Galvanische corrosie – oorzaken, mechanisme en preventie

Download de beschrijving in pdf-formaat

Galvanische corrosie, ook wel contactcorrosie, bimetaalcorrosie of elektrochemische corrosie genoemd , is een vorm van elektrochemische corrosie die optreedt wanneer twee verschillende metalen of legeringen elektrisch met elkaar in contact staan ​​en tegelijkertijd ondergedompeld zijn in een geleidende omgeving, oftewel een elektrolyt.

Onder dergelijke omstandigheden wordt het gecreëerd galvanische celHet ene materiaal fungeert als anode en ondergaat versnelde corrosie, terwijl het andere als kathode fungeert en beschermd wordt. Galvanische corrosie is een belangrijk probleem in constructies van diverse materialen, met name in water-, chemische, maritieme, energie- en bouwinstallaties, maar ook in verbindingen tussen roestvrij staal en koolstofstaal, aluminium, koper of andere metalen.

Wat is galvanische corrosie?

Galvanische corrosie treedt op als gevolg van een elektrochemisch potentiaalverschil tussen twee verschillende metalen materialen.
Als de materialen zijn:

• elektrisch verbonden,
• en tegelijkertijd zullen ze in contact komen met het elektrolyt.

Er kan stroom tussen hen gaan lopen.
Het metaal met een actiever potentieel wordt anode en ondergaat een versnelde oplossing.
Het metaal wordt edeler. kathode en de corrosie ervan is beperkt.

Voorwaarden voor het optreden van galvanische corrosie

Voor het optreden van typische galvanische corrosie moet aan drie basisvoorwaarden worden voldaan:

Als aan een van deze voorwaarden niet wordt voldaan, wordt de werking van de galvanische cel onderbroken.

Hoe werkt een galvanische cel?

In een systeem met twee verschillende metalen wordt het ene materiaal de anode en het andere de kathode.
Het metaaloxidatieproces vindt plaats aan de anode:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Metaalatomen gaan als ionen over in de elektrolyt. Dit betekent een werkelijk materiaalverlies.
Elektronen stromen door de metalen verbinding naar de kathode, waar reductiereacties plaatsvinden.

In werkelijkheid:

• de anode corrodeert sneller,
• De kathode is beschermd.

Wat zou een elektrolyt kunnen zijn?

De elektrolyt hoeft geen agressief zuur of een sterke chemische oplossing te zijn.

In de praktijk kan het volgende volstaan:

• zeewater,
• kraanwater,
• technologisch water,
• regenwater,
• atmosferische vochtigheid,
• condensaat,
• zoutoplossingen,
• vochtige grond,
• chemische omgevingen.

Een bijzonder effectief elektrolyt is water dat opgeloste zouten bevat.
Het probleem van galvanische corrosie is daarom bijzonder belangrijk in maritieme omgevingen en in de aanwezigheid van chloriden.

Galvanische reeks van metalen

De gevoeligheid voor galvanische corrosie kan ruwweg worden ingeschat op basis van: galvanische reeks specifiek voor een specifieke omgeving.
Metalen aan de actievere kant van de reeks hebben een grotere neiging om als anodes te fungeren.
Edelere materialen hebben een grotere neiging om als kathode te fungeren.
Een vereenvoudigd voorbeeld van de materiaalsamenstelling in het mariene milieu kan als volgt worden weergegeven:

Dit is een indicatieve lijst. De positie van een materiaal in de galvanische reeks hangt af van de omgeving en de toestand van het oppervlak.
De galvanische reeks moet daarom niet worden beschouwd als één universele tabel die onder alle omstandigheden geldig is.

Roestvrij staal en koolstofstaal

Een veelvoorkomende verbinding is die tussen roestvrij staal en gewoon koolstofstaal.
In veel omgevingen is passief roestvrij staal edeler dan koolstofstaal.
Na het combineren van beide materialen in aanwezigheid van een elektrolyt:

• roestvrij staal kan als kathode fungeren.
• Koolstofstaal kan anodiseren en sneller corroderen.

Dit betekent niet dat elke combinatie van roestvrij staal en koolstofstaal automatisch tot ernstige corrosie zal leiden.
Ook belangrijk zijn:

• type omgeving,
• elektrolytgeleidbaarheid,
• de oppervlakteverhouding van beide materialen,
• bevochtigingstijd,
• temperatuur,
• geometrie van de structuur.

Roestvrij staal en aluminium

De combinatie van aluminium en roestvrij staal vereist speciale aandacht.
In veel omgevingen is roestvrij staal in zijn passieve toestand veel edeler dan aluminium.
Als aluminium elektrisch verbonden wordt met roestvrij staal en er een elektrolyt ontstaat, kan het aluminium de anode worden.
Het risico is met name hoog in:

• mariene omgeving,
• aanwezigheid van strooizout,
• omstandigheden van constante vochtigheid,
• constructies met een groot oppervlak van roestvrij staal en een klein oppervlak van aluminium.

Bij dergelijke verbindingen worden vaak elektrisch isolerende materialen gebruikt.

Roestvrij staal en koper

Roestvrij staal en koper kunnen in dezelfde installatie worden gebruikt, maar de mogelijkheid van galvanische interacties moet voor de specifieke omgeving worden beoordeeld.
In elektrisch geleidend water kan het potentiaalverschil tussen materialen leiden tot de vorming van een galvanische cel.
Wat vooral belangrijk is:

• watersamenstelling,
• temperatuur,
• elektrische geleidbaarheid,
• oppervlakteverhouding van materialen,
• stromingsomstandigheden.

Anode-kathode oppervlakteverhouding

Een van de belangrijkste factoren die de snelheid van galvanische corrosie bepalen is verhouding tussen kathodeoppervlakte en anodeoppervlakte.
De situatie is bijzonder gevaarlijk:
kleine anode + grote kathode
Het grote kathodische oppervlak kan een aanzienlijke kathodische reactie in stand houden, terwijl het anodische oplossingsproces geconcentreerd is in een klein gebied.
Dit veroorzaakt een zeer hoge anodische stroomdichtheid en kan leiden tot snelle, plaatselijke vernietiging van het minder edele metaal.

Kleine anode en grote kathode – voorbeeld

Stel je een klein stukje koolstofstaal voor dat verbonden is met een groot oppervlak van roestvrij staal.
Als de structuur bevochtigd wordt met elektrolyt:

• Koolstofstaal kan een anode worden.
• Roestvrij staal kan als grote kathode fungeren.

Het gehele anodeproces is dan geconcentreerd op een klein oppervlak van koolstofstaal.
Corrosie kan veel sneller optreden dan bij een onderdeel dat volledig van koolstofstaal is gemaakt.

Grote anode en kleine kathode

De volgende regeling is veel voordeliger:
grote anode + kleine kathode
De anodestroom wordt vervolgens over een groot oppervlak verdeeld.
De corrosiestroomdichtheid per oppervlakte-eenheid van de anode is lager, waardoor de lokale corrosiesnelheid veel lager kan zijn.

Voorbeeld: roestvrijstalen schroeven in een stalen constructie.

Een kleine roestvrijstalen schroef die in een groot onderdeel van koolstofstaal is gemonteerd, zorgt meestal voor een gunstigere verhouding tussen oppervlakte en materiaal:

• kleine kathode – roestvrijstalen schroef,
• Grote anode – constructie van koolstofstaal.

De tegenovergestelde situatie kan veel gevaarlijker zijn.
Een klein element van koolstofstaal dat verbonden is met een groot oppervlak van roestvrij staal kan onderhevig zijn aan zeer intense galvanische corrosie.

Beschadiging van de beschermende coating en galvanische corrosie

Een bijzonder gevaarlijke situatie kan ontstaan ​​wanneer een minder edel materiaal is voorzien van een beschermende laag, maar deze laag plaatselijk beschadigd raakt.
Als een klein blootgesteld stukje materiaal als anode fungeert voor een groot kathodisch oppervlak, kan corrosie zich op de beschadigde plek concentreren.
Daarom moet de methode voor het aanbrengen van beschermende coatings op systemen van verschillende metalen zorgvuldig worden overwogen.

Staal galvaniseren – gebruikmakend van het galvanische fenomeen

Het galvanische fenomeen is niet altijd ongunstig.
Het kan gebruikt worden om metaal te beschermen.
Een klassiek voorbeeld is gegalvaniseerd staal.
Zink is elektrochemisch actiever dan staal.
Als de zinklaag plaatselijk beschadigd raakt, kan het zink zelf als anode fungeren en corroderen in plaats van het blootgestelde staal.
Dit is de zogenaamde opofferingsbescherming.

opofferingsanodes

Het galvanische fenomeen wordt ook gebruikt bij kathodische bescherming.
Aan de beschermde structuur wordt een elektrochemisch actiever metaal bevestigd, dat vervolgens opzettelijk wordt gecorrodeerd.
Onder andere de volgende anodes worden gebruikt:

• zink,
• magnesium,
• aluminium.

Dergelijke anodes worden aangeduid als opofferingsanodes of galvanische anodes.
Ze worden onder andere gebruikt ter bescherming van:

• scheepsrompen,
• pijpleidingen,
• tanks,
• maritieme constructies,
• ondergrondse staalconstructies.

Veroorzaken twee verschillende soorten roestvrij staal galvanische corrosie?

De combinatie van twee verschillende soorten roestvrij staal leidt niet noodzakelijkerwijs tot aanzienlijke galvanische corrosie.
Als beide materialen zich in een passieve toestand bevinden en vergelijkbare potentialen hebben in een bepaalde omgeving, kan het potentiaalverschil klein zijn.
Daarom zijn er verbanden zoals:

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

Kan in veel omgevingen zonder ernstige galvanische problemen functioneren.
De situatie moet echter altijd worden beoordeeld in het licht van de feitelijke bedrijfsomstandigheden.

Actieve en passieve toestanden van roestvrij staal

Bij roestvrij staal is de oppervlakteconditie van bijzonder belang.
Roestvrij staal in passieve toestand is bedekt met een passieve laag en vertoont een relatief edel elektrochemisch potentieel.
Als de passieve laag wordt vernietigd en het materiaal plaatselijk actief wordt, kan het elektrochemische gedrag ervan aanzienlijk veranderen.
Bij het beoordelen van het risico op galvanische corrosie is het daarom niet voldoende om alleen de naam of het nummer van de staalsoort te kennen.

Is het potentiaalverschil voldoende om de corrosiesnelheid te voorspellen?

nee.
Een groot potentiaalverschil tussen materialen wijst op de mogelijkheid van galvanische corrosie, maar bepaalt op zichzelf niet de werkelijke snelheid ervan.
Ook belangrijk zijn:

• kathodische reactiekinetiek,
• polarisatie van materialen,
• elektrolytgeleidbaarheid,
• temperatuur,
• toegang tot zuurstof,
• verhouding tussen het kathode- en anodeoppervlak,
• afstand tussen elementen,
• geometrie van de structuur.

Een eenvoudige tabel met potentiële mogelijkheden mag daarom niet de enige basis vormen voor de materiaalkeuze.

Invloed van de elektrolytgeleidbaarheid

Hoe hoger de elektrische geleidbaarheid van de omgeving, hoe gemakkelijker het is voor stroom om door een galvanische cel te vloeien.
Daarom is het bijzonder gevaarlijk. zeewater, wat, dankzij het hoge gehalte aan opgeloste zouten, een goede elektrolyt is.
In water met een zeer lage geleidbaarheid kan de galvanische interactie veel zwakker en ruimtelijk beperkter zijn.

Galvanische corrosie in zeewater

Het mariene milieu biedt zeer gunstige omstandigheden voor de vorming van galvanische cellen.
De volgende verschijnselen treden daar gelijktijdig op:

• hoge elektrolytgeleidbaarheid,
• chloriden,
• constant of periodiek contact met water,
• een groot aantal verschillende bouwmaterialen.

Daarom wordt bij maritieme constructies de mogelijkheid van contact bijzonder zorgvuldig geanalyseerd:

• roestvrij staal met koolstofstaal,
• roestvrij staal met aluminium,
• staal met koper en zijn legeringen,
• diverse aluminiumlegeringen,
• verschillende soorten roestvrij staal.

Hoe kun je galvanische corrosie voorkomen?

De belangrijkste methoden om galvanische corrosie te verminderen zijn:

• het vermijden van ongunstige combinaties van verschillende metalen,
• het selecteren van materialen met de meest vergelijkbare galvanische potentialen in een gegeven omgeving.
• elektrische isolatie van verschillende metalen,
• gebruik van ringen, bussen en isolerende afstandhouders,
• het beperken van het contact van de structuur met de elektrolyt,
• gebruik van geschikte beschermende coatings,
• waarbij de configuratie met kleine anode en grote kathode wordt vermeden.
• passend ontwerp van verbindingen,
• gebruik van kathodische bescherming,
• gebruik van opofferingsanodes.

Elektrische isolatie van diverse metalen

Een van de meest effectieve methoden om galvanische corrosie te voorkomen, is het onderbreken van het elektrische contact tussen verschillende materialen.
Onder andere de volgende opties kunnen worden gebruikt:

• isolerende kussens,
• kunststof bussen,
• isolerende pakkingen,
• niet-geleidende coatings,
• afstandhouders gemaakt van isolatiemateriaal.

Als er geen elektronen tussen de metalen kunnen stromen, kan een klassieke galvanische cel niet goed functioneren.

Galvanische corrosie en spleetcorrosie

Galvanische corrosie en spleetcorrosie zijn verschillende mechanismen, maar ze kunnen tegelijkertijd in dezelfde combinatie voorkomen.

Galvanische corrosie en putcorrosie

Galvanische corrosie is ook niet hetzelfde verschijnsel als putcorrosie.
Putcorrosie kan optreden in een materiaal als gevolg van plaatselijke beschadiging van de passieve laag, met name in aanwezigheid van chloriden.
Galvanische corrosie ontstaat door de elektrochemische interactie van verschillende materialen die elektrisch met elkaar verbonden zijn in aanwezigheid van een elektrolyt.
In praktische ontwerpen kunnen beide mechanismen echter gelijktijdig optreden.

De meest voorkomende ontwerpfouten

Ogenschijnlijk kleine ontwerpfouten leiden vaak tot problemen met galvanische corrosie.
Behoren tot hen:

• Het rechtstreeks verbinden van aluminium met roestvrij staal in een maritieme omgeving.
• het gebruik van kleine koolstofstalen elementen met een groot oppervlak van roestvrij staal,
• geen elektrische isolatie tussen verschillende metalen,
• het ontwerpen van waterbergingsgebieden,
• schade aan beschermende coatings,
• gebruik van ongeschikte bevestigingsmiddelen,
• Het niet in aanmerking nemen van de feitelijke bedrijfsomstandigheden.

Galvanische corrosie – de belangrijkste conclusies

Galvanische corrosie treedt op wanneer Twee verschillende metalen materialen staan ​​elektrisch met elkaar in contact en bevinden zich tegelijkertijd in de aanwezigheid van een elektrolyt..
Het actievere materiaal wordt de anode en ondergaat versnelde corrosie, terwijl het edelere materiaal als kathode fungeert.
Het systeem is bijzonder gevaarlijk. kleine anode – grote kathode, omdat het corrosieproces geconcentreerd is op een klein oppervlak van het anodemateriaal.
Bij het ontwerpen van roestvrijstalen verbindingen moet speciale aandacht worden besteed aan contact met aluminium, koolstofstaal, koper en andere metalen.
Het risico hangt niet alleen af ​​van het type materialen dat met elkaar verbonden wordt, maar ook van hun oppervlakteverhouding, elektrolyttype, temperatuur, omgevingsgeleidbaarheid en constructiegeometrie.
De meest effectieve manieren om galvanische corrosie te beperken zijn de juiste materiaalkeuze, het onderbreken van elektrisch contact, het beperken van de toegang van elektrolyt en een passend ontwerp van de verhouding tussen het anode- en kathodeoppervlak.

Corrosie kan via verschillende mechanismen optreden, afhankelijk van het materiaal, de omgeving en de bedrijfsomstandigheden. Lees meer over andere soorten corrosie:

Soorten corrosie van staal en metalen

Gelijkmatige corrosie van staal en metalen
Putcorrosie van roestvrij staal
Spleetcorrosie van roestvrij staal
Intergranulaire corrosie van roestvrij staal
Spanningscorrosiescheuren (SCC)
Galvanische corrosie
Erosieve corrosie
Cavitatiecorrosie
Corrosievermoeidheid
Wrijvingscorrosie
Microbiologische corrosie MIC
Corrosie bij hoge temperaturen

Indeling van corrosie op basis van de omgeving

Mariene corrosie – corrosie van staal en metalen in zeewater.
Korozja atmosferyczna
Bodemcorrosie
Corrosie in zoet en industrieel water
Corrosie in chlorideomgevingen
Corrosie in zure omgevingen
Corrosie in alkalische omgevingen
Corrosie in gassen en uitlaatgassen
Corrosie in rioolwater en rioolsystemen
Corrosie in chemische en petrochemische omgevingen

Verwante onderwerpen

CPT – kritische putcorrosietemperatuur van roestvrij staal en nikkellegeringen
PREN – index voor putcorrosiebestendigheid van roestvrij staal
CCT – Kritische spleetcorrosietemperatuur van roestvrij staal en nikkellegeringen