Galvanikus korrózió – okok, mechanizmus és megelőzés

Leírás letöltése pdf formátumban

A galvánkorrózió, más néven kontakt korrózió, bimetál korrózió vagy bimetál korrózió , az elektrokémiai korrózió egyik formája, amely akkor fordul elő, amikor két különböző fém vagy ötvözet elektromos érintkezésbe kerül egymással, és egyidejűleg vezető környezetbe, azaz elektrolitba merülnek.

Ilyen körülmények között jön létre galvánelemAz egyik anyag anódként működik, és gyorsított korróziónak van kitéve, míg a másik katódként működik, és védett. A galvánkorrózió jelentős a különféle anyagokból készült szerkezetekben, különösen a víz-, vegyipari, tengeri, energetikai és építőipari létesítményekben, valamint a rozsdamentes acél és a szénacél, alumínium, réz vagy más fémek közötti csatlakozásokban.

Mi a galvánkorrózió?

A galvánkorrózió két különböző fém közötti elektrokémiai potenciálkülönbség eredményeként jön létre.
Ha az anyagok:

• elektromosan csatlakoztatva,
• és ugyanakkor érintkezésbe kerülnek az elektrolittal,

áram folyhat közöttük.
Az aktívabb potenciállal rendelkező fém válik anód és gyorsított oldódáson megy keresztül.
A fém nemesebbé válik katód és korróziója korlátozott.

A galvánkorrózió előfordulásának feltételei

A tipikus galvánkorrózió kialakulásához három alapvető feltételnek kell teljesülnie:

Ha ezen feltételek bármelyike ​​megszűnik, a galvánelem működése megszakad.

Hogyan működik egy galvánelem?

Két különböző fémből álló rendszerben az egyik anyag az anód, a másik a katód.
A fém oxidációs folyamata az anódon megy végbe:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
A fématomok ionok formájában kerülnek az elektrolitba. Ez valódi anyagveszteséget jelent.
Az elektronok a fémes kötésen keresztül a katódhoz áramlanak, ahol redukciós reakciók mennek végbe.

Gyakorlatilag:

• az anód gyorsabban korrodálódik,
• a katód védett.

Mi lehet az elektrolit?

Az elektrolitnak nem kell agresszív savnak vagy erős kémiai oldatnak lennie.

A gyakorlatban a következők elegendőek lehetnek:

• tengervíz,
• csapvíz,
• technológiai víz,
• esővíz,
• légköri nedvesség,
• kondenzátum,
• sóoldatok,
• nedves talaj,
• kémiai környezetek.

Különösen hatékony elektrolit az oldott sókat tartalmazó víz.
Ezért a galvánkorrózió problémája különösen fontos tengeri környezetben és kloridok jelenlétében.

Galvanikus fémsorozat

A galvánkorrózióra való hajlamot nagyjából a következők alapján lehet felmérni: galván sorozat egy adott környezetre jellemző.
A sorozat aktívabb oldalán lévő fémek hajlamosabbak anódként viselkedni.
A nemesebb anyagok hajlamosabbak katódként viselkedni.
Az anyagok tengeri környezetben való egyszerűsített elrendezésére példa a következőképpen mutatható be:

Ez egy indikatív lista. Egy anyag helyzete a galván sorban a környezettől és a felület állapotától függ.
Ezért a galvánsorozatot nem szabad egyetlen, minden körülményre érvényes univerzális táblázatként kezelni.

Rozsdamentes acél és szénacél

Egy nagyon gyakori kapcsolat a rozsdamentes acél és a közönséges szénacél között.
Sok környezetben a passzív rozsdamentes acél nemesebb, mint a szénacél.
Miután a két anyagot elektrolit jelenlétében egyesítettük:

• a rozsdamentes acél katódként is működhet,
• A szénacél anóddá válhat és gyorsabban korrodálhat.

Ez nem jelenti azt, hogy a rozsdamentes acél és a szénacél minden kombinációja automatikusan súlyos korrózióhoz vezet.
Fontosak még:

• környezet típusa,
• elektrolit vezetőképesség,
• a két anyag felületi aránya,
• nedvesedési idő,
• hőmérséklet,
• a szerkezet geometriája.

Rozsdamentes acél és alumínium

Az alumínium és a rozsdamentes acél kombinációja különös figyelmet igényel.
Sok környezetben a passzív állapotú rozsdamentes acél sokkal nemesebb tulajdonságokkal rendelkezik, mint az alumínium.
Ha az alumíniumot elektromosan összekapcsoljuk a rozsdamentes acéllal, és elektrolit képződik, az alumínium anóddá válhat.
Különösen magas a kockázat a következőkben:

• tengeri környezet,
• útszóró só jelenléte,
• állandó nedvességviszonyok,
• nagy felületű rozsdamentes acél és kis felületű alumínium szerkezetek.

Az ilyen csatlakozásoknál gyakran használnak elektromos szigetelőanyagokat.

Rozsdamentes acél és réz

Rozsdamentes acél és réz használható ugyanabban a telepítésben, de a galván kölcsönhatások lehetőségét az adott környezetre vonatkozóan fel kell mérni.
Elektromosan vezető vízben az anyagok közötti potenciálkülönbség galvánelem kialakulásához vezethet.
Ami fontos, az elsősorban:

• víz összetétele,
• hőmérséklet,
• elektromos vezetőképesség,
• az anyagok felületi aránya,
• áramlási viszonyok.

Anód-katód felület arány

A galvánkorrózió sebességét meghatározó egyik legfontosabb tényező a katódfelület és anódfelület arány.
A helyzet különösen veszélyes:
kis anód + nagy katód
A nagy katódos felület jelentős katódos reakciót képes fenntartani, míg az anódos oldódási folyamat egy kis területre koncentrálódik.
Ez nagyon magas anódos áramsűrűséget okoz, és a kevésbé nemesfém gyors, helyi roncsolódásához vezethet.

Kis anód és nagy katód – példa

Képzelj el egy kis darab szénacélt, amely egy nagy felületű rozsdamentes acélhoz van csatlakoztatva.
Ha a szerkezetet elektrolittal nedvesítjük:

• a szénacél anóddá válhat,
• A rozsdamentes acél nagy katódként működhet.

A teljes anódfolyamatot ezután egy kis szénacél felületre koncentrálják.
A korrózió sokkal gyorsabb lehet, mint egy teljes egészében szénacélból készült alkatrész esetében.

Nagy anód és kis katód

A következő elrendezés sokkal előnyösebb:
nagy anód + kis katód
Az anódáram ezután egy nagy felületen oszlik el.
Az anód egységnyi felületére jutó korróziós áramsűrűség alacsonyabb, így a helyi korróziós sebesség sokkal alacsonyabb lehet.

Példa – rozsdamentes acélcsavarok acélszerkezetben

Egy nagy szénacél alkatrészbe szerelt kis rozsdamentes acélcsavar általában kedvezőbb felületi arányt hoz létre:

• kis katód – rozsdamentes acél csavar,
• nagy anód – szénacél szerkezet.

Az ellenkező helyzet sokkal veszélyesebb lehet.
Egy nagy felületű rozsdamentes acélhoz csatlakoztatott kis szénacél elem nagyon intenzív galvánkorróziónak lehet kitéve.

A védőbevonat károsodása és galvánkorrózió

Különösen veszélyes helyzet állhat elő, ha egy kevésbé nemes anyagot védőbevonattal vonnak be, de a bevonat lokálisan károsodik.
Ha egy kis, szabadon lévő anyagdarab egy nagy katódos felület anódjává válik, a korrózió a sérülés helyén koncentrálódhat.
Ezért gondosan mérlegelni kell a védőbevonatok felvitelének módját különböző fémek rendszereiben.

Acél horganyzása – a galvánjelenség felhasználásával

A galván jelenség nem mindig kedvezőtlen.
Használható fém védelmére.
Klasszikus példa erre horganyzott acél.
A cink elektrokémiailag aktívabb, mint az acél.
Ha a cinkbevonat lokálisan sérült, a cink anódként viselkedhet, és a szabadon lévő acél helyett korrodálódhat.
Ez az ún. áldozatos védelem.

Áldozati anódok

A galván jelenséget katódos védelemben is alkalmazzák.
Egy elektrokémiailag aktívabb fémet rögzítenek a védett szerkezethez, és szándékosan korrodálják.
Többek között a következő anódokat használják:

• cink,
• magnézium,
• alumínium.

Az ilyen anódokat ún. áldozati anódok vagy galvánanódok.
Többek között a következők védelmére használják:

• hajótestek,
• csővezetékek,
• tankok,
• tengeri szerkezetek,
• földalatti acélberendezések.

Két különböző minőségű rozsdamentes acél okoz-e galvánkorróziót?

Két különböző minőségű rozsdamentes acél kombinációja nem feltétlenül okoz jelentős galvánkorróziót.
Ha mindkét anyag passzív állapotban van, és egy adott környezetben hasonló potenciállal rendelkezik, a potenciálkülönbség kicsi lehet.
Ezért az olyan kapcsolatok, mint:

• 304L 316L-lel,
• 316L 904L-lel,
• 316L duplex 2205-tel

komoly galvánproblémák nélkül működhet számos környezetben.
A helyzetet azonban mindig a tényleges működési körülmények fényében kell értékelni.

A rozsdamentes acél aktív és passzív állapotai

Rozsdamentes acélok esetében a felületi állapot különösen fontos.
A passzív állapotban lévő rozsdamentes acél passzív réteggel van bevonva, és viszonylag nemes elektrokémiai potenciált mutat.
Ha a passzív réteg megsemmisül és az anyag lokálisan aktívvá válik, elektrokémiai viselkedése jelentősen megváltozhat.
Ezért a galvánkorrózió kockázatának felmérésekor nem elegendő csak az acélminőség nevét vagy számát ismerni.

Elegendő-e a potenciálkülönbség a korróziós sebesség előrejelzéséhez?

Nem.
Az anyagok közötti nagy potenciálkülönbség a galvánkorrózió lehetőségét jelzi, de önmagában nem határozza meg annak tényleges sebességét.
Fontosak még:

• katódos reakciókinetika,
• anyagok polarizációja,
• elektrolit vezetőképesség,
• hőmérséklet,
• oxigénhez való hozzáférés,
• katód és anód felületi aránya,
• elemek közötti távolság,
• a szerkezet geometriája.

Ezért egy egyszerű potenciáltáblázat nem lehet az anyagok kiválasztásának egyetlen alapja.

Az elektrolit vezetőképességének hatása

Minél nagyobb a környezet elektromos vezetőképessége, annál könnyebben folyik át az áram egy galváncellában.
Ezért különösen veszélyes tengervíz, amely magas oldott sótartalmának köszönhetően jó elektrolit.
Nagyon alacsony vezetőképességű vízben a galván kölcsönhatás sokkal gyengébb és térben korlátozottabb lehet.

Galvanikus korrózió tengervízben

A tengeri környezet nagyon jó feltételeket teremt a galvánelemek kialakulásához.
A következők történnek ott egyszerre:

• magas elektrolitvezető képesség,
• kloridok,
• állandó vagy időszakos érintkezés vízzel,
• nagyszámú különféle építőanyag.

Ezért a tengeri szerkezetekben különösen gondosan elemzik az érintkezés lehetőségét:

• rozsdamentes acél szénacéllal,
• rozsdamentes acél alumíniummal,
• acél rézzel és ötvözeteivel,
• különféle alumíniumötvözetek,
• különféle minőségű rozsdamentes acél.

Hogyan lehet megelőzni a galvánkorróziót?

A galvánkorrózió csökkentésének legfontosabb módszerei a következők:

• a különböző fémek kedvezőtlen kombinációinak elkerülése,
• adott környezetben a leghasonlóbb galvánpotenciállal rendelkező anyagok kiválasztása,
• különféle fémek elektromos szigetelése,
• alátétek, perselyek és szigetelő távtartók használata,
• a szerkezet elektrolittal való érintkezésének korlátozása,
• megfelelő védőbevonatok használata,
• elkerülve a kis anód – nagy katód konfigurációt,
• a csatlakozások megfelelő kialakítása,
• katódos védelem használata,
• áldozati anódok használata.

Különböző fémek elektromos szigetelése

A galvánkorrózió megelőzésének egyik leghatékonyabb módja az eltérő anyagok közötti elektromos érintkezés megszakítása.
Többek között a következők használhatók:

• szigetelő párnák,
• műanyag perselyek,
• szigetelő tömítések,
• nem vezetőképes bevonatok,
• szigetelőanyagból készült távtartók.

Ha az elektronok nem tudnak áramlani a fémek között, egy klasszikus galvánelem nem tud megfelelően működni.

Galvanikus korrózió és réskorrózió

A galvánkorrózió és a réskorrózió különböző mechanizmusok, de egyszerre, ugyanabban a kombinációban is előfordulhatnak.

Galvanikus korrózió és lyukkorrózió

A galvánkorrózió nem ugyanaz a jelenség, mint a lyukkorrózió.
A gödrös korrózió egyetlen anyagon is előfordulhat a passzív réteg helyi károsodása miatt, különösen kloridok jelenlétében.
A galvánkorrózió különböző, elektromosan összekapcsolt anyagok elektrokémiai kölcsönhatásának eredménye elektrolit jelenlétében.
A gyakorlatban azonban mindkét mechanizmus egyszerre is előfordulhat.

A leggyakoribb tervezési hibák

Látszólag apró tervezési hibák gyakran galvánkorróziós problémákhoz vezetnek.
Ezek közé tartoznak:

• alumínium közvetlen összekapcsolása rozsdamentes acéllal tengeri környezetben,
• kis szénacél elemek használata nagy rozsdamentes acél felülettel,
• nincs elektromos szigetelés a különböző fémek között,
• vízvisszatartó területek kialakítása,
• a védőbevonatok károsodása,
• nem megfelelő rögzítőelemek használata,
• a tényleges működési körülmények figyelembevételének elmulasztása.

Galvanikus korrózió – A legfontosabb következtetések

Galvanikus korrózió akkor következik be, amikor két különböző fémes anyag elektromos érintkezésben van, és egyidejűleg elektrolit jelenlétében.
Az aktívabb anyag anódként működik, és gyorsított korróziónak van kitéve, míg a nemesebb anyag katódként működik.
A rendszer különösen veszélyes kis anód – nagy katód, mivel a korróziós folyamat az anódanyag egy kis területére koncentrálódik.
Rozsdamentes acél csatlakozások tervezésekor különös figyelmet kell fordítani az alumíniummal, szénacéllal, rézzel és más fémekkel való érintkezésre.
A kockázat nemcsak az összekapcsolt anyagok típusától függ, hanem attól is, hogy felületi arányuk, elektrolit típusuk, hőmérsékletük, környezeti vezetőképességük és szerkezeti geometriájuk.
A galvánkorrózió korlátozásának leghatékonyabb módjai az anyagok megfelelő kiválasztása, az elektromos érintkezés megszakítása, az elektrolithoz való hozzáférés korlátozása, valamint az anód és a katód felületi arányának megfelelő kialakítása.

A korrózió különböző mechanizmusokon keresztül történhet, az anyagtól, a környezettől és az üzemi körülményektől függően. Tudjon meg többet a korrózió egyéb típusairól:

Az acél és fémek korróziójának típusai

Acél és fémek egyenletes korróziója
Rozsdamentes acélok lyukkorróziója
Rozsdamentes acélok réskorróziója
Rozsdamentes acél szemcseközi korróziója
Feszültségkorróziós repedés SCC
Galvanikus korrózió
Eróziós korrózió
Kavitációs korrózió
Korróziós fáradás
Súrlódási korrózió
Mikrobiológiai korrózió MIC
Magas hőmérsékletű korrózió

A korrózió felosztása a környezet szerint

Tengeri korrózió – acél és fémek korróziója tengervízben
Korozja atmosferyczna
Talajkorrózió
Korrózió édesvízben és ipari vízben
Korrózió kloridos környezetben
Korrózió savas környezetben
Korrózió lúgos környezetben
Korrózió gázokban és kipufogógázokban
Korrózió a szennyvíz- és csatornarendszerekben
Korrózió kémiai és petrolkémiai környezetben

Kapcsolódó témák

CPT – rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus lyukkorróziós hőmérséklete
PREN – rozsdamentes acél gödrös korrózióállósági indexe
CCT – Rozsdamentes acélok és nikkelötvözetek kritikus réskorróziós hőmérséklete