Corrosion Properties of Extruded Aluminium Alloys Enabling Post-Consumer Scrap Materials

Abstract

Dette prosjektet undersøker hvordan inkorporering av skrapmaterialer (post-consumer scrap, PSC) i aluminiumslegeringer påvirker legeringenes korrosjonsegenskaper. Inkludering av PCS i aluminiumslegeringer kan bidra til en mer miljøvennlig og bærekraftig aluminiumsindustri. Denne studien undersøkte de mikrostrukturelle og elektrokjemiske egenskapene til forskjellige ekstruderte aluminiumslegeringer, av 3000-serien, til bruk i varmevekslere. Korrosjonsegenskaper er av vesentlig betydning da det er avgjørende å minimere og kontrollere materialnedbrytning for å forhindre enhetssvikt. Minikjernevarmevekslere med ulike legeringssammensetninger, loddebelegg og finnematerialer ble mottatt fra industrien. De ulike rørlegeringene inkluderte en konvensjonell aluminiumslegering som er mye anvendt i industrien for varmevekslerapplikasjoner, fire modifiserte legeringer som skal simulere PCS-materialer og en legering med høyt kobberinnhold. Interaksjoner mellom finner og rør, rørbelegg, samt påvirkning av mekaniske og termomekaniske behandlinger på rørlegeringene ble undersøkt. For å evaluere egenskapene til rørmaterialene ble de mottatte minikjernevarmevekslerne demontert, og rørmaterialene testet. Prøveoverflatene ble først alkalisk etset og deretter ble akselererte korrosjonstester i en sur kloridløsning over ulike tidsperioder gjennomført. Overflatene og tverrsnittene til prøvene ble undersøkt ved bruk av lysoptisk mikroskop (LOM) og sveipelektronmikroskop (SEM). I tillegg ble elektrokjemiske tester utført for å måle åpne kretspotensialer og vurdere legeringenes anodiske og katodiske responser. Økt kobberinnhold førte til reduserte korrosjonsegenskaper og økt nedbrytningshastighet av materialet, mens høyere manganinnhold reduserte den katodiske aktiviteten til kobber i legeringsmatrisen. Basert på graden av nedbrytning observert på prøveoverflaten viste den konvensjonelle legeringen de beste korrosjonsegenskapene. Observasjonene stemmer overens med forventningene da legeringselementene i de modifiserte legeringene vil redusere korrosjonsmotstanden. Observasjonene var gjentagende gjennom studien, men ytterligere undersøkelser er nødvendig for å validere funnene og for å avgjøre hvor mye PCS som kan inkorporeres i aluminiumslegeringene samtidig som kravspesifikasjonene for varmevekslere oppfylles.

This project investigates the impact on aluminium alloys' corrosion properties when incorporating post-consumer scrap (PCS) materials in the alloys. Enabling PCS in aluminium alloys can contribute to a more environmentally friendly and sustainable aluminium industry. This study examined the microstructural and electrochemical properties of different extruded aluminium alloys, of the 3000 series, for use in heat exchangers. Corrosion properties are of significant importance as it is crucial to minimise and control material degradation in order to prevent unit failure. Mini core heat exchangers with various alloy compositions, brazing coatings and fin materials were obtained from the industry. The tube alloys included a conventional aluminium alloy suitable for heat exchanger applications, four modified alloys simulating PCS materials, and one alloy with high copper content. Interactions between fins and tubes, tube coatings, as well as the impact of mechanical and thermomechanical treatments on the properties of the tube alloys were investigated. To evaluate the tube materials' properties, the received mini core heat exchangers were disassembled, and the tube materials were tested. The samples underwent alkaline etching and accelerated corrosion tests in an acidic chloride solution for different durations. The surfaces and cross sections of the samples were examined using a light optical microscope (LOM) and a scanning electron microscope (SEM). Electrochemical testing was also conducted to measure open circuit potentials and assess the alloys' anodic and cathodic responses. Increasing copper content led to decreased corrosion properties and increased degradation rates, while higher manganese content reduced the cathodic activity of copper within the alloy matrix. The results indicated that the conventional alloy exhibited the best corrosion properties among the tested alloys based on the degree of degradation observed on the sample surfaces. These observations align with the expectations as the alloying elements in the modified alloys decrease the corrosion resistance. The trends were coherent throughout the study, but further investigation is necessary to validate the findings in order to determine the permissible amount of post-consumer scrap that can be incorporated in the aluminium alloys while fulfilling the required standards for heat exchangers.