Galvaniskā korozija – cēloņi, mehānisms un profilakse

Lejupielādējiet aprakstu pdf formātā

Galvaniskā korozija, kas pazīstama arī kā kontakta korozija, bimetāla korozija vai bimetāla korozija , ir elektroķīmiskās korozijas veids, kas rodas, ja divi dažādi metāli vai sakausējumi atrodas elektriskā kontaktā viens ar otru un vienlaikus ir iegremdēti vadošā vidē, t. i., elektrolītā.

Šādos apstākļos tas tiek radīts galvaniskā šūnaViens materiāls kļūst par anodu un tiek pakļauts paātrinātai korozijai, bet otrs darbojas kā katods un tiek aizsargāts. Galvaniskā korozija ir nozīmīga konstrukcijās, kas izgatavotas no dažādiem materiāliem, jo ​​īpaši ūdens, ķīmijas, jūras, enerģētikas un būvniecības iekārtās, kā arī savienojumos starp nerūsējošo tēraudu un oglekļa tēraudu, alumīniju, varu vai citiem metāliem.

Kas ir galvaniskā korozija?

Galvaniskā korozija rodas divu dažādu metālu elektroķīmiskā potenciāla starpības rezultātā.
Ja materiāli ir:

• elektriski savienots,
• un tajā pašā laikā tie nonāks saskarē ar elektrolītu,

starp tiem var sākt plūst strāva.
Metāls ar aktīvāku potenciālu kļūst anods un notiek paātrināta šķīšana.
Metāls kļūst cēlāks katods un tā korozija ir ierobežota.

Galvaniskās korozijas rašanās apstākļi

Lai rastos tipiska galvaniskā korozija, ir jāizpilda trīs pamatnosacījumi:

Ja viens no šiem nosacījumiem tiek novērsts, galvaniskās šūnas darbība tiek pārtraukta.

Kā darbojas galvaniskā šūna?

Divu dažādu metālu sistēmā viens materiāls kļūst par anodu, bet otrs - par katodu.
Metāla oksidēšanās process notiek pie anoda:
M → Mⁿ⁺ + nē^-
Metāla atomi nonāk elektrolītā kā joni. Tas norāda uz faktisku materiāla zudumu.
Elektroni plūst caur metālisko savienojumu uz katodu, kur notiek redukcijas reakcijas.

Spēkā:

• anods korodē ātrāk,
• Katods ir aizsargāts.

Kas varētu būt elektrolīts?

Elektrolītam nav jābūt agresīvai skābei vai spēcīgam ķīmiskam šķīdumam.

Praksē var pietikt ar sekojošo:

• jūras ūdens,
• krāna ūdens,
• tehnoloģiskais ūdens,
• lietus ūdens,
• atmosfēras mitrums,
• kondensāts,
• sāls šķīdumi,
• mitra augsne,
• ķīmiskās vides.

Īpaši efektīvs elektrolīts ir ūdens, kas satur izšķīdušus sāļus.
Tāpēc galvaniskās korozijas problēma ir īpaši svarīga jūras vidē un hlorīdu klātbūtnē.

Galvaniskā metālu sērija

Jutību pret galvanisko koroziju var aptuveni novērtēt, pamatojoties uz galvaniskā sērija specifisks konkrētai videi.
Metāliem sērijas aktīvākajā pusē ir lielāka tendence uzvesties kā anodiem.
Cēlākiem materiāliem ir lielāka tendence uzvesties kā katodam.
Vienkāršotu materiālu izvietojuma jūras vidē piemēru var attēlot šādi:

Šis ir indikatīvs saraksts. Materiāla pozīcija galvaniskajā virknē ir atkarīga no vides un tā virsmas stāvokļa.
Tāpēc galvaniskās sērijas nevajadzētu uzskatīt par vienu universālu tabulu, kas derīga visiem apstākļiem.

Nerūsējošais tērauds un oglekļa tērauds

Ļoti izplatīts savienojums ir starp nerūsējošo tēraudu un parasto oglekļa tēraudu.
Daudzās vidēs pasīvais nerūsējošais tērauds ir cēlāks nekā oglekļa tērauds.
Pēc abu materiālu apvienošanas elektrolīta klātbūtnē:

• nerūsējošais tērauds var darboties kā katods,
• Oglekļa tērauds var kļūt par anodu un ātrāk korodēt.

Tas nenozīmē, ka katra nerūsējošā tērauda un oglekļa tērauda kombinācija automātiski izraisīs nopietnu koroziju.
Svarīgi ir arī:

• vides veids,
• elektrolīta vadītspēja,
• abu materiālu virsmas attiecība,
• mitrināšanas laiks,
• temperatūra,
• struktūras ģeometrija.

Nerūsējošais tērauds un alumīnijs

Alumīnija un nerūsējošā tērauda kombinācijai nepieciešama īpaša uzmanība.
Daudzās vidēs nerūsējošais tērauds pasīvā stāvoklī ir daudz cēlāks nekā alumīnijs.
Ja alumīnijs ir elektriski savienots ar nerūsējošo tēraudu un veidojas elektrolīts, alumīnijs var kļūt par anodu.
Risks ir īpaši augsts šādos gadījumos:

• jūras vide,
• ceļu sāls klātbūtne,
• pastāvīga mitruma apstākļi,
• konstrukcijas ar lielu nerūsējošā tērauda virsmu un nelielu alumīnija virsmu.

Šādos savienojumos bieži tiek izmantoti elektroizolācijas materiāli.

Nerūsējošais tērauds un varš

Vienā instalācijā var izmantot nerūsējošo tēraudu un varu, taču konkrētajā vidē jānovērtē galvaniskās mijiedarbības iespējamība.
Elektriski vadošā ūdenī materiālu potenciālu starpība var izraisīt galvaniskās šūnas veidošanos.
Svarīgi galvenokārt ir:

• ūdens sastāvs,
• temperatūra,
• elektriskā vadītspēja,
• materiālu virsmas laukuma attiecība,
• plūsmas apstākļi.

Anoda un katoda virsmas laukuma attiecība

Viens no svarīgākajiem faktoriem, kas nosaka galvaniskās korozijas ātrumu, ir katoda virsmas laukuma un anoda virsmas laukuma attiecība.
Situācija ir īpaši bīstama:
mazs anods + liels katods
Lielā katoda virsmas platība var uzturēt ievērojamu katodisko reakciju, savukārt anodiskās šķīšanas process ir koncentrēts nelielā platībā.
Tas izraisa ļoti augstu anodiskās strāvas blīvumu un var izraisīt mazāk cēlmetāla strauju, lokālu iznīcināšanu.

Mazs anods un liels katods – piemērs

Iedomājieties nelielu oglekļa tērauda gabalu, kas savienots ar lielu nerūsējošā tērauda virsmu.
Ja konstrukcija ir samitrināta ar elektrolītu:

• oglekļa tērauds var kļūt par anodu,
• Nerūsējošais tērauds var darboties kā liels katods.

Pēc tam viss anoda process tiek koncentrēts uz nelielu oglekļa tērauda laukumu.
Korozija var notikt daudz ātrāk nekā detaļām, kas pilnībā izgatavotas no oglekļa tērauda.

Liels anods un mazs katods

Daudz izdevīgāks ir šāds izkārtojums:
liels anods + mazs katods
Pēc tam anoda strāva tiek sadalīta pa lielu virsmu.
Korozijas strāvas blīvums uz anoda laukuma vienību ir mazāks, tāpēc vietējais korozijas ātrums var būt daudz zemāks.

Piemērs – nerūsējošā tērauda skrūves tērauda konstrukcijā

Neliela nerūsējošā tērauda skrūve, kas uzstādīta lielā oglekļa tērauda detaļā, parasti rada labvēlīgāku virsmas laukuma attiecību:

• mazs katods – nerūsējošā tērauda skrūve,
• liels anods – oglekļa tērauda konstrukcija.

Pretējā situācija var būt daudz bīstamāka.
Neliels oglekļa tērauda elements, kas savienots ar lielu nerūsējošā tērauda virsmu, var tikt pakļauts ļoti intensīvai galvaniskai korozijai.

Aizsargpārklājuma bojājumi un galvaniskā korozija

Īpaši bīstama situācija var rasties, ja mazāk cēls materiāls tiek pārklāts ar aizsargpārklājumu, bet pārklājums tiek lokāli bojāts.
Ja neliels atklāts materiāla gabals kļūst par anodu lielai katoda virsmai, korozija var koncentrēties bojājuma vietā.
Tāpēc rūpīgi jāapsver aizsargpārklājumu uzklāšanas metode dažādu metālu sistēmās.

Tērauda cinkošana – izmantojot galvanisko fenomenu

Galvaniskā parādība ne vienmēr ir nelabvēlīga.
To var izmantot metāla aizsardzībai.
Klasisks piemērs ir stal ocynkowana.
Cinks ir elektroķīmiski aktīvāks nekā tērauds.
Ja cinka pārklājums ir lokāli bojāts, cinks var darboties kā anods un korodēt atklātā tērauda vietā.
Šis ir tā sauktais upurēšanas aizsardzība.

Upuranodi

Galvaniskā parādība tiek izmantota arī katodiskajā aizsardzībā.
Aizsargātajai struktūrai ir piestiprināts elektroķīmiski aktīvāks metāls un apzināti korodēts.
Cita starpā tiek izmantoti šādi anodi:

• cinks,
• magnijs,
• alumīnijs.

Šādus anodus sauc par upurēšanas anodi vai galvaniskie anodi.
Tos cita starpā izmanto, lai aizsargātu:

• kuģu korpusi,
• cauruļvadi,
• tvertnes,
• jūras konstrukcijas,
• pazemes tērauda iekārtas.

Vai divas dažādas nerūsējošā tērauda markas izraisa galvanisko koroziju?

Divu dažādu nerūsējošā tērauda klašu kombinācija ne vienmēr izraisa ievērojamu galvanisko koroziju.
Ja abi materiāli atrodas pasīvā stāvoklī un tiem ir līdzīgs potenciāls noteiktā vidē, potenciālu starpība var būt neliela.
Tāpēc tādi savienojumi kā:

• 304L ar 316L,
• 316L ar 904L,
• 316L ar dupleksu 2205

var darboties bez nopietnām galvaniskām problēmām daudzās vidēs.
Tomēr situācija vienmēr jāizvērtē, ņemot vērā faktiskos ekspluatācijas apstākļus.

Nerūsējošā tērauda aktīvie un pasīvie stāvokļi

Nerūsējošā tērauda gadījumā virsmas stāvoklim ir īpaša nozīme.
Pasīvā stāvoklī esošais nerūsējošais tērauds ir pārklāts ar pasīvu slāni un tam ir relatīvi cēls elektroķīmiskais potenciāls.
Ja pasīvais slānis tiek iznīcināts un materiāls kļūst lokāli aktīvs, tā elektroķīmiskā uzvedība var būtiski mainīties.
Tāpēc, novērtējot galvaniskās korozijas risku, nepietiek zināt tikai tērauda markas nosaukumu vai numuru.

Vai potenciālu starpība ir pietiekama, lai prognozētu korozijas ātrumu?

Nav.
Liela potenciālu starpība starp materiāliem norāda uz galvaniskās korozijas iespējamību, bet pati par sevi nenosaka tās faktisko ātrumu.
Svarīgi ir arī:

• katodiskās reakcijas kinētika,
• materiālu polarizācija,
• elektrolīta vadītspēja,
• temperatūra,
• piekļuve skābeklim,
• katoda un anoda virsmas laukuma attiecība,
• attālums starp elementiem,
• struktūras ģeometrija.

Tāpēc vienkārša potenciāla tabula nedrīkst būt vienīgais materiālu izvēles pamats.

Elektrolītu vadītspējas ietekme

Jo lielāka ir vides elektrovadītspēja, jo vieglāk strāvai plūst galvaniskajā šūnā.
Tāpēc tas ir īpaši bīstami Voda Morska, kas, pateicoties augstajam izšķīdušo sāļu saturam, ir labs elektrolīts.
Ūdenī ar ļoti zemu vadītspēju galvaniskā mijiedarbība var būt daudz vājāka un telpiski ierobežotāka.

Galvaniskā korozija jūras ūdenī

Jūras vide rada ļoti labus apstākļus galvanisko elementu veidošanai.
Tur vienlaikus notiek sekojošais:

• augsta elektrolīta vadītspēja,
• hlorīdi,
• pastāvīgs vai periodisks kontakts ar ūdeni,
• liels skaits dažādu būvmateriālu.

Tāpēc jūras konstrukcijās īpaši rūpīgi tiek analizēta saskares iespējamība:

• nerūsējošais tērauds ar oglekļa tēraudu,
• nerūsējošais tērauds ar alumīniju,
• tērauds ar varu un tā sakausējumiem,
• dažādi alumīnija sakausējumi,
• dažādas nerūsējošā tērauda markas.

Kā novērst galvanisko koroziju?

Svarīgākās galvaniskās korozijas samazināšanas metodes ir:

• izvairoties no nelabvēlīgām dažādu metālu kombinācijām,
• materiālu izvēle ar vislīdzīgākajiem galvaniskajiem potenciāliem noteiktā vidē,
• dažādu metālu elektriskā izolācija,
• paplāksņu, bukses un izolācijas starpliku izmantošana,
• ierobežojot struktūras saskari ar elektrolītu,
• atbilstošu aizsargpārklājumu lietošana,
• izvairoties no maza anoda – liela katoda konfigurācijas,
• atbilstošs savienojumu dizains,
• katodiskās aizsardzības izmantošana,
• upurēšanas anodu izmantošana.

Dažādu metālu elektriskā izolācija

Viena no efektīvākajām galvaniskās korozijas novēršanas metodēm ir pārtraukt elektrisko kontaktu starp atšķirīgiem materiāliem.
Cita starpā var izmantot sekojošo:

• izolācijas paliktņi,
• plastmasas bukses,
• izolācijas blīves,
• nevadoši pārklājumi,
• starplikas, kas izgatavotas no izolācijas materiāliem.

Ja elektroni nevar plūst starp metāliem, klasiskā galvaniskā šūna nevar pareizi darboties.

Galvaniskā korozija un spraugu korozija

Galvaniskā un spraugu korozija ir dažādi mehānismi, taču tie var notikt vienlaicīgi vienā un tajā pašā kombinācijā.

Galvaniskā korozija un punktveida korozija

Galvaniskā korozija nav tāda pati parādība kā punktveida korozija.
Viena materiāla punktveida korozija var rasties pasīvā slāņa lokālu bojājumu dēļ, īpaši hlorīdu klātbūtnē.
Galvaniskā korozija rodas dažādu materiālu elektroķīmiskās mijiedarbības rezultātā, kas elektriski savienoti elektrolīta klātbūtnē.
Tomēr praktiskos projektos abi mehānismi var notikt vienlaicīgi.

Visbiežāk pieļautās dizaina kļūdas

Šķietami nelielas konstrukcijas kļūdas bieži vien rada galvaniskās korozijas problēmas.
Lūdzu, ņemiet vērā:

• alumīnija tieša savienošana ar nerūsējošo tēraudu jūras vidē,
• mazu oglekļa tērauda elementu izmantošana ar lielu nerūsējošā tērauda virsmas laukumu,
• nav elektriskās izolācijas starp dažādiem metāliem,
• ūdens aiztures zonu projektēšana,
• aizsargpārklājumu bojājumi,
• nepiemērotu stiprinājumu lietošana,
• faktisko ekspluatācijas apstākļu neņemšana vērā.

Galvaniskā korozija – svarīgākie secinājumi

Galvaniskā korozija rodas, ja divi dažādi metāliski materiāli atrodas elektriskā kontaktā un vienlaikus elektrolīta klātbūtnē.
Aktīvākais materiāls kļūst par anodu un tiek pakļauts paātrinātai korozijai, savukārt cēlākais materiāls darbojas kā katods.
Sistēma ir īpaši bīstama mazs anods – liels katods, jo korozijas process ir koncentrēts nelielā anoda materiāla laukumā.
Projektējot nerūsējošā tērauda savienojumus, īpaša uzmanība jāpievērš saskarei ar alumīniju, oglekļa tēraudu, varu un citiem metāliem.
Risks ir atkarīgs ne tikai no savienojamo materiālu veida, bet arī no to virsmas laukuma attiecība, elektrolīta tips, temperatūra, vides vadītspēja un konstrukcijas ģeometrija.
Visefektīvākie veidi, kā ierobežot galvanisko koroziju, ir pareiza materiālu izvēle, elektriskā kontakta pārtraukšana, elektrolīta piekļuves ierobežošana un atbilstoša anoda un katoda virsmas laukuma attiecības projektēšana.

Korozija var notikt dažādos mehānismos atkarībā no materiāla, vides un ekspluatācijas apstākļiem. Uzziniet par citiem korozijas veidiem:

Tērauda un metālu korozijas veidi

Vienmērīga tērauda un metālu korozija
Nerūsējošā tērauda punktveida korozija
Nerūsējošā tērauda spraugu korozija
Nerūsējošā tērauda starpkristālu korozija
Sprieguma korozijas plaisāšana SCC
Galvaniskā korozija
Erozīvā korozija
Kavitācijas korozija
Korozijas nogurums
Fretējoša korozija
Mikrobioloģiskās korozijas minimālā inhibīcija (MIC)
Augstas temperatūras korozija

Korozijas iedalījums atkarībā no vides

Jūras korozija – tērauda un metālu korozija jūras ūdenī
Atmosfēras korozija
Grunts korozija
Korozija saldūdenī un rūpnieciskajā ūdenī
Korozija hlorīdu vidē
Korozija skābā vidē
Korozija sārmainā vidē
Korozija gāzēs un izplūdes gāzēs
Korozija kanalizācijas un kanalizācijas sistēmās
Korozija ķīmiskajā un naftas ķīmijas vidē

Saistītās tēmas

CPT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā punktveida korozijas temperatūra
PREN – nerūsējošā tērauda punktveida korozijas izturības indekss
CCT – nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu kritiskā spraugu korozijas temperatūra