишь 0,24— 1,07 г/(м²·ч), а для алюминия марки А6— 1,19–1,64 г/(м²·ч).
  Исследования позволили установить отрицательное влияние примеси железа на коррозионную стойкость алюминия, которая уменьшается с увеличением содержания железа. Увеличение содержания кремния от 0,0003 до 1–2% практически не сказывается на коррозионной стойкости металла. Алюминий с очень низким содержанием железа (0,003%) в 5%-ном растворе НС1 корродирует очень медленно [0,10–0,157 г/(м²·ч)], независимо от увеличения содержания в нем кремния от 0,003 до 0,5–1%. Даже при большем содержании кремния (до 2%) скорость коррозии алюминия невелика.
• Ti. 0,01–0,19% Ti заметно не влияют на коррозионную стойкость алюминия этих марок в 5%-ном растворе НС1.
• Be. Бериллий в малых количествах (0,05–0,5%) незначительно снижает коррозионную стойкость алюминия высокой и технической чистоты в 5%-ном растворе НС1.
• Nb. Ниобий же, введенный в такой алюминий, более ощутимо снижает его коррозионную стойкость. Если в присутствии 0,03–0,09% Nb это снижение невелико, то при более высоком содержании ниобия (0,14–0,19%) оно уже значительно.
• Ga, Re. Весьма отрицательно влияют на стойкость алюминия против коррозии небольшие добавки галлия и рения. Для алюминия стандартной марки А7, содержащего 0,5% Ga, скорость коррозии достигает 120 г/(м²·ч), а содержащего 0,3% Re — 250 г/(м²·ч).

Для сравнения укажем, что скорость коррозии бессортного алюминия, богатого железом (1%Fe+0,03%Si), составляет около 100 г/(м²·ч).