Galvanisk korrosion – årsager, mekanisme og forebyggelse

Download beskrivelsen i pdf

Galvanisk korrosion, også kendt som kontaktkorrosion, bimetallisk korrosion eller bimetallisk korrosion , er en form for elektrokemisk korrosion, der opstår, når to forskellige metaller eller legeringer er i elektrisk kontakt med hinanden og samtidig er nedsænket i et ledende miljø, dvs. en elektrolyt.

Under sådanne forhold skabes det galvanisk celleDet ene materiale bliver anoden og undergår accelereret korrosion, mens det andet fungerer som katode og er beskyttet. Galvanisk korrosion er betydelig i strukturer lavet af forskellige materialer, især i vand-, kemiske, marine-, energi- og byggeinstallationer, samt i forbindelser mellem rustfrit stål og kulstofstål, aluminium, kobber eller andre metaller.

Hvad er galvanisk korrosion?

Galvanisk korrosion opstår som følge af en elektrokemisk potentialforskel mellem to forskellige metalliske materialer.
Hvis materialerne er:

• elektrisk forbundet,
• og samtidig vil de være i kontakt med elektrolytten,

strøm kan begynde at flyde mellem dem.
Metallet med et mere aktivt potentiale bliver anode og undergår en accelereret opløsning.
Metallet bliver mere ædelt katode og dens korrosion er begrænset.

Betingelser for forekomst af galvanisk korrosion

For at typisk galvanisk korrosion kan forekomme, skal tre grundlæggende betingelser være opfyldt:

Hvis en af ​​disse betingelser elimineres, afbrydes den galvaniske celles drift.

Hvordan fungerer en galvanisk celle?

I et system af to forskellige metaller bliver det ene materiale anoden og det andet katoden.
Metaloxidationsprocessen finder sted ved anoden:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Metalatomer passerer ind i elektrolytten som ioner. Dette repræsenterer et reelt materialetab.
Elektroner strømmer gennem den metalliske forbindelse til katoden, hvor reduktionsreaktioner finder sted.

Træde i kræft:

• anoden korroderer hurtigere,
• katoden er beskyttet.

Hvad kunne være en elektrolyt?

Elektrolytten behøver ikke at være en aggressiv syre eller en stærk kemisk opløsning.

I praksis kan følgende være tilstrækkeligt:

• havvand,
• vand fra hanen,
• teknologisk vand,
• regnvand,
• atmosfærisk fugtighed,
• kondensat,
• saltopløsninger,
• fugtig jord,
• kemiske miljøer.

En særlig effektiv elektrolyt er vand indeholdende opløste salte.
Derfor er problemet med galvanisk korrosion særligt vigtigt i marine miljøer og i nærvær af klorider.

Galvanisk serie af metaller

Modtageligheden for galvanisk korrosion kan groft vurderes på baggrund af galvanisk serie specifikt for et specifikt miljø.
Metaller på den mere aktive side af serien har en større tendens til at opføre sig som anoder.
Mere ædle materialer har en større tendens til at opføre sig som en katode.
Et eksempel på en forenklet opstilling af materialer i havmiljøet kan præsenteres som følger:

Dette er en vejledende liste. Et materiales position i den galvaniske serie afhænger af miljøet og overfladens tilstand.
Derfor bør den galvaniske række ikke behandles som én universel tabel, der er gyldig under alle forhold.

Rustfrit stål og kulstofstål

En meget almindelig forbindelse er mellem rustfrit stål og almindeligt kulstofstål.
I mange miljøer er passivt rustfrit stål mere ædelt end kulstofstål.
Efter at have kombineret begge materialer i nærvær af en elektrolyt:

• Rustfrit stål kan fungere som katode,
• Kulstofstål kan blive til anode og korrodere hurtigere.

Det betyder ikke, at enhver kombination af rustfrit stål og kulstofstål automatisk vil føre til alvorlig korrosion.
Også vigtige er:

• type miljø,
• elektrolytledningsevne,
• overfladeforholdet mellem begge materialer,
• befugtningstid,
• temperatur,
• strukturens geometri.

Rustfrit stål og aluminium

Kombinationen af ​​aluminium og rustfrit stål kræver særlig opmærksomhed.
I mange miljøer er rustfrit stål i sin passive tilstand meget ædlere end aluminium.
Hvis aluminium er elektrisk forbundet med rustfrit stål, og der dannes en elektrolyt, kan aluminiumet blive anoden.
Risikoen er særligt høj i:

• havmiljø,
• tilstedeværelsen af ​​vejsalt,
• forhold med konstant fugtighed,
• konstruktioner med en stor overflade af rustfrit stål og en lille overflade af aluminium.

Elektrisk isolerende materialer anvendes ofte i sådanne forbindelser.

Rustfrit stål og kobber

Rustfrit stål og kobber kan anvendes i samme installation, men muligheden for galvaniske interaktioner bør vurderes for det specifikke miljø.
I elektrisk ledende vand kan potentialforskellen mellem materialer føre til dannelsen af ​​en galvanisk celle.
Det vigtigste er primært:

• vandets sammensætning,
• temperatur,
• elektrisk ledningsevne,
• forholdet mellem materialers overfladeareal,
• strømningsforhold.

Forholdet mellem anode og katodeoverfladeareal

En af de vigtigste faktorer, der bestemmer hastigheden af ​​galvanisk korrosion, er forholdet mellem katodeoverfladeareal og anodeoverfladeareal.
Situationen er særligt farlig:
lille anode + stor katode
Det store katodiske overfladeareal kan opretholde en betydelig katodisk reaktion, mens den anodiske opløsningsproces er koncentreret i et lille område.
Dette forårsager en meget høj anodisk strømtæthed og kan føre til hurtig, lokal ødelæggelse af det mindre ædle metal.

Lille anode og stor katode – eksempel

Forestil dig et lille stykke kulstofstål forbundet med en stor overflade af rustfrit stål.
Hvis strukturen er befugtet med elektrolyt:

• Kulstofstål kan blive en anode,
• Rustfrit stål kan fungere som en stor katode.

Hele anodeprocessen koncentreres derefter på et lille område af kulstofstål.
Korrosion kan være meget hurtigere end med en komponent lavet udelukkende af kulstofstål.

Stor anode og lille katode

Følgende ordning er langt mere fordelagtig:
stor anode + lille katode
Anodestrømmen fordeles derefter over en stor overflade.
Korrosionsstrømtætheden pr. arealenhed af anoden er lavere, så den lokale korrosionshastighed kan være meget lavere.

Eksempel – skruer i rustfrit stål i en stålkonstruktion

En lille rustfri stålskrue monteret i en stor kulstofstålkomponent skaber normalt et mere gunstigt overfladearealforhold:

• lille katode – skrue i rustfrit stål,
• stor anode – konstruktion af kulstofstål.

Den modsatte situation kan være langt farligere.
Et lille element af kulstofstål, der er forbundet med en stor overflade af rustfrit stål, kan blive udsat for meget intens galvanisk korrosion.

Skader på beskyttelseslaget og galvanisk korrosion

En særlig farlig situation kan opstå, når et mindre ædelt materiale er dækket af en beskyttende belægning, men belægningen beskadiges lokalt.
Hvis et lille, blotlagt stykke materiale bliver en anode til en stor katodisk overflade, kan korrosionen koncentreres på skadesstedet.
Derfor bør metoden til påføring af beskyttende belægninger i systemer af forskellige metaller overvejes nøje.

Galvanisering af stål – ved hjælp af det galvaniske fænomen

Det galvaniske fænomen er ikke altid ugunstigt.
Kan bruges til at beskytte metal.
Et klassisk eksempel er stal ocynkowana.
Zink er mere elektrokemisk aktivt end stål.
Hvis zinkbelægningen beskadiges lokalt, kan zinken opføre sig som en anode og korrodere i stedet for det blotlagte stål.
Dette er den såkaldte offerbeskyttelse.

Offeranoder

Det galvaniske fænomen bruges også i katodisk beskyttelse.
Et mere elektrokemisk aktivt metal er fastgjort til den beskyttede struktur og bevidst korroderet.
Følgende anoder anvendes blandt andet:

• zink,
• magnesium,
• aluminium.

Sådanne anoder kaldes offeranoder eller galvaniske anoder.
De bruges blandt andet til at beskytte:

• skibsskrog,
• rørledninger,
• tanke,
• marine strukturer,
• underjordiske stålinstallationer.

Forårsager to forskellige kvaliteter af rustfrit stål galvanisk korrosion?

Kombinationen af ​​to forskellige kvaliteter af rustfrit stål forårsager ikke nødvendigvis betydelig galvanisk korrosion.
Hvis begge materialer er i en passiv tilstand og har lignende potentialer i et givet miljø, kan potentialforskellen være lille.
Derfor forbindelser som:

• 304L med 316L,
• 316L med 904L,
• 316L med duplex 2205

kan fungere uden alvorlige galvaniske problemer i mange miljøer.
Situationen bør dog altid vurderes i lyset af de faktiske driftsforhold.

Aktive og passive tilstande af rustfrit stål

I tilfælde af rustfrit stål er overfladens tilstand af særlig betydning.
Rustfrit stål i passiv tilstand er dækket af et passivt lag og udviser et relativt ædelt elektrokemisk potentiale.
Hvis det passive lag ødelægges, og materialet bliver lokalt aktivt, kan dets elektrokemiske adfærd ændre sig betydeligt.
Derfor er det ikke nok kun at kende navnet eller nummeret på stålkvaliteten, når man vurderer risikoen for galvanisk korrosion.

Er potentialforskellen tilstrækkelig til at forudsige korrosionshastigheden?

Nej.
En stor potentialforskel mellem materialer indikerer muligheden for galvanisk korrosion, men bestemmer ikke i sig selv dens faktiske hastighed.
Også vigtige er:

• katodisk reaktionskinetik,
• polarisering af materialer,
• elektrolytledningsevne,
• temperatur,
• adgang til ilt,
• forholdet mellem katode og anodeoverfladeareal,
• afstand mellem elementer,
• strukturens geometri.

Derfor bør en simpel potentialtabel ikke være det eneste grundlag for valg af materialer.

Indflydelse af elektrolytledningsevne

Jo større miljøets elektriske ledningsevne er, desto lettere er det for strøm at flyde i en galvanisk celle.
Derfor er det særligt farligt havvand, som takket være sit høje indhold af opløste salte er en god elektrolyt.
I vand med meget lav ledningsevne kan den galvaniske interaktion være meget svagere og mere rumligt begrænset.

Galvanisk korrosion i havvand

Havmiljøet skaber meget gode betingelser for dannelsen af ​​galvaniske celler.
Følgende sker der samtidigt:

• høj elektrolytledningsevne,
• klorider,
• konstant eller periodisk kontakt med vand,
• et stort antal forskellige byggematerialer.

Derfor analyseres muligheden for kontakt særligt omhyggeligt i marine strukturer:

• rustfrit stål med kulstofstål,
• rustfrit stål med aluminium,
• stål med kobber og dets legeringer,
• forskellige aluminiumlegeringer,
• forskellige kvaliteter af rustfrit stål.

Hvordan forebygger man galvanisk korrosion?

De vigtigste metoder til at reducere galvanisk korrosion er:

• undgå ugunstige kombinationer af forskellige metaller,
• udvælgelse af materialer med de mest lignende galvaniske potentialer i et givet miljø,
• elektrisk isolering af forskellige metaller,
• brug af skiver, bøsninger og isolerende afstandsstykker,
• begrænsning af strukturens kontakt med elektrolytten,
• brug af passende beskyttende belægninger,
• undgå konfigurationen lille anode - stor katode,
• passende design af forbindelser,
• brug af katodisk beskyttelse,
• brug af offeranoder.

Elektrisk isolering af forskellige metaller

En af de mest effektive metoder til at forhindre galvanisk korrosion er at afbryde elektrisk kontakt mellem forskellige materialer.
Følgende kan blandt andet bruges:

• isolerende puder,
• plastbøsninger,
• isolerende pakninger,
• ikke-ledende belægninger,
• afstandsholdere lavet af isolerende materialer.

Hvis elektroner ikke kan flyde mellem metaller, kan en klassisk galvanisk celle ikke fungere korrekt.

Galvanisk korrosion og spaltekorrosion

Galvanisk og spaltekorrosion er forskellige mekanismer, men de kan forekomme samtidigt i samme kombination.

Galvanisk korrosion og grubetæring

Galvanisk korrosion er heller ikke det samme fænomen som grubetæring.
Grubetæring kan forekomme på ét materiale på grund af lokal skade på det passive lag, især i nærvær af klorider.
Galvanisk korrosion skyldes den elektrokemiske interaktion mellem forskellige materialer, der er elektrisk forbundet i nærvær af en elektrolyt.
I praktiske designs kan begge mekanismer dog forekomme samtidigt.

De mest almindelige designfejl

Tilsyneladende små designfejl fører ofte til problemer med galvanisk korrosion.
Tilhører dem:

• sammenføjning af aluminium direkte med rustfrit stål i et marint miljø,
• brugen af ​​små kulstofstålelementer med et stort overfladeareal af rustfrit stål,
• ingen elektrisk isolering mellem forskellige metaller,
• design af vandtilbageholdelsesområder,
• skader på beskyttende belægninger,
• brug af uegnede fastgørelsesmidler,
• manglende hensyntagen til de faktiske driftsforhold.

Galvanisk korrosion – De vigtigste konklusioner

Galvanisk korrosion opstår, når To forskellige metalliske materialer er i elektrisk kontakt og samtidig i nærvær af en elektrolyt.
Det mere aktive materiale bliver anoden og undergår accelereret korrosion, mens det mere ædle materiale fungerer som katode.
Systemet er særligt farligt lille anode – stor katode, fordi korrosionsprocessen er koncentreret på et lille område af anodematerialet.
Ved design af rustfri stålforbindelser skal der lægges særlig vægt på kontakt med aluminium, kulstofstål, kobber og andre metaller.
Risikoen afhænger ikke kun af typen af ​​materialer, der forbindes, men også af deres overfladearealforhold, elektrolyttype, temperatur, miljøledningsevne og konstruktionsgeometri.
De mest effektive måder at begrænse galvanisk korrosion på er korrekt valg af materialer, afbrydelse af elektrisk kontakt, begrænsning af elektrolytadgang og passende design af anode- og katodeoverfladearealforholdet.

Korrosion kan forekomme via forskellige mekanismer, afhængigt af materiale, miljø og driftsforhold. Lær om andre typer korrosion:

Typer af korrosion af stål og metaller

Ensartet korrosion af stål og metaller
Grubetæring af rustfrit stål
Spaltekorrosion af rustfrit stål
Intergranulær korrosion af rustfrit stål
Spændingskorrosionsrevnedannelse SCC
Galvanisk korrosion
Erosiv korrosion
Kavitationskorrosion
Korrosionsudmattelse
Frettingkorrosion
Mikrobiologisk korrosion MIC
Højtemperaturkorrosion

Opdeling af korrosion efter miljø

Marin korrosion – korrosion af stål og metaller i havvand
Atmosfærekorozja
Jordkorrosion
Korrosion i ferskvand og industrivand
Korrosion i kloridmiljøer
Korrosion i sure miljøer
Korrosion i alkaliske miljøer
Korrosion i gasser og udstødningsgasser
Korrosion i kloak- og kloaksystemer
Korrosion i kemiske og petrokemiske miljøer

Relaterede emner

CPT – kritisk grubetæringstemperatur for rustfrit stål og nikkellegeringer
PREN – indeks for modstandsdygtighed over for grubetæring for rustfrit stål
CCT – Kritisk spaltekorrosionstemperatur for rustfrit stål og nikkellegeringer