Galvanická korózia – príčiny, mechanizmus a prevencia

Stiahnite si popis vo formáte PDF

Galvanická korózia, tiež známa ako kontaktná korózia, bimetalická korózia alebo bimetalická korózia , je forma elektrochemickej korózie, ktorá vzniká, keď sú dva rôzne kovy alebo zliatiny v elektrickom kontakte a sú súčasne ponorené do vodivého prostredia, t. j. elektrolytu.

V takýchto podmienkach sa vytvára galvanický článokJeden materiál sa stáva anódou a podlieha zrýchlenej korózii, zatiaľ čo druhý slúži ako katóda a je chránený. Galvanická korózia je významná v konštrukciách vyrobených z rôznych materiálov, najmä vo vodných, chemických, námorných, energetických a stavebných inštaláciách, ako aj v spojoch medzi nehrdzavejúcou oceľou a uhlíkovou oceľou, hliníkom, meďou alebo inými kovmi.

Čo je galvanická korózia?

Galvanická korózia vzniká v dôsledku elektrochemického rozdielu potenciálov medzi dvoma rôznymi kovovými materiálmi.
Ak sú materiály:

• elektricky pripojené,
• a zároveň budú v kontakte s elektrolytom,

medzi nimi môže začať tiecť prúd.
Kov s aktívnejším potenciálom sa stáva anóda a podlieha zrýchlenému rozpúšťaniu.
Kov sa stáva ušľachtilejším katóda a jeho korózia je obmedzená.

Podmienky pre vznik galvanickej korózie

Pre vznik typickej galvanickej korózie musia byť splnené tri základné podmienky:

Ak sa jedna z týchto podmienok odstráni, prevádzka galvanického článku sa preruší.

Ako funguje galvanický článok?

V systéme dvoch rôznych kovov sa jeden materiál stáva anódou a druhý katódou.
Proces oxidácie kovu prebieha na anóde:
M → Mⁿ⁺ + nie^-
Atómy kovu prechádzajú do elektrolytu ako ióny. To predstavuje skutočnú stratu materiálu.
Elektróny pretekajú cez kovový spoj ku katóde, kde prebiehajú redukčné reakcie.

V skutočnosti:

• anóda koroduje rýchlejšie,
• Katóda je chránená.

Čo by mohlo byť elektrolytom?

Elektrolyt nemusí byť agresívna kyselina ani silný chemický roztok.

V praxi môže stačiť nasledovné:

• morská voda,
• voda z vodovodu,
• technologická voda,
• dažďová voda,
• atmosférická vlhkosť,
• kondenzát,
• soľné roztoky,
• vlhká pôda,
• chemické prostredie.

Obzvlášť účinným elektrolytom je voda obsahujúca rozpustené soli.
Preto je problém galvanickej korózie obzvlášť dôležitý v morskom prostredí a v prítomnosti chloridov.

Galvanický rad kovov

Náchylnosť na galvanickú koróziu možno zhruba posúdiť na základe galvanický rad špecifické pre konkrétne prostredie.
Kovy na aktívnejšej strane série majú väčšiu tendenciu správať sa ako anódy.
Ušľachtilejšie materiály majú väčšiu tendenciu správať sa ako katóda.
Príklad zjednodušeného usporiadania materiálov v morskom prostredí možno znázorniť takto:

Toto je orientačný zoznam. Pozícia materiálu v galvanickom rade závisí od prostredia a stavu jeho povrchu.
Galvanický rad by sa preto nemal považovať za jednu univerzálnu tabuľku platnú pre všetky podmienky.

Nerezová oceľ a uhlíková oceľ

Veľmi bežné spojenie je medzi nehrdzavejúcou oceľou a bežnou uhlíkovou oceľou.
V mnohých prostrediach je pasívna nehrdzavejúca oceľ ušľachtilejšia ako uhlíková oceľ.
Po zmiešaní oboch materiálov v prítomnosti elektrolytu:

• nehrdzavejúca oceľ môže slúžiť ako katóda,
• Uhlíková oceľ sa môže stať anódou a rýchlejšie korodovať.

To neznamená, že každá kombinácia nehrdzavejúcej ocele a uhlíkovej ocele automaticky povedie k silnej korózii.
Dôležité sú aj:

• typ prostredia,
• vodivosť elektrolytu,
• pomer povrchov oboch materiálov,
• čas zmáčania,
• teplota,
• geometria konštrukcie.

Nerezová oceľ a hliník

Kombinácia hliníka a nehrdzavejúcej ocele si vyžaduje osobitnú pozornosť.
V mnohých prostrediach je nehrdzavejúca oceľ v pasívnom stave oveľa ušľachtilejšia ako hliník.
Ak je hliník elektricky spojený s nehrdzavejúcou oceľou a vytvorí sa elektrolyt, hliník sa môže stať anódou.
Riziko je obzvlášť vysoké v:

• morské prostredie,
• prítomnosť posypovej soli,
• podmienky konštantnej vlhkosti,
• konštrukcie s veľkým povrchom z nehrdzavejúcej ocele a malým povrchom z hliníka.

V takýchto spojoch sa často používajú elektricky izolačné materiály.

Nerezová oceľ a meď

Nerezová oceľ a meď sa môžu použiť v tej istej inštalácii, ale možnosť galvanických interakcií by sa mala posúdiť pre konkrétne prostredie.
V elektricky vodivej vode môže rozdiel potenciálov medzi materiálmi viesť k vytvoreniu galvanického článku.
Dôležité je predovšetkým:

• zloženie vody,
• teplota,
• elektrická vodivosť,
• pomer povrchovej plochy materiálov,
• podmienky prúdenia.

Pomer plochy povrchu anódy a katódy

Jedným z najdôležitejších faktorov určujúcich rýchlosť galvanickej korózie je pomer plochy povrchu katódy k ploche povrchu anódy.
Situácia je obzvlášť nebezpečná:
malá anóda + veľká katóda
Veľká katódová povrchová plocha môže udržať významnú katódovú reakciu, zatiaľ čo proces anodického rozpúšťania je sústredený v malej oblasti.
To spôsobuje veľmi vysokú hustotu anódového prúdu a môže viesť k rýchlej, lokálnej deštrukcii menej ušľachtilého kovu.

Malá anóda a veľká katóda – príklad

Predstavte si malý kus uhlíkovej ocele spojený s veľkým povrchom z nehrdzavejúcej ocele.
Ak je konštrukcia zmáčaná elektrolytom:

• uhlíková oceľ sa môže stať anódou,
• Nerezová oceľ môže pôsobiť ako veľká katóda.

Celý anódový proces sa potom sústredí na malú plochu uhlíkovej ocele.
Korózia môže byť oveľa rýchlejšia ako pri súčiastke vyrobenej výlučne z uhlíkovej ocele.

Veľká anóda a malá katóda

Nasledujúce usporiadanie je oveľa výhodnejšie:
veľká anóda + malá katóda
Anódový prúd sa potom rozloží po veľkom povrchu.
Hustota korózneho prúdu na jednotku plochy anódy je nižšia, takže lokálna rýchlosť korózie môže byť oveľa nižšia.

Príklad – skrutky z nehrdzavejúcej ocele v oceľovej konštrukcii

Malá skrutka z nehrdzavejúcej ocele namontovaná vo veľkom komponentu z uhlíkovej ocele zvyčajne vytvára priaznivejší pomer povrchových plôch:

• malá katóda – skrutka z nehrdzavejúcej ocele,
• veľká anóda – konštrukcia z uhlíkovej ocele.

Opačná situácia môže byť oveľa nebezpečnejšia.
Malý prvok z uhlíkovej ocele spojený s veľkou plochou nehrdzavejúcej ocele môže byť vystavený veľmi intenzívnej galvanickej korózii.

Poškodenie ochranného náteru a galvanická korózia

Obzvlášť nebezpečná situácia môže nastať, keď je menej ušľachtilý materiál pokrytý ochranným náterom, ale náter je lokálne poškodený.
Ak sa malý odkrytý kus materiálu stane anódou pre veľký katódový povrch, korózia sa môže koncentrovať v mieste poškodenia.
Preto by sa mal spôsob nanášania ochranných náterov v systémoch z rôznych kovov starostlivo zvážiť.

Zinkovanie ocele – pomocou galvanického javu

Galvanický jav nie je vždy nepriaznivý.
Môže sa použiť na ochranu kovu.
Klasickým príkladom je galvanizovaná oceľ.
Zinok je elektrochemicky aktívnejší ako oceľ.
Ak je zinkový povlak lokálne poškodený, zinok sa môže správať ako anóda a korodovať namiesto odkrytej ocele.
Toto je tzv. obetná ochrana.

Obetné anódy

Galvanický jav sa využíva aj v katódovej ochrane.
Na chránenú konštrukciu je pripevnený elektrochemicky aktívnejší kov, ktorý je zámerne skorodovaný.
Používajú sa okrem iného tieto anódy:

• zinok,
• horčík,
• hliník.

Takéto anódy sa označujú ako obetné anódy alebo galvanické anódy.
Používajú sa okrem iného na ochranu:

• trupy lodí,
• potrubia,
• tanky,
• námorné stavby,
• podzemné oceľové inštalácie.

Spôsobujú dva rôzne druhy nehrdzavejúcej ocele galvanickú koróziu?

Kombinácia dvoch rôznych druhov nehrdzavejúcej ocele nemusí nevyhnutne spôsobiť významnú galvanickú koróziu.
Ak sú oba materiály v pasívnom stave a majú v danom prostredí podobné potenciály, rozdiel potenciálov môže byť malý.
Preto takéto spojenia, ako napríklad:

• 304L s 316L,
• 316L s 904L,
• 316L s duplexnou verziou 2205

môže fungovať bez vážnych galvanických problémov v mnohých prostrediach.
Situácia by sa však mala vždy posudzovať z hľadiska skutočných prevádzkových podmienok.

Aktívny a pasívny stav nehrdzavejúcej ocele

V prípade nehrdzavejúcich ocelí je stav povrchu obzvlášť dôležitý.
Nerezová oceľ je v pasívnom stave pokrytá pasívnou vrstvou a vykazuje relatívne ušľachtilý elektrochemický potenciál.
Ak sa pasívna vrstva zničí a materiál sa stane lokálne aktívnym, jeho elektrochemické správanie sa môže výrazne zmeniť.
Preto pri posudzovaní rizika galvanickej korózie nestačí poznať iba názov alebo číslo triedy ocele.

Je rozdiel potenciálov dostatočný na predpovedanie rýchlosti korózie?

nie.
Veľký rozdiel potenciálov medzi materiálmi naznačuje možnosť galvanickej korózie, ale sám o sebe neurčuje jej skutočnú rýchlosť.
Dôležité sú aj:

• kinetika katódovej reakcie,
• polarizácia materiálov,
• vodivosť elektrolytu,
• teplota,
• prístup k kyslíku,
• pomer povrchovej plochy katódy a anódy,
• vzdialenosť medzi prvkami,
• geometria konštrukcie.

Preto by jednoduchá tabuľka potenciálov nemala byť jediným základom pre výber materiálov.

Vplyv vodivosti elektrolytu

Čím väčšia je elektrická vodivosť prostredia, tým ľahšie prúd tečie v galvanickom článku.
Preto je obzvlášť nebezpečný voda morská, ktorý je vďaka vysokému obsahu rozpustených solí dobrým elektrolytom.
Vo vode s veľmi nízkou vodivosťou môže byť galvanická interakcia oveľa slabšia a priestorovo obmedzenejšia.

Galvanická korózia v morskej vode

Morské prostredie vytvára veľmi dobré podmienky pre vznik galvanických článkov.
Súčasne sa tam vyskytujú tieto veci:

• vysoká vodivosť elektrolytu,
• chloridy,
• neustály alebo pravidelný kontakt s vodou,
• veľké množstvo rôznych stavebných materiálov.

Preto sa v námorných stavbách možnosť kontaktu obzvlášť starostlivo analyzuje:

• nehrdzavejúca oceľ s uhlíkovou oceľou,
• nehrdzavejúca oceľ s hliníkom,
• oceľ s meďou a jej zliatinami,
• rôzne hliníkové zliatiny,
• rôzne druhy nehrdzavejúcej ocele.

Ako zabrániť galvanickej korózii?

Najdôležitejšie metódy na zníženie galvanickej korózie sú:

• vyhýbanie sa nepriaznivým kombináciám rôznych kovov,
• výber materiálov s najpodobnejšími galvanickými potenciálmi v danom prostredí,
• elektrická izolácia rôznych kovov,
• použitie podložiek, puzdier a izolačných dištančných vložiek,
• obmedzenie kontaktu konštrukcie s elektrolytom,
• použitie vhodných ochranných náterov,
• vyhýbanie sa konfigurácii malá anóda – veľká katóda,
• vhodný návrh pripojení,
• použitie katódovej ochrany,
• použitie obetných anód.

Elektrická izolácia rôznych kovov

Jednou z najúčinnejších metód prevencie galvanickej korózie je prerušenie elektrického kontaktu medzi rôznymi materiálmi.
Okrem iného sa môžu použiť:

• izolačné podložky,
• plastové puzdrá,
• izolačné tesnenia,
• nevodivé povlaky,
• dištančné podložky vyrobené z izolačných materiálov.

Ak elektróny nemôžu prúdiť medzi kovmi, klasický galvanický článok nemôže správne fungovať.

Galvanická korózia a štrbinová korózia

Galvanická a štrbinová korózia sú odlišné mechanizmy, ale môžu sa vyskytovať súčasne v rovnakej kombinácii.

Galvanická korózia a jamková korózia

Galvanická korózia nie je rovnaký jav ako jamková korózia.
Jamková korózia sa môže vyskytnúť na jednom materiáli v dôsledku lokálneho poškodenia pasívnej vrstvy, najmä v prítomnosti chloridov.
Galvanická korózia vzniká elektrochemickou interakciou rôznych elektricky prepojených materiálov v prítomnosti elektrolytu.
V praktických návrhoch však môžu oba mechanizmy fungovať súčasne.

Najčastejšie chyby v dizajne

Zdanlivo drobné konštrukčné chyby často vedú k problémom s galvanickou koróziou.
Patria sem:

• priame spájanie hliníka s nehrdzavejúcou oceľou v morskom prostredí,
• použitie malých prvkov z uhlíkovej ocele s veľkou plochou z nehrdzavejúcej ocele,
• žiadna elektrická izolácia medzi rôznymi kovmi,
• navrhovanie oblastí na zadržiavanie vody,
• poškodenie ochranných náterov,
• použitie nevhodných upevňovacích prvkov,
• nezohľadnenie skutočných prevádzkových podmienok.

Galvanická korózia – najdôležitejšie závery

Galvanická korózia nastáva, keď dva rôzne kovové materiály sú v elektrickom kontakte a súčasne v prítomnosti elektrolytu.
Aktívnejší materiál sa stáva anódou a podlieha urýchlenej korózii, zatiaľ čo ušľachtilejší materiál pôsobí ako katóda.
Systém je obzvlášť nebezpečný malá anóda – veľká katóda, pretože proces korózie je sústredený na malú plochu materiálu anódy.
Pri navrhovaní spojov z nehrdzavejúcej ocele by sa mala venovať osobitná pozornosť kontaktu s hliníkom, uhlíkovou oceľou, meďou a inými kovmi.
Riziko závisí nielen od typu spájaných materiálov, ale aj od ich pomer povrchovej plochy, typ elektrolytu, teplota, vodivosť prostredia a konštrukčná geometria.
Najúčinnejšími spôsobmi obmedzenia galvanickej korózie sú správny výber materiálov, prerušenie elektrického kontaktu, obmedzenie prístupu elektrolytu a vhodný návrh pomeru povrchovej plochy anódy a katódy.

Korózia môže vzniknúť rôznymi mechanizmami v závislosti od materiálu, prostredia a prevádzkových podmienok. Získajte informácie o ďalších typoch korózie:

Druhy korózie ocele a kovov

Rovnomerná korózia ocele a kovov
Jamková korózia nehrdzavejúcich ocelí
Štrbinová korózia nehrdzavejúcich ocelí
Medzikryštalická korózia nehrdzavejúcej ocele
Praskanie z korózie napätím v sušom krycom boxe
Galvanická korózia
Erozívna korózia
Kavitačná korózia
Únava z korózie
Korózia trením
Mikrobiologická korózia MIC
Korózia pri vysokých teplotách

Rozdelenie korózie podľa prostredia

Morská korózia – korózia ocele a kovov v morskej vode
Atmosférická korozia
Korózia zeme
Korózia v sladkej a priemyselnej vode
Korózia v chloridovom prostredí
Korózia v kyslom prostredí
Korózia v alkalickom prostredí
Korózia v plynoch a výfukových plynoch
Korózia v kanalizačných a stokových systémoch
Korózia v chemickom a petrochemickom prostredí

Súvisiace témy

CPT – kritická teplota bodkovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin
PREN – index odolnosti voči bodkovej korózii pre nehrdzavejúcu oceľ
CCT – Kritická teplota štrbinovej korózie nehrdzavejúcich ocelí a niklových zliatin