Galvanisk korrosjon – årsaker, mekanisme og forebygging

Last ned beskrivelsen i pdf

Galvanisk korrosjon, også kjent som kontaktkorrosjon, bimetallisk korrosjon eller bimetallisk korrosjon , er en form for elektrokjemisk korrosjon som oppstår når to forskjellige metaller eller legeringer er i elektrisk kontakt med hverandre og samtidig er nedsenket i et ledende miljø, dvs. en elektrolytt.

Under slike forhold opprettes det galvanisk celleDet ene materialet blir anoden og gjennomgår akselerert korrosjon, mens det andre fungerer som katode og er beskyttet. Galvanisk korrosjon er betydelig i konstruksjoner laget av ulike materialer, spesielt i vann-, kjemiske, marine, energi- og byggeinstallasjoner, samt i forbindelser mellom rustfritt stål og karbonstål, aluminium, kobber eller andre metaller.

Hva er galvanisk korrosjon?

Galvanisk korrosjon oppstår som et resultat av en elektrokjemisk potensialforskjell mellom to forskjellige metalliske materialer.
Hvis materialene er:

• elektrisk tilkoblet,
• og samtidig vil de være i kontakt med elektrolytten,

strøm kan begynne å flyte mellom dem.
Metallet med et mer aktivt potensial blir anode og gjennomgår akselerert oppløsning.
Metallet blir edlere katode og korrosjonen er begrenset.

Betingelser for forekomst av galvanisk korrosjon

For at typisk galvanisk korrosjon skal oppstå, må tre grunnleggende betingelser være oppfylt:

Hvis en av disse betingelsene elimineres, avbrytes driften av den galvaniske cellen.

Hvordan fungerer en galvanisk celle?

I et system med to forskjellige metaller blir det ene materialet anoden og det andre katoden.
Metalloksidasjonsprosessen finner sted ved anoden:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Metallatomer går over i elektrolytten som ioner. Dette representerer et reelt materialtap.
Elektroner strømmer gjennom metallforbindelsen til katoden, hvor reduksjonsreaksjoner finner sted.

I kraft:

• anoden korroderer raskere,
• katoden er beskyttet.

Hva kan være en elektrolytt?

Elektrolytten trenger ikke å være en aggressiv syre eller en sterk kjemisk løsning.

I praksis kan følgende være tilstrekkelig:

• sjøvann,
• vann fra springen,
• teknologisk vann,
• regnvann,
• atmosfærisk fuktighet,
• kondensat,
• saltløsninger,
• fuktig jord,
• kjemiske miljøer.

En spesielt effektiv elektrolytt er vann som inneholder oppløste salter.
Derfor er problemet med galvanisk korrosjon spesielt viktig i marine miljøer og i nærvær av klorider.

Galvanisk serie av metaller

Mottakelighet for galvanisk korrosjon kan grovt vurderes på grunnlag av galvanisk serie spesifikt for et bestemt miljø.
Metaller på den mer aktive siden av serien har en større tendens til å oppføre seg som anoder.
Mer edle materialer har en større tendens til å oppføre seg som en katode.
Et eksempel på en forenklet ordning av materialer i det marine miljøet kan presenteres som følger:

Dette er en veiledende liste. Et materiales posisjon i den galvaniske serien avhenger av miljøet og overflatens tilstand.
Derfor bør ikke den galvaniske rekken behandles som én universell tabell som er gyldig for alle forhold.

Rustfritt stål og karbonstål

En veldig vanlig forbindelse er mellom rustfritt stål og vanlig karbonstål.
I mange miljøer er passivt rustfritt stål edlere enn karbonstål.
Etter å ha kombinert begge materialene i nærvær av en elektrolytt:

• rustfritt stål kan fungere som katode,
• Karbonstål kan bli anode og korrodere raskere.

Dette betyr ikke at enhver kombinasjon av rustfritt stål og karbonstål automatisk vil føre til alvorlig korrosjon.
Også viktige er:

• type miljø,
• elektrolyttledningsevne,
• overflateforholdet mellom begge materialene,
• fuktingstid,
• temperatur,
• geometrien til strukturen.

Rustfritt stål og aluminium

Kombinasjonen av aluminium og rustfritt stål krever spesiell oppmerksomhet.
I mange miljøer er rustfritt stål i passiv tilstand mye edlere enn aluminium.
Hvis aluminium er elektrisk koblet til rustfritt stål og det dannes en elektrolytt, kan aluminiumet bli anoden.
Risikoen er spesielt høy i:

• marint miljø,
• tilstedeværelsen av veisalt,
• forhold med konstant fuktighet,
• konstruksjoner med en stor overflate av rustfritt stål og en liten overflate av aluminium.

Elektrisk isolerende materialer brukes ofte i slike forbindelser.

Rustfritt stål og kobber

Rustfritt stål og kobber kan brukes i samme installasjon, men muligheten for galvaniske interaksjoner bør vurderes for det spesifikke miljøet.
I elektrisk ledende vann kan potensialforskjellen mellom materialer føre til dannelse av en galvanisk celle.
Det som er viktig er først og fremst:

• vannsammensetning,
• temperatur,
• elektrisk ledningsevne,
• overflatearealforholdet til materialene,
• strømningsforhold.

Forholdet mellom anode og katodeoverflate

En av de viktigste faktorene som bestemmer hastigheten på galvanisk korrosjon er forholdet mellom katodeoverflate og anodeoverflate.
Situasjonen er spesielt farlig:
liten anode + stor katode
Det store katodiske overflatearealet kan opprettholde en betydelig katodisk reaksjon, mens den anodiske oppløsningsprosessen er konsentrert i et lite område.
Dette forårsaker en veldig høy anodisk strømtetthet og kan føre til rask, lokal ødeleggelse av det mindre edle metallet.

Liten anode og stor katode – eksempel

Tenk deg et lite stykke karbonstål koblet til en stor overflate av rustfritt stål.
Hvis konstruksjonen er fuktet med elektrolytt:

• karbonstål kan bli en anode,
• Rustfritt stål kan fungere som en stor katode.

Hele anodeprosessen konsentreres deretter om et lite område av karbonstål.
Korrosjon kan skje mye raskere enn med en komponent laget utelukkende av karbonstål.

Stor anode og liten katode

Følgende ordning er mye mer fordelaktig:
stor anode + liten katode
Anodestrømmen fordeles deretter over en stor overflate.
Korrosjonsstrømtettheten per anodeenhet er lavere, slik at den lokale korrosjonshastigheten kan være mye lavere.

Eksempel – skruer i rustfritt stål i en stålkonstruksjon

En liten rustfri stålskrue montert i en stor karbonstålkomponent skaper vanligvis et gunstigere overflatearealforhold:

• liten katode – skrue i rustfritt stål,
• stor anode – konstruksjon i karbonstål.

Den motsatte situasjonen kan være mye farligere.
Et lite karbonstålelement koblet til en stor overflate av rustfritt stål kan bli utsatt for svært intens galvanisk korrosjon.

Skade på beskyttelsesbelegget og galvanisk korrosjon

En spesielt farlig situasjon kan oppstå når et mindre edelt materiale er dekket med et beskyttende belegg, men belegget er skadet lokalt.
Hvis et lite eksponert materialstykke blir en anode til en stor katodisk overflate, kan korrosjon konsentreres på skadepunktet.
Derfor bør metoden for påføring av beskyttende belegg i systemer av forskjellige metaller vurderes nøye.

Galvanisering av stål – ved bruk av det galvaniske fenomenet

Det galvaniske fenomenet er ikke alltid ugunstig.
Kan brukes til å beskytte metall.
Et klassisk eksempel er Galvanisert stål.
Sink er mer elektrokjemisk aktivt enn stål.
Hvis sinkbelegget blir skadet lokalt, kan sinken oppføre seg som en anode og korrodere i stedet for det eksponerte stålet.
Dette er den såkalte offerbeskyttelse.

Offeranoder

Det galvaniske fenomenet brukes også i katodisk beskyttelse.
Et mer elektrokjemisk aktivt metall er festet til den beskyttede strukturen og korrodert med vilje.
Følgende anoder brukes blant annet:

• sink,
• magnesium,
• aluminium.

Slike anoder kalles offeranoder eller galvaniske anoder.
De brukes blant annet til å beskytte:

• skipsskrog,
• rørledninger,
• tanker,
• marine strukturer,
• underjordiske stålinstallasjoner.

Forårsaker to forskjellige kvaliteter av rustfritt stål galvanisk korrosjon?

Kombinasjonen av to forskjellige kvaliteter av rustfritt stål forårsaker ikke nødvendigvis betydelig galvanisk korrosjon.
Hvis begge materialene er i passiv tilstand og har lignende potensialer i et gitt miljø, kan potensialforskjellen være liten.
Derfor er forbindelser som:

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

kan fungere uten alvorlige galvaniske problemer i mange miljøer.
Situasjonen bør imidlertid alltid vurderes i lys av faktiske driftsforhold.

Aktive og passive tilstander i rustfritt stål

Når det gjelder rustfritt stål, er overflatetilstanden av spesiell betydning.
Rustfritt stål i passiv tilstand er dekket med et passivt lag og viser et relativt edelt elektrokjemisk potensial.
Hvis det passive laget ødelegges og materialet blir lokalt aktivt, kan dets elektrokjemiske oppførsel endres betydelig.
Derfor er det ikke nok å bare vite navnet eller nummeret på ståltypen når man vurderer risikoen for galvanisk korrosjon.

Er potensialforskjellen tilstrekkelig til å forutsi korrosjonshastigheten?

Ikke.
En stor potensialforskjell mellom materialer indikerer muligheten for galvanisk korrosjon, men bestemmer ikke i seg selv den faktiske hastigheten.
Også viktige er:

• katodisk reaksjonskinetikk,
• polarisering av materialer,
• elektrolyttledningsevne,
• temperatur,
• tilgang til oksygen,
• forholdet mellom katode og anodeoverflate,
• avstand mellom elementene,
• geometrien til strukturen.

Derfor bør ikke en enkel potensialtabell være det eneste grunnlaget for valg av materialer.

Påvirkning av elektrolyttledningsevne

Jo større den elektriske ledningsevnen i omgivelsene er, desto lettere er det for strøm å flyte i en galvanisk celle.
Derfor er det spesielt farlig sjøvann, som, takket være sitt høye innhold av oppløste salter, er en god elektrolytt.
I vann med svært lav konduktivitet kan den galvaniske interaksjonen være mye svakere og mer romlig begrenset.

Galvanisk korrosjon i sjøvann

Det marine miljøet skaper svært gode forhold for dannelsen av galvaniske celler.
Følgende skjer der samtidig:

• høy elektrolyttledningsevne,
• klorider,
• konstant eller periodisk kontakt med vann,
• et stort antall forskjellige byggematerialer.

Derfor analyseres muligheten for kontakt spesielt nøye i marine konstruksjoner:

• rustfritt stål med karbonstål,
• rustfritt stål med aluminium,
• stål med kobber og dets legeringer,
• forskjellige aluminiumslegeringer,
• forskjellige kvaliteter av rustfritt stål.

Hvordan forhindre galvanisk korrosjon?

De viktigste metodene for å redusere galvanisk korrosjon er:

• unngå ugunstige kombinasjoner av forskjellige metaller,
• velge materialer med de mest like galvaniske potensialene i et gitt miljø,
• elektrisk isolasjon av forskjellige metaller,
• bruk av skiver, foringer og isolerende avstandsstykker,
• begrenser kontakten mellom strukturen og elektrolytten,
• bruk av passende beskyttende belegg,
• unngå konfigurasjonen liten anode – stor katode,
• passende utforming av tilkoblinger,
• bruk av katodisk beskyttelse,
• bruk av offeranoder.

Elektrisk isolasjon av forskjellige metaller

En av de mest effektive metodene for å forhindre galvanisk korrosjon er å avbryte elektrisk kontakt mellom ulike materialer.
Følgende kan blant annet brukes:

• isolerende puter,
• plastforinger,
• isolerende pakninger,
• ikke-ledende belegg,
• avstandsstykker laget av isolerende materialer.

Hvis elektroner ikke kan flyte mellom metaller, kan ikke en klassisk galvanisk celle fungere ordentlig.

Galvanisk korrosjon og spaltekorrosjon

Galvanisk korrosjon og spaltekorrosjon er forskjellige mekanismer, men de kan oppstå samtidig i samme kombinasjon.

Galvanisk korrosjon og gropkorrosjon

Galvanisk korrosjon er heller ikke det samme fenomenet som gropkorrosjon.
Gropkorrosjon kan oppstå på ett materiale på grunn av lokal skade på det passive laget, spesielt i nærvær av klorider.
Galvanisk korrosjon er et resultat av elektrokjemisk interaksjon mellom forskjellige materialer som er elektrisk forbundet i nærvær av en elektrolytt.
I praktiske design kan imidlertid begge mekanismene oppstå samtidig.

De vanligste designfeilene

Tilsynelatende små designfeil fører ofte til problemer med galvanisk korrosjon.
Disse inkluderer:

• sammenføyning av aluminium direkte til rustfritt stål i et marint miljø,
• bruk av små karbonstålelementer med et stort overflateareal av rustfritt stål,
• ingen elektrisk isolasjon mellom forskjellige metaller,
• utforming av vannretensjonsområder,
• skade på beskyttende belegg,
• bruk av uegnede festemidler,
• manglende hensyn til faktiske driftsforhold.

Galvanisk korrosjon – de viktigste konklusjonene

Galvanisk korrosjon oppstår når to forskjellige metalliske materialer er i elektrisk kontakt og samtidig i nærvær av en elektrolytt.
Det mer aktive materialet blir anoden og gjennomgår akselerert korrosjon, mens det mer edle materialet fungerer som katode.
Systemet er spesielt farlig liten anode – stor katode, fordi korrosjonsprosessen er konsentrert på et lite område av anodematerialet.
Ved utforming av forbindelser i rustfritt stål bør man være spesielt oppmerksom på kontakt med aluminium, karbonstål, kobber og andre metaller.
Risikoen avhenger ikke bare av typen materialer som kobles til, men også av deres overflatearealforhold, elektrolytttype, temperatur, miljøledningsevne og konstruksjonsgeometri.
De mest effektive måtene å begrense galvanisk korrosjon på er riktig valg av materialer, avbrudd av elektrisk kontakt, begrensning av elektrolytttilgang og passende utforming av forholdet mellom anode og katodeoverflate.

Korrosjon kan oppstå via ulike mekanismer, avhengig av materiale, miljø og driftsforhold. Lær om andre typer korrosjon:

Typer korrosjon av stål og metaller

Jevn korrosjon av stål og metaller
Gropkorrosjon av rustfritt stål
Spaltkorrosjon av rustfritt stål
Intergranulær korrosjon av rustfritt stål
Spenningskorrosjonssprekker SCC
Galvanisk korrosjon
Erosiv korrosjon
Kavitasjonskorrosjon
Korrosjonsutmatting
Frettingkorrosjon
Mikrobiologisk korrosjon MIC
Høytemperaturkorrosjon

Inndeling av korrosjon i henhold til miljø

Marin korrosjon – korrosjon av stål og metaller i sjøvann
Atmosfære i korozja
Jordkorrosjon
Korrosjon i ferskvann og industrivann
Korrosjon i kloridmiljøer
Korrosjon i sure miljøer
Korrosjon i alkaliske miljøer
Korrosjon i gasser og eksosgasser
Korrosjon i kloakk og avløpssystemer
Korrosjon i kjemiske og petrokjemiske miljøer

Relaterte emner

CPT – kritisk punktkorrosjonstemperatur for rustfritt stål og nikkellegeringer
PREN – indeks for motstand mot punktkorrosjon for rustfritt stål
CCT – Kritisk spaltekorrosjonstemperatur for rustfritt stål og nikkellegeringer