L'alluminio ha la capacità di interagire attivamente con l'ossigeno. L'ossido di alluminio A1 2 O 3 che ne deriva ricopre la superficie del prodotto con una pellicola forte e densa. L'ossidazione dell'alluminio a temperatura normale cessa praticamente una volta raggiunto lo spessore massimo della pellicola. Lo spessore massimo della pellicola dopo l'esposizione dell'alluminio all'aria a 20°C si stabilisce dopo 7-14 giorni e raggiunge i 5-10 nm.
Da dove deriva l'ossidazione dell'alluminio?
L'ossidazione dell'alluminio può essere spiegata dalle buone proprietà protettive dello strato di ossido. Ciò è confermato dal noto principio secondo cui si forma una pellicola densa con proprietà protettive se il rapporto tra il volume dell'ossido e il volume del metallo ossidato è maggiore di uno; per l'alluminio questo rapporto è di 1,24, mentre per il magnesio è di 0,79. A causa delle scarse proprietà protettive dello strato di ossido di magnesio, la sua ossidazione, a differenza di quella dell'alluminio, avviene in modo continuo e lo spessore dello strato aumenta linearmente con il tempo.
Gli scienziati hanno subito apprezzato l'ossidazione dell'alluminio. Questo perché la reazione rende la superficie del metallo virtualmente resistente alla corrosione. Finché non viene danneggiato da graffi o piegature, è l'ossidazione dell'alluminio a renderlo sicuro. La reazione è possibile grazie alle caratteristiche dell'allumina stessa, come la sua capacità di adsorbire i gas, in particolare il vapore acqueo. Quest'ultimo viene trattenuto dallo strato di ossido fino al punto di fusione del metallo. Lo strato di allumina, caratterizzato da una notevole resistenza meccanica (20 MPa per uno spessore di 10 -5 cm), è facilmente trattenuto sulla superficie del metallo dalle forze di tensione superficiale, nonostante la sua maggiore densità rispetto all'alluminio (2,85-3,95). Il coefficiente di espansione termica del film di ossido è quasi 6 volte inferiore a quello dell'alluminio, quindi si formano delle crepe nel film di ossido quando il metallo viene riscaldato.
Tipi di pellicola sull'alluminio
Se l'alluminio ossidato contiene additivi di lega, la composizione dello strato di ossido può cambiare. Nella composizione dello strato di ossido delle leghe contenenti silicio o magnesio, si rileva la presenza rispettivamente di sillimanite (Al 2 O 3 -SiO) e spinello di magnesio (MgO-Al 2 O 3 ). Se l'alluminio ossidato contiene impurità con elementi alcalini e alcalino-terrosi, lo strato di ossido si arricchisce dei loro ossidi. Uno strato di ossido così complesso è più sciolto, più igroscopico e meno in grado di proteggere il metallo dalla diffusione dei gas.
L'ossidazione dell'alluminio complica il processo di saldatura. Grazie al suo elevato punto di fusione (2050°C), lo strato di ossido non si scioglie durante il processo di saldatura e ricopre il metallo con un rivestimento resistente. Durante il processo di saldatura, è necessario adottare misure per distruggere e rimuovere lo strato e proteggere il metallo da una nuova ossidazione. A causa dell'elevata resistenza chimica del giunto, è quasi impossibile recuperare l'alluminio dall'ossido in condizioni di saldatura. È anche impossibile legare Al 2 O 3 in un composto forte nella reazione acido + base = sale. Pertanto, l'azione nella saldatura dell'alluminio si basa sui processi di dissoluzione e lavaggio dello strato di ossido disperso.
I flussi e i rivestimenti degli elettrodi per la saldatura dell'alluminio e delle sue leghe sono costruiti in modo simile. Gli agenti ossidanti per l'alluminio sono miscele a bassa fusione di sali di cloruro di elementi alcalini e alcalino-terrosi, a cui viene aggiunta una piccola quantità di composti fluorurati per attivare l'azione del flussante.
Leghe di alluminio
Nelle leghe di alluminio, la concentrazione di elementi leganti è generalmente bassa e raramente supera il 5-10%. Se consideriamo l'attività estremamente elevata dell'alluminio nei confronti dell'ossigeno e la sua capacità di ridurre molti metalli dai loro ossidi, non possiamo aspettarci perdite di ossidazione significative di elementi come Cu, Mn, Fe, Si, Zn, che si verificano in basse concentrazioni nelle leghe.
L'eccezione può essere il magnesio, che ha un'affinità per l'ossigeno molto più elevata dell'alluminio. Calcoli approssimativi mostrano che in una lega di alluminio, la massima ossidazione del magnesio si osserva quando il suo contenuto nella lega è di qualche decimo di punto percentuale. La presenza di un forte strato di ossido sulla superficie del metallo influisce sulla natura del trasferimento delle gocce di metallo. Quando si salda in un ambiente ossidante, la dimensione delle goccioline che escono dall'elettrodo raggiunge un valore elevato e la combustione dell'arco è instabile. Riducendo l'effetto ossidante dell'atmosfera e utilizzando rivestimenti sugli elettrodi, è possibile ridurre le dimensioni delle goccioline trasferite.
