Влияние железа и марганца на коррозионную стойкость загрязнённых вторичных чугунно‑алюминиевых отливок Al‑Si‑Mg

Более прочные автомобили из более экологичного металла

В условиях стремления отраслей сократить выбросы углерода переработанный алюминий становится ключевым компонентом для облегчения автомобилей, поездов и самолётов. Но при переплавке лом приносит с собой нежелательных химических «пассажиров», которые в течение лет службы могут незаметно разрушать металлические детали. В этом исследовании рассматривается, как две распространённые примеси — железо и марганец — формируют долгосрочную коррозию переработанных литых сплавов Al‑Si‑Mg, и показано, как небольшая корректировка их соотношения может превратить уязвимый «грязный» алюминий в долговечный и устойчивый материал.

Почему алюминий из лома ведёт себя хуже

Переработанный алюминий экономит до 90% энергии по сравнению с первичным металлом, но его гораздо труднее очистить. Такие элементы, как железо, марганец, медь и магний, остаются в расплаве и образуют внутри металла крошечные твёрдые частицы. Эти частицы, известные как интерметаллиды, могут действовать как микроскопические батареи при контакте сплава с солёной водой: одни области ведут себя как катоды, другие — как аноды, и возникающие токи приводят к локальному растворению, образованию ямок и трещин. Среди этих частиц особенно вредны тонкие пластинчатые соединения, обогащённые железом, которые ускоряют локализованную коррозию в повседневных условиях, таких как распыление дорожной соли и морской воздух.

Создание трёх тестовых сплавов

Исследователи отлили три варианта популярного автомобильного сплава AlSi7Mg0.3, варьируя содержание железа и марганца. Сплав A содержал относительно мало железа и мало марганца; Сплав B имел высокий уровень железа, но по‑прежнему мало марганца; Сплав C сохранял такой же высокий уровень железа, как в сплаве B, но добавлял больше марганца, увеличивая отношение Mn/Fe. Микроскопия показала, что в Сплаве B при высоком содержании железа и низком марганце образовалось много длинных пластинчатых частиц, обогащённых железом. В отличие от этого, Сплав C преобразовал большинство этих пластин в более компактные, извитые частицы типа «китайского письма», в которых смешались железо и марганец. Одновременно общая зеренная структура и кремниевоая сеть в алюминии стали более тонкими и однородными — изменение, известное тем, что оно влияет на распространение коррозии.

Наблюдение за «гниением» металла в солёных условиях

Чтобы изучить поведение этих микроструктур в коррозионной среде, команда использовала электрохимические испытания в солевых растворах, длительные испытания в соляном тумане, имитирующие тонкие атмосферные пленки влаги, и высокоразрешающую съёмку поражённых сечений. При погружении в стандартный раствор хлорида натрия все три сплава показали похожие средние электрохимические сигнатуры, что означает: только объёмные тесты не могли их различить. Микроскопия показала иную картину: коррозия преимущественно проедала тонкие области Al‑Si и вокруг интерметаллидов, при этом более глубокие ямы формировались возле пластинчатых железосодержащих частиц. В условиях соляного тумана Сплав B разрушается быстрее всего: широко распространённые тёмные продукты коррозии и глубокие канавы вокруг пластинчатых частиц. Сплав C, несмотря на тот же уровень железа, корродировал медленнее; его обогащённые марганцем «китайские» частицы в основном сохраняли форму, подвергаясь лишь ограничённой атаке по краям и вызывая более мелкие окружающие повреждения.

Моделирование микроскопических путей коррозии

Экспериментам сопутствовали компьютерные симуляции, моделировавшие микрогальваническую коррозию на масштабе отдельных фаз. Используя метод конечных элементов, авторы представили сплав как смесь алюминиевой матрицы и связанных областей Al‑Si в тонкой солёной плёнке. Они ввели измеренное электрохимическое поведение для каждой фазы и отслеживали, как концентрируются токи и как со временем движется фронт коррозии. Модель воспроизвела то, что наблюдали под микроскопом: токи фокусировались вдоль сети Al‑Si, обеспечивая избирательное растворение там и оставляя первичный алюминий относительно нетронутым — классический межзёрновой тип атаки. Более крупные или более непрерывные частицы‑примеси усиливали локальные токи, что объясняет, почему длинные пластинчатые железосодержащие частицы в Сплаве B так вредны по сравнению с более стабильными формами, модифицированными марганцем, в Сплаве C.

Практический рецепт для более прочных вторичных сплавов

Сочетая визуализацию, электрохимические испытания, экспозиции в соляном тумане и физически обоснованное моделирование, исследование выявляет оптимальную зону для балансировки железа и марганца в загрязнённых переработанных литых сплавах Al‑Si‑Mg. Поддержание отношения Mn/Fe примерно в пределах от 0,3 до 0,6 подавляет образование высокоактивных пластинчатых железных соединений и способствует формированию более безобидных частиц типа «китайского письма», которые менее гальванически агрессивны и в процессе коррозии в основном сохраняют целостность. Для неспециалиста вывод прост: тщательная настройка уровней примесей, вместо дорогостоящей очистки, позволяет литейным заводам превращать смешанный лом в алюминиевые отливки, которые одновременно более экологичны и долговечны, что обеспечивает более долгий срок службы лёгких компонентов для автомобилей и других транспортных средств в жёстких солёных условиях.

Цитирование: Li, Q., Gazenbiller, E., Jarren, L.C. et al. Effect of iron and manganese on the corrosion resistance of contaminated secondary Al-Si-Mg cast alloys. npj Mater Degrad 10, 42 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00767-y

Ключевые слова: переработанный алюминий, коррозия, примеси, железо и марганец, автомобильные сплавы