गैल्वेनिक संक्षारण – कारण, क्रियाविधि और रोकथाम

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गैल्वेनिक संक्षारण, जिसे संपर्क संक्षारण, द्विधात्विक संक्षारण या द्विधात्विक संक्षारण के रूप में भी जाना जाता है , विद्युत रासायनिक संक्षारण का एक रूप है जो तब होता है जब दो अलग-अलग धातुएं या मिश्र धातुएं एक दूसरे के साथ विद्युत संपर्क में होती हैं और साथ ही एक प्रवाहकीय वातावरण, यानी एक इलेक्ट्रोलाइट में डूबी होती हैं।

ऐसी परिस्थितियों में, इसका निर्माण होता है बिजली उत्पन्न करनेवाली सेलएक पदार्थ एनोड बन जाता है और उसमें तीव्र संक्षारण होता है, जबकि दूसरा पदार्थ कैथोड के रूप में कार्य करता है और सुरक्षित रहता है। गैल्वेनिक संक्षारण विभिन्न पदार्थों से बनी संरचनाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, विशेष रूप से जल, रसायन, समुद्री, ऊर्जा और निर्माण प्रतिष्ठानों में, साथ ही स्टेनलेस स्टील और कार्बन स्टील, एल्युमीनियम, तांबा या अन्य धातुओं के बीच के संपर्कों में।

गैल्वेनिक संक्षारण क्या है?

दो अलग-अलग धात्विक पदार्थों के बीच विद्युत रासायनिक विभव अंतर के परिणामस्वरूप गैल्वेनिक संक्षारण होता है।
यदि सामग्रियां इस प्रकार हैं:

विद्युत रूप से जुड़ा हुआ,
और साथ ही वे इलेक्ट्रोलाइट के संपर्क में भी रहेंगे।

उनके बीच करंट प्रवाहित होना शुरू हो सकता है।
अधिक सक्रिय क्षमता वाली धातु बन जाती है एनोड और इसका विघटन तेजी से होता है।
धातु अधिक उत्कृष्ट हो जाती है कैथोड और इसका क्षरण सीमित है।

गैल्वेनिक संक्षारण होने की स्थितियाँ

सामान्य गैल्वेनिक संक्षारण होने के लिए, तीन मूलभूत शर्तें पूरी होनी चाहिए:

स्थिति	अर्थ
विभिन्न धात्विक पदार्थ	किसी दिए गए वातावरण में पदार्थों की विद्युतरासायनिक क्षमताएँ भिन्न-भिन्न होती हैं।
विद्युत संपर्क	यह धातुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की अनुमति देता है।
इलेक्ट्रोलाइट	यह आयनों के परिवहन और विद्युत रासायनिक परिपथ के समापन को संभव बनाता है।

यदि इनमें से कोई एक स्थिति समाप्त हो जाती है, तो गैल्वेनिक सेल का संचालन बाधित हो जाता है।

गैल्वेनिक सेल कैसे काम करता है?

दो अलग-अलग धातुओं की प्रणाली में, एक पदार्थ एनोड बन जाता है और दूसरा कैथोड।
धातु ऑक्सीकरण की प्रक्रिया एनोड पर होती है:
एम → एमⁿ⁺ + ने^-
धातु के परमाणु आयनों के रूप में इलेक्ट्रोलाइट में चले जाते हैं। यह पदार्थ की वास्तविक हानि को दर्शाता है।
इलेक्ट्रॉन धात्विक जंक्शन से होकर कैथोड तक प्रवाहित होते हैं, जहां अपचयन अभिक्रियाएं होती हैं।

वास्तव में:

एनोड तेजी से संक्षारित होता है।
कैथोड सुरक्षित है।

इलेक्ट्रोलाइट क्या हो सकता है?

इलेक्ट्रोलाइट का आक्रामक अम्ल या प्रबल रासायनिक विलयन होना आवश्यक नहीं है।

व्यवहार में, निम्नलिखित पर्याप्त हो सकता है:

समुद्री जल,
नल का जल,
तकनीकी जल,
बारिश का पानी,
वायुमंडलीय नमी,
संघनित,
नमक के घोल,
नम मिट्टी,
रासायनिक वातावरण।

लवणों से युक्त जल एक विशेष रूप से प्रभावी इलेक्ट्रोलाइट है।
इसलिए, समुद्री वातावरण में और क्लोराइड की उपस्थिति में गैल्वेनिक संक्षारण की समस्या विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

धातुओं की गैल्वेनिक श्रृंखला

गैल्वेनिक संक्षारण के प्रति संवेदनशीलता का अनुमान मोटे तौर पर निम्न आधारों पर लगाया जा सकता है: गैल्वेनिक श्रृंखला किसी विशिष्ट वातावरण के लिए विशिष्ट।
इस श्रृंखला में अधिक सक्रिय धातुओं में एनोड के रूप में व्यवहार करने की प्रवृत्ति अधिक होती है।
अधिक उत्कृष्ट पदार्थों में कैथोड के रूप में व्यवहार करने की प्रवृत्ति अधिक होती है।
समुद्री वातावरण में सामग्रियों की एक सरलीकृत व्यवस्था का उदाहरण निम्नलिखित रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है:

सामग्री	विद्युतरासायनिक प्रकृति
मैगनीशियम	बहुत सक्रिय
जस्ता	सक्रिय
अल्युमीनियम और उसके पैर	अपेक्षाकृत सक्रिय
कार्बन स्टील	सक्रिय
ताँबा और उसके पैर	अधिक महान
निष्क्रिय अवस्था में स्टेनलेस स्टील	महान
टाइटन	निष्क्रिय अवस्था में अत्यंत उत्कृष्ट

यह एक सांकेतिक सूची है। गैल्वेनिक श्रृंखला में किसी पदार्थ की स्थिति उसके वातावरण और उसकी सतह की स्थिति पर निर्भर करती है।
इसलिए, गैल्वेनिक श्रृंखला को सभी परिस्थितियों के लिए मान्य एक सार्वभौमिक सारणी के रूप में नहीं माना जाना चाहिए।

स्टेनलेस स्टील और कार्बन स्टील

स्टेनलेस स्टील और साधारण कार्बन स्टील के बीच एक बहुत ही सामान्य संबंध है।
कई वातावरणों में, निष्क्रिय स्टेनलेस स्टील कार्बन स्टील की तुलना में अधिक उत्कृष्ट होता है।
इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में दोनों पदार्थों को मिलाने के बाद:

स्टेनलेस स्टील कैथोड के रूप में कार्य कर सकता है।
कार्बन स्टील एनोड बन सकता है और तेजी से संक्षारित हो सकता है।

इसका यह मतलब नहीं है कि स्टेनलेस स्टील और कार्बन स्टील के हर संयोजन से स्वतः ही गंभीर जंग लग जाएगी।
इसके अलावा ये भी महत्वपूर्ण हैं:

वातावरण का प्रकार,
इलेक्ट्रोलाइट चालकता,
दोनों सामग्रियों का सतही अनुपात,
गीला होने का समय,
तापमान,
संरचना की ज्यामिति।

स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम

एल्युमीनियम और स्टेनलेस स्टील के संयोजन में विशेष ध्यान देने की आवश्यकता होती है।
कई वातावरणों में, अपनी निष्क्रिय अवस्था में स्टेनलेस स्टील एल्यूमीनियम की तुलना में कहीं अधिक उत्कृष्ट होता है।
यदि एल्युमीनियम को स्टेनलेस स्टील से विद्युत रूप से जोड़ा जाए और एक इलेक्ट्रोलाइट बनाया जाए, तो एल्युमीनियम एनोड बन सकता है।
निम्नलिखित स्थितियों में जोखिम विशेष रूप से अधिक है:

समुद्री वातावरण,
सड़क पर नमक की उपस्थिति,
निरंतर नमी की स्थिति,
ऐसी संरचनाएं जिनमें स्टेनलेस स्टील की सतह बड़ी और एल्यूमीनियम की सतह छोटी होती है।

ऐसे कनेक्शनों में अक्सर विद्युतरोधी पदार्थों का उपयोग किया जाता है।

स्टेनलेस स्टील और तांबा

स्टेनलेस स्टील और तांबे का उपयोग एक ही संयंत्र में किया जा सकता है, लेकिन विशिष्ट वातावरण के लिए गैल्वेनिक अंतःक्रियाओं की संभावना का आकलन किया जाना चाहिए।
विद्युत चालक जल में, पदार्थों के बीच विभवांतर के कारण गैल्वेनिक सेल का निर्माण हो सकता है।
मुख्य बात यह है कि:

पानी की संरचना,
तापमान,
इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी,
सामग्रियों का पृष्ठीय क्षेत्रफल अनुपात,
प्रवाह की स्थितियाँ।

एनोड से कैथोड सतह क्षेत्र अनुपात

गैल्वेनिक संक्षारण की दर निर्धारित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है कैथोड सतह क्षेत्र और एनोड सतह क्षेत्र का अनुपात.
स्थिति विशेष रूप से खतरनाक है:
छोटा एनोड + बड़ा कैथोड
कैथोडिक सतह का बड़ा क्षेत्रफल एक महत्वपूर्ण कैथोडिक प्रतिक्रिया को बनाए रख सकता है, जबकि एनोडिक विघटन प्रक्रिया एक छोटे से क्षेत्र में केंद्रित होती है।
इससे बहुत अधिक एनोडिक धारा घनत्व उत्पन्न होता है और कम उत्कृष्ट धातु का तीव्र, स्थानीय विनाश हो सकता है।

छोटा एनोड और बड़ा कैथोड – उदाहरण

कल्पना कीजिए कि कार्बन स्टील का एक छोटा सा टुकड़ा स्टेनलेस स्टील की एक बड़ी सतह से जुड़ा हुआ है।
यदि संरचना इलेक्ट्रोलाइट से गीली हो जाती है:

कार्बन स्टील एनोड बन सकता है।
स्टेनलेस स्टील एक बड़े कैथोड के रूप में कार्य कर सकता है।

इसके बाद संपूर्ण एनोड प्रक्रिया कार्बन स्टील के एक छोटे से क्षेत्र पर केंद्रित हो जाती है।
कार्बन स्टील से बने पुर्जे की तुलना में जंग लगने की प्रक्रिया कहीं अधिक तेज़ हो सकती है।

बड़ा एनोड और छोटा कैथोड

निम्नलिखित व्यवस्था कहीं अधिक लाभदायक है:
बड़ा एनोड + छोटा कैथोड
इसके बाद एनोड धारा एक बड़े सतही क्षेत्र में वितरित हो जाती है।
एनोड के प्रति इकाई क्षेत्रफल में संक्षारण धारा घनत्व कम होता है, इसलिए स्थानीय संक्षारण दर काफी कम हो सकती है।

उदाहरण – इस्पात संरचना में स्टेनलेस स्टील के पेंच

एक बड़े कार्बन स्टील घटक में लगाया गया एक छोटा स्टेनलेस स्टील स्क्रू आमतौर पर अधिक अनुकूल सतह क्षेत्र अनुपात बनाता है:

छोटा कैथोड – स्टेनलेस स्टील का पेंच,
बड़ा एनोड – कार्बन स्टील से निर्मित।

इसके विपरीत स्थिति कहीं अधिक खतरनाक हो सकती है।
स्टेनलेस स्टील की एक बड़ी सतह से जुड़ा एक छोटा कार्बन स्टील तत्व अत्यधिक तीव्र गैल्वेनिक संक्षारण के अधीन हो सकता है।

सुरक्षात्मक परत को नुकसान और गैल्वेनिक संक्षारण

एक विशेष रूप से खतरनाक स्थिति तब उत्पन्न हो सकती है जब कम उत्कृष्ट सामग्री को सुरक्षात्मक परत से ढक दिया जाता है, लेकिन वह परत स्थानीय रूप से क्षतिग्रस्त हो जाती है।
यदि पदार्थ का एक छोटा सा खुला हुआ टुकड़ा एक बड़ी कैथोडिक सतह के लिए एनोड बन जाता है, तो संक्षारण क्षति के बिंदु पर केंद्रित हो सकता है।
इसलिए, विभिन्न धातुओं से बनी प्रणालियों में सुरक्षात्मक कोटिंग लगाने की विधि पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए।

इस्पात का गैल्वनीकरण - गैल्वेनिक घटना का उपयोग करके

गैल्वेनिक घटना हमेशा प्रतिकूल नहीं होती है।
इसका उपयोग धातु की सुरक्षा के लिए किया जा सकता है।
इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण है कलई चढ़ा इस्पात.
जस्ता, इस्पात की तुलना में अधिक विद्युत रासायनिक रूप से सक्रिय होता है।
यदि जस्ता की परत को स्थानीय रूप से नुकसान पहुंचता है, तो जस्ता एनोड की तरह व्यवहार कर सकता है और खुले स्टील के बजाय खुद ही संक्षारित हो सकता है।
यह तथाकथित है बलिदानी सुरक्षा.

बलिदानी एनोड

गैल्वेनिक घटना का उपयोग कैथोडिक संरक्षण में भी किया जाता है।
अधिक विद्युत रासायनिक रूप से सक्रिय धातु को संरक्षित संरचना से जोड़ा जाता है और जानबूझकर उसमें संक्षारण किया जाता है।
अन्य एनोडों के साथ-साथ निम्नलिखित एनोडों का उपयोग किया जाता है:

जस्ता,
मैग्नीशियम,
एल्युमिनियम।

ऐसे एनोड को इस प्रकार संदर्भित किया जाता है: बलिदानी एनोड या गैल्वेनिक एनोड।
इनका उपयोग अन्य बातों के अलावा, निम्नलिखित की सुरक्षा के लिए किया जाता है:

जहाज के ढांचे,
पाइपलाइनें,
टैंक,
समुद्री संरचनाएं,
भूमिगत इस्पात संरचनाएं।

क्या स्टेनलेस स्टील के दो अलग-अलग ग्रेड गैल्वेनिक संक्षारण का कारण बनते हैं?

दो अलग-अलग ग्रेड के स्टेनलेस स्टील के संयोजन से जरूरी नहीं कि महत्वपूर्ण गैल्वेनिक संक्षारण हो।
यदि दोनों पदार्थ निष्क्रिय अवस्था में हों और किसी दिए गए वातावरण में उनकी विभवता समान हो, तो विभवांतर कम हो सकता है।
इसलिए, निम्नलिखित जैसे संबंध:

304 लीटर के साथ 316 लीटर,
316 लीटर के साथ 904 लीटर,
316L डुप्लेक्स 2205 के साथ

यह कई वातावरणों में गंभीर गैल्वेनिक समस्याओं के बिना काम कर सकता है।
हालांकि, स्थिति का आकलन हमेशा वास्तविक परिचालन परिस्थितियों के आलोक में किया जाना चाहिए।

स्टेनलेस स्टील की सक्रिय और निष्क्रिय अवस्थाएँ

स्टेनलेस स्टील के मामले में, सतह की स्थिति विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है।
निष्क्रिय अवस्था में स्टेनलेस स्टील एक निष्क्रिय परत से ढका होता है और अपेक्षाकृत उत्कृष्ट विद्युतरासायनिक क्षमता प्रदर्शित करता है।
यदि निष्क्रिय परत नष्ट हो जाती है और पदार्थ स्थानीय रूप से सक्रिय हो जाता है, तो इसका विद्युत रासायनिक व्यवहार काफी हद तक बदल सकता है।
इसलिए, गैल्वेनिक संक्षारण के जोखिम का आकलन करते समय, केवल इस्पात के ग्रेड का नाम या संख्या जानना ही पर्याप्त नहीं है।

क्या संक्षारण दर का अनुमान लगाने के लिए विभवांतर पर्याप्त है?

नी.
पदार्थों के बीच उच्च विभव अंतर गैल्वेनिक संक्षारण की संभावना को इंगित करता है, लेकिन यह स्वयं इसकी वास्तविक दर को निर्धारित नहीं करता है।
इसके अलावा ये भी महत्वपूर्ण हैं:

कैथोडिक अभिक्रिया गतिकी,
सामग्रियों का ध्रुवीकरण,
इलेक्ट्रोलाइट चालकता,
तापमान,
ऑक्सीजन की पहुंच,
कैथोड और एनोड के सतह क्षेत्र का अनुपात,
तत्वों के बीच की दूरी,
संरचना की ज्यामिति।

इसलिए, सामग्री के चयन के लिए केवल एक साधारण संभावित तालिका को आधार नहीं बनाया जाना चाहिए।

इलेक्ट्रोलाइट चालकता का प्रभाव

वातावरण की विद्युत चालकता जितनी अधिक होगी, गैल्वेनिक सेल में धारा का प्रवाह उतना ही आसान होगा।
इसलिए, यह विशेष रूप से खतरनाक है समुद्री जलजो कि, इसमें घुले हुए लवणों की उच्च मात्रा के कारण, एक अच्छा इलेक्ट्रोलाइट है।
बहुत कम चालकता वाले पानी में, गैल्वेनिक अंतःक्रिया बहुत कमजोर और स्थानिक रूप से अधिक सीमित हो सकती है।

समुद्री जल में गैल्वेनिक संक्षारण

समुद्री वातावरण गैल्वेनिक कोशिकाओं के निर्माण के लिए बहुत अनुकूल परिस्थितियाँ प्रदान करता है।
वहां निम्नलिखित घटनाएं एक साथ घटित होती हैं:

उच्च इलेक्ट्रोलाइट चालकता,
क्लोराइड,
पानी के साथ निरंतर या आवधिक संपर्क,
विभिन्न प्रकार की निर्माण सामग्री की एक बड़ी संख्या।

इसलिए, समुद्री संरचनाओं में, संपर्क की संभावना का विशेष रूप से सावधानीपूर्वक विश्लेषण किया जाता है:

कार्बन स्टील के साथ स्टेनलेस स्टील,
स्टेनलेस स्टील और एल्युमीनियम,
तांबा और उसके मिश्र धातुओं के साथ इस्पात,
विभिन्न एल्युमिनियम मिश्र धातुएँ,
स्टेनलेस स्टील के विभिन्न ग्रेड।

गैल्वेनिक संक्षारण को कैसे रोका जा सकता है?

गैल्वेनिक संक्षारण को कम करने के सबसे महत्वपूर्ण तरीके निम्नलिखित हैं:

विभिन्न धातुओं के प्रतिकूल संयोजनों से बचना,
किसी दिए गए वातावरण में सबसे समान गैल्वेनिक क्षमता वाले पदार्थों का चयन करना,
विभिन्न धातुओं का विद्युत पृथक्करण,
वॉशर, बुशिंग और इंसुलेटिंग स्पेसर का उपयोग,
संरचना का इलेक्ट्रोलाइट के साथ संपर्क सीमित करना,
उपयुक्त सुरक्षात्मक कोटिंग्स का उपयोग,
छोटे एनोड – बड़े कैथोड विन्यास से बचना,
कनेक्शनों का उपयुक्त डिजाइन,
कैथोडिक संरक्षण का उपयोग,
बलिदानी एनोड का उपयोग।

विभिन्न धातुओं का विद्युत इन्सुलेशन

गैल्वेनिक संक्षारण को रोकने के सबसे प्रभावी तरीकों में से एक है भिन्न-भिन्न सामग्रियों के बीच विद्युत संपर्क को बाधित करना।
निम्नलिखित का उपयोग अन्य चीजों के साथ किया जा सकता है:

इन्सुलेटिंग पैड,
प्लास्टिक बुशिंग,
इन्सुलेटिंग गैसकेट,
गैर-चालक कोटिंग्स,
इन्सुलेटिंग सामग्री से बने स्पेसर।

यदि धातुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह नहीं हो सकता, तो एक पारंपरिक गैल्वेनिक सेल ठीक से काम नहीं कर सकता।

गैल्वेनिक संक्षारण और दरार संक्षारण

गैल्वेनिक और दरार संक्षारण अलग-अलग प्रक्रियाएं हैं, लेकिन वे एक ही संयोजन में एक साथ हो सकती हैं।

विशेषता	गैल्वेनिक संक्षारण	दरार संक्षारण
मुख्य कारण	विभिन्न विभवों वाले विभिन्न पदार्थों का संपर्क	दरार के अंदर स्थानीय रासायनिक स्थितियाँ
क्या आपको दो अलग-अलग धातुओं की आवश्यकता है?	हां, एक क्लासिक गैल्वेनिक सेल में	नई औद्योगीकृत अर्थव्यवस्था
क्या इलेक्ट्रोलाइट की आवश्यकता है?	tak	tak
एक सामान्य स्थान	दो अलग-अलग सामग्रियों का संपर्क	गैस्केट, वॉशर, तलछट के नीचे या किसी संकीर्ण अंतराल में

गैल्वेनिक संक्षारण और पिटिंग संक्षारण

गैल्वेनिक संक्षारण और पिटिंग संक्षारण एक ही घटना नहीं हैं।
क्लोराइड की उपस्थिति में, निष्क्रिय परत को स्थानीय क्षति होने के कारण किसी एक सामग्री पर गड्ढेदार संक्षारण हो सकता है।
गैल्वेनिक संक्षारण, इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में विद्युत रूप से जुड़े विभिन्न पदार्थों की विद्युत रासायनिक परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप होता है।
हालांकि, व्यावहारिक डिजाइनों में, दोनों तंत्र एक साथ घटित हो सकते हैं।

सबसे आम डिजाइन त्रुटियाँ

डिजाइन में दिखने में मामूली लगने वाली त्रुटियां अक्सर गैल्वेनिक संक्षारण की समस्याओं का कारण बन जाती हैं।
उनके हैं:

समुद्री वातावरण में एल्युमीनियम को सीधे स्टेनलेस स्टील से जोड़ना,
स्टेनलेस स्टील के बड़े सतह क्षेत्र वाले छोटे कार्बन स्टील तत्वों का उपयोग।
विभिन्न धातुओं के बीच कोई विद्युत इन्सुलेशन नहीं होता है।
जल संचयन क्षेत्रों का डिजाइन तैयार करना,
सुरक्षात्मक कोटिंग्स को नुकसान,
अनुपयुक्त फास्टनरों का उपयोग,
वास्तविक परिचालन स्थितियों को ध्यान में न रखना।

गैल्वेनिक संक्षारण – सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष

गैल्वेनिक संक्षारण तब होता है जब दो अलग-अलग धात्विक पदार्थ विद्युत संपर्क में हैं और साथ ही साथ एक इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में हैं।.
अधिक सक्रिय पदार्थ एनोड बन जाता है और उसमें तीव्र संक्षारण होता है, जबकि अधिक उत्कृष्ट पदार्थ कैथोड के रूप में कार्य करता है।
यह प्रणाली विशेष रूप से खतरनाक है छोटा एनोड – बड़ा कैथोडक्योंकि संक्षारण प्रक्रिया एनोड सामग्री के एक छोटे से क्षेत्र पर केंद्रित होती है।
स्टेनलेस स्टील कनेक्शन डिजाइन करते समय, एल्यूमीनियम, कार्बन स्टील, तांबा और अन्य धातुओं के साथ संपर्क पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।
जोखिम न केवल कनेक्ट की जा रही सामग्रियों के प्रकार पर निर्भर करता है, बल्कि इस पर भी निर्भर करता है। उनका सतही क्षेत्रफल अनुपात, इलेक्ट्रोलाइट का प्रकार, तापमान, पर्यावरणीय चालकता और निर्माण ज्यामिति.
गैल्वेनिक संक्षारण को सीमित करने के सबसे प्रभावी तरीके हैं सामग्रियों का उचित चयन, विद्युत संपर्क में रुकावट, इलेक्ट्रोलाइट की पहुंच को सीमित करना और एनोड और कैथोड सतह क्षेत्र अनुपात का उचित डिजाइन।

सामग्री, वातावरण और परिचालन स्थितियों के आधार पर, संक्षारण विभिन्न प्रक्रियाओं द्वारा हो सकता है। संक्षारण के अन्य प्रकारों के बारे में जानें:

इस्पात और धातुओं के संक्षारण के प्रकार

पर्यावरण के अनुसार संक्षारण का विभाजन