Korosi galvanik – penyebab, mekanisme, dan pencegahan

Unduh deskripsi dalam format PDF

Korosi galvanik, juga dikenal sebagai korosi kontak, korosi bimetal, atau korosi bimetalik , adalah bentuk korosi elektrokimia yang terjadi ketika dua logam atau paduan yang berbeda berada dalam kontak listrik satu sama lain dan secara bersamaan direndam dalam lingkungan konduktif, yaitu elektrolit.

Dalam kondisi seperti itu, hal itu tercipta. sel galvanikSalah satu material menjadi anoda dan mengalami korosi yang dipercepat, sementara material lainnya bertindak sebagai katoda dan terlindungi. Korosi galvanik sangat signifikan pada struktur yang terbuat dari berbagai material, terutama pada instalasi air, kimia, kelautan, energi, dan konstruksi, serta pada sambungan antara baja tahan karat dan baja karbon, aluminium, tembaga, atau logam lainnya.

Apa itu korosi galvanik?

Korosi galvanik terjadi sebagai akibat dari perbedaan potensial elektrokimia antara dua material logam yang berbeda.
Jika bahan-bahannya adalah:

• terhubung secara elektrik,
• dan pada saat yang sama mereka akan bersentuhan dengan elektrolit,

Arus listrik dapat mulai mengalir di antara keduanya.
Logam dengan potensi yang lebih aktif menjadi anoda dan mengalami pelarutan yang dipercepat.
Logam tersebut menjadi lebih mulia. katoda dan korosinya terbatas.

Kondisi terjadinya korosi galvanik

Agar korosi galvanik tipikal terjadi, tiga kondisi dasar harus terpenuhi:

Jika salah satu dari kondisi ini dihilangkan, maka pengoperasian sel galvanik akan terhenti.

Bagaimana cara kerja sel galvanik?

Dalam sistem yang terdiri dari dua logam berbeda, satu material menjadi anoda dan material lainnya menjadi katoda.
Proses oksidasi logam terjadi di anoda:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Atom logam masuk ke dalam elektrolit sebagai ion. Ini merupakan kehilangan material yang sebenarnya.
Elektron mengalir melalui sambungan logam ke katoda, tempat terjadinya reaksi reduksi.

Berlaku:

• Anoda mengalami korosi lebih cepat,
• Katoda terlindungi.

Apa saja yang bisa menjadi elektrolit?

Elektrolit tersebut tidak harus berupa asam yang agresif atau larutan kimia yang kuat.

Dalam praktiknya, hal berikut mungkin sudah cukup:

• air laut,
• keran air,
• air teknologi,
• air hujan,
• kelembapan atmosfer,
• kondensat,
• larutan garam,
• tanah lembap,
• lingkungan kimia.

Elektrolit yang sangat efektif adalah air yang mengandung garam terlarut.
Oleh karena itu, masalah korosi galvanik sangat penting di lingkungan laut dan dengan adanya klorida.

Deret galvanik logam

Kerentanan terhadap korosi galvanik dapat dinilai secara kasar berdasarkan hal-hal berikut: seri galvanik spesifik untuk lingkungan tertentu.
Logam-logam pada sisi deret yang lebih aktif memiliki kecenderungan yang lebih besar untuk berperilaku sebagai anoda.
Material yang lebih mulia memiliki kecenderungan yang lebih besar untuk berperilaku sebagai katoda.
Sebagai contoh, susunan material yang disederhanakan di lingkungan laut dapat disajikan sebagai berikut:

Ini adalah daftar indikatif. Posisi suatu material dalam deret galvanik bergantung pada lingkungan dan kondisi permukaannya.
Oleh karena itu, deret galvanik tidak boleh dianggap sebagai satu tabel universal yang berlaku untuk semua kondisi.

Baja tahan karat dan baja karbon

Salah satu contoh hubungan yang sangat umum adalah antara baja tahan karat dan baja karbon biasa.
Dalam banyak lingkungan, baja tahan karat pasif lebih mulia daripada baja karbon.
Setelah menggabungkan kedua bahan tersebut dengan adanya elektrolit:

• Baja tahan karat dapat bertindak sebagai katoda,
• Baja karbon dapat menjadi anoda dan mengalami korosi lebih cepat.

Ini tidak berarti bahwa setiap kombinasi baja tahan karat dan baja karbon secara otomatis akan menyebabkan korosi parah.
Hal penting lainnya adalah:

• jenis lingkungan,
• konduktivitas elektrolit,
• rasio luas permukaan kedua material tersebut,
• waktu membasahi,
• suhu,
• geometri struktur.

Baja tahan karat dan aluminium

Kombinasi aluminium dan baja tahan karat memerlukan perhatian khusus.
Di banyak lingkungan, baja tahan karat dalam keadaan pasifnya jauh lebih mulia daripada aluminium.
Jika aluminium dihubungkan secara elektrik ke baja tahan karat dan terbentuk elektrolit, maka aluminium dapat menjadi anoda.
Risikonya sangat tinggi terutama di:

• lingkungan laut,
• keberadaan garam jalan,
• kondisi kelembapan konstan,
• struktur dengan permukaan baja tahan karat yang luas dan permukaan aluminium yang kecil.

Bahan isolasi listrik sering digunakan dalam sambungan semacam itu.

Baja tahan karat dan tembaga

Baja tahan karat dan tembaga dapat digunakan dalam instalasi yang sama, tetapi kemungkinan interaksi galvanik harus dinilai untuk lingkungan spesifik tersebut.
Dalam air yang menghantarkan listrik, perbedaan potensial antar material dapat menyebabkan terbentuknya sel galvanik.
Yang terpenting adalah:

• komposisi air,
• suhu,
• konduktivitas listrik,
• rasio luas permukaan material,
• kondisi aliran.

Rasio luas permukaan anoda terhadap katoda

Salah satu faktor terpenting yang menentukan laju korosi galvanik adalah rasio luas permukaan katoda terhadap luas permukaan anoda.
Situasinya sangat berbahaya:
anoda kecil + katoda besar
Luas permukaan katoda yang besar dapat mendukung reaksi katoda yang signifikan, sementara proses pelarutan anoda terkonsentrasi pada area yang kecil.
Hal ini menyebabkan kerapatan arus anodik yang sangat tinggi dan dapat mengakibatkan kerusakan lokal yang cepat pada logam yang kurang mulia.

Anoda kecil dan katoda besar – contoh

Bayangkan sepotong kecil baja karbon yang terhubung ke permukaan besar baja tahan karat.
Jika struktur tersebut dibasahi dengan elektrolit:

• Baja karbon dapat menjadi anoda,
• Baja tahan karat dapat bertindak sebagai katoda besar.

Seluruh proses anoda kemudian terkonsentrasi pada area kecil baja karbon.
Korosi dapat terjadi jauh lebih cepat dibandingkan dengan komponen yang seluruhnya terbuat dari baja karbon.

Anoda besar dan katoda kecil

Susunan berikut ini jauh lebih menguntungkan:
anoda besar + katoda kecil
Arus anoda kemudian didistribusikan ke permukaan yang luas.
Kepadatan arus korosi per satuan luas anoda lebih rendah, sehingga laju korosi lokal dapat jauh lebih rendah.

Contoh – sekrup baja tahan karat pada struktur baja

Sekrup kecil dari baja tahan karat yang dipasang pada komponen besar dari baja karbon biasanya menciptakan rasio luas permukaan yang lebih menguntungkan:

• katoda kecil – sekrup baja tahan karat,
• Anoda besar – konstruksi baja karbon.

Situasi sebaliknya bisa jauh lebih berbahaya.
Elemen baja karbon kecil yang terhubung ke area permukaan baja tahan karat yang luas dapat mengalami korosi galvanik yang sangat intens.

Kerusakan pada lapisan pelindung dan korosi galvanik

Situasi yang sangat berbahaya dapat terjadi ketika material yang kurang mulia dilapisi dengan lapisan pelindung, tetapi lapisan tersebut rusak di bagian tertentu.
Jika sepotong kecil material yang terbuka menjadi anoda bagi permukaan katoda yang besar, korosi dapat terkonsentrasi pada titik kerusakan.
Oleh karena itu, metode penerapan lapisan pelindung pada sistem logam yang berbeda harus dipertimbangkan dengan cermat.

Proses galvanisasi baja – menggunakan fenomena galvanik.

Fenomena galvanik tidak selalu merugikan.
Ini dapat digunakan untuk melindungi logam.
Contoh klasiknya adalah baja galvanis.
Seng memiliki aktivitas elektrokimia yang lebih tinggi daripada baja.
Jika lapisan seng rusak secara lokal, seng tersebut dapat bertindak sebagai anoda dan mengalami korosi, bukan baja yang terpapar.
Ini yang disebut perlindungan pengorbanan.

Anoda korban

Fenomena galvanik juga digunakan dalam proteksi katodik.
Logam yang lebih aktif secara elektrokimia dilekatkan pada struktur yang dilindungi dan sengaja dikorosi.
Anoda berikut ini digunakan, antara lain:

• seng,
• magnesium,
• aluminium.

Anoda semacam itu disebut sebagai anoda korban atau anoda galvanik.
Alat-alat tersebut digunakan, antara lain, untuk melindungi:

• lambung kapal,
• saluran pipa,
• tangki,
• struktur kelautan,
• instalasi baja bawah tanah.

Apakah dua jenis baja tahan karat yang berbeda dapat menyebabkan korosi galvanik?

Kombinasi dua jenis baja tahan karat yang berbeda tidak selalu menyebabkan korosi galvanik yang signifikan.
Jika kedua material berada dalam keadaan pasif dan memiliki potensi yang serupa dalam lingkungan tertentu, perbedaan potensialnya mungkin kecil.
Oleh karena itu, koneksi seperti:

• 304L dengan 316L,
• 316L dengan 904L,
• 316L dengan dupleks 2205

dapat beroperasi tanpa masalah galvanik serius di banyak lingkungan.
Namun, situasi tersebut harus selalu dinilai berdasarkan kondisi operasional yang sebenarnya.

Keadaan aktif dan pasif baja tahan karat

Dalam kasus baja tahan karat, kondisi permukaan sangat penting.
Baja tahan karat dalam keadaan pasif dilapisi dengan lapisan pasif dan menunjukkan potensial elektrokimia yang relatif mulia.
Jika lapisan pasif hancur dan material menjadi aktif secara lokal, perilaku elektrokimianya dapat berubah secara signifikan.
Oleh karena itu, ketika menilai risiko korosi galvanik, mengetahui nama atau nomor jenis baja saja tidak cukup.

Apakah perbedaan potensial tersebut cukup untuk memprediksi laju korosi?

TIDAK.
Perbedaan potensial yang besar antara material menunjukkan kemungkinan terjadinya korosi galvanik, tetapi hal itu sendiri tidak menentukan laju sebenarnya.
Hal penting lainnya adalah:

• kinetika reaksi katodik,
• polarisasi material,
• konduktivitas elektrolit,
• suhu,
• akses ke oksigen,
• rasio luas permukaan katoda dan anoda,
• jarak antar elemen,
• geometri struktur.

Oleh karena itu, tabel potensi sederhana tidak seharusnya menjadi satu-satunya dasar untuk memilih material.

Pengaruh konduktivitas elektrolit

Semakin tinggi konduktivitas listrik lingkungan, semakin mudah arus mengalir dalam sel galvanik.
Oleh karena itu, hal ini sangat berbahaya. air laut, yang, berkat kandungan garam terlarutnya yang tinggi, merupakan elektrolit yang baik.
Dalam air dengan konduktivitas yang sangat rendah, interaksi galvanik mungkin jauh lebih lemah dan lebih terbatas secara spasial.

Korosi galvanik di air laut

Lingkungan laut menciptakan kondisi yang sangat baik untuk pembentukan sel galvanik.
Berikut ini adalah hal-hal yang terjadi secara bersamaan di sana:

• konduktivitas elektrolit yang tinggi,
• klorida,
• kontak terus-menerus atau berkala dengan air,
• sejumlah besar bahan bangunan yang berbeda.

Oleh karena itu, pada struktur kelautan, kemungkinan kontak dianalisis dengan sangat cermat:

• baja tahan karat dengan baja karbon,
• baja tahan karat dengan aluminium,
• baja dengan tembaga dan paduannya,
• berbagai paduan aluminium,
• berbagai tingkatan baja tahan karat.

Bagaimana cara mencegah korosi galvanik?

Metode terpenting untuk mengurangi korosi galvanik adalah:

• menghindari kombinasi logam yang berbeda yang tidak menguntungkan,
• memilih material dengan potensial galvanik yang paling mirip dalam lingkungan tertentu,
• isolasi listrik berbagai logam,
• penggunaan ring, bushing, dan spacer isolasi,
• membatasi kontak struktur dengan elektrolit,
• penggunaan lapisan pelindung yang sesuai,
• menghindari konfigurasi anoda kecil – katoda besar,
• desain sambungan yang tepat,
• penggunaan proteksi katodik,
• penggunaan anoda korban.

Isolasi listrik berbagai logam

Salah satu metode paling efektif untuk mencegah korosi galvanik adalah dengan memutuskan kontak listrik antara material yang berbeda.
Berikut ini dapat digunakan, antara lain:

• bantalan isolasi,
• bushing plastik,
• gasket isolasi,
• lapisan non-konduktif,
• bantalan yang terbuat dari bahan isolasi.

Jika elektron tidak dapat mengalir antar logam, sel galvanik klasik tidak dapat berfungsi dengan baik.

Korosi galvanik dan korosi celah

Korosi galvanik dan korosi celah adalah mekanisme yang berbeda, tetapi keduanya dapat terjadi secara bersamaan dalam kombinasi yang sama.

Korosi galvanik dan korosi pitting

Korosi galvanik juga bukan fenomena yang sama dengan korosi pitting.
Korosi pitting dapat terjadi pada suatu material akibat kerusakan lokal pada lapisan pasif, terutama jika terdapat klorida.
Korosi galvanik terjadi akibat interaksi elektrokimia berbagai material yang terhubung secara elektrik di hadapan elektrolit.
Namun, dalam desain praktis, kedua mekanisme tersebut dapat terjadi secara bersamaan.

Kesalahan desain yang paling umum

Kesalahan desain yang tampaknya kecil seringkali menyebabkan masalah korosi galvanik.
Należą do nich:

• menyambung aluminium langsung ke baja tahan karat di lingkungan laut,
• Penggunaan elemen baja karbon kecil dengan luas permukaan baja tahan karat yang besar,
• tidak ada isolasi listrik antara logam yang berbeda,
• mendesain area penampungan air,
• kerusakan pada lapisan pelindung,
• penggunaan pengencang yang tidak tepat,
• kegagalan untuk mempertimbangkan kondisi operasi yang sebenarnya.

Korosi galvanik – kesimpulan terpenting

Korosi galvanik terjadi ketika dua material logam yang berbeda berada dalam kontak listrik dan secara bersamaan berada dalam keberadaan elektrolit..
Material yang lebih aktif menjadi anoda dan mengalami korosi yang dipercepat, sedangkan material yang lebih mulia bertindak sebagai katoda.
Sistem ini sangat berbahaya. anoda kecil – katoda besar, karena proses korosi terkonsentrasi pada area kecil dari material anoda.
Saat mendesain sambungan baja tahan karat, perhatian khusus harus diberikan pada kontak dengan aluminium, baja karbon, tembaga, dan logam lainnya.
Risiko tidak hanya bergantung pada jenis material yang dihubungkan, tetapi juga pada... rasio luas permukaannya, jenis elektrolit, suhu, konduktivitas lingkungan, dan geometri konstruksi.
Cara paling efektif untuk membatasi korosi galvanik adalah dengan pemilihan material yang tepat, pemutusan kontak listrik, pembatasan akses elektrolit, dan desain rasio luas permukaan anoda dan katoda yang sesuai.

Korosi dapat terjadi melalui berbagai mekanisme, tergantung pada material, lingkungan, dan kondisi pengoperasian. Pelajari tentang jenis korosi lainnya:

Jenis-jenis korosi pada baja dan logam

Korosi seragam pada baja dan logam
Korosi lubang pada baja tahan karat
Korosi celah pada baja tahan karat
Korosi intergranular pada baja tahan karat
Retak korosi tegangan (SCC)
Korosi galvanik
Korosi erosif
Korosi kavitasi
Kelelahan korosi
Korosi gesekan
Korosi mikrobiologis MIC
Korosi suhu tinggi

Pembagian korosi menurut lingkungan

Korosi laut – korosi baja dan logam di air laut
Korosi atmosfer
Korosi tanah
Korosi pada air tawar dan air industri
Korosi di lingkungan klorida
Korosi di lingkungan asam
Korosi di lingkungan basa
Korosi pada gas dan gas buang
Korosi pada sistem pembuangan air limbah dan selokan
Korosi di lingkungan kimia dan petrokimia

Topik terkait

CPT – suhu korosi pitting kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel
PREN – indeks ketahanan korosi lubang untuk baja tahan karat
CCT – Suhu korosi celah kritis pada baja tahan karat dan paduan nikel