Галванска корозија – узроци, механизам и превенција

Преузмите опис у пдф формату

Галванска корозија, такође позната као контактна корозија, биметална корозија или биметална корозија , је облик електрохемијске корозије која настаје када су два различита метала или легуре у електричном контакту једни са другима и истовремено су уроњена у проводну средину, тј. електролит.

У таквим условима се ствара галванска ћелијаЈедан материјал постаје анода и подлеже убрзаној корозији, док други делује као катода и заштићен је. Галванска корозија је значајна у конструкцијама направљеним од различитих материјала, посебно у водним, хемијским, поморским, енергетским и грађевинским инсталацијама, као и у везама између нерђајућег челика и угљеничног челика, алуминијума, бакра или других метала.

Шта је галванска корозија?

Галванска корозија настаје као резултат електрохемијске разлике потенцијала између два различита метална материјала.
Ако су материјали:

електрично повезан,
и истовремено ће бити у контакту са електролитом,

струја може почети да тече између њих.
Метал са активнијим потенцијалом постаје анода и подлеже убрзаном растварању.
Метал постаје племенитији катода и његова корозија је ограничена.

Услови за појаву галванске корозије

Да би дошло до типичне галванске корозије, морају бити испуњена три основна услова:

Варунек	Знацзение
Разни метални материјали	Материјали имају различите електрохемијске потенцијале у датом окружењу
Електрични контакт	Омогућава електронима да теку између метала
Електролит	Омогућава транспорт јона и затварање електрохемијског кола

Ако се један од ових услова елиминише, рад галванске ћелије се прекида.

Како функционише галванска ћелија?

У систему од два различита метала, један материјал постаје анода, а други катода.
Процес оксидације метала се одвија на аноди:
М → Мⁿ⁺ + не^-
Атоми метала прелазе у електролит као јони. Ово представља прави губитак материјала.
Електрони теку кроз метални спој до катоде, где се одвијају реакције редукције.

У ствари:

анода брже кородира,
Катода је заштићена.

Шта би могао бити електролит?

Електролит не мора бити агресивна киселина или јак хемијски раствор.

У пракси, следеће може бити довољно:

морска вода,
вода из славине,
технолошка вода,
кишница,
атмосферска влага,
кондензат,
раствори соли,
влажно земљиште,
хемијским срединама.

Посебно ефикасан електролит је вода која садржи растворене соли.
Стога је проблем галванске корозије посебно важан у морским срединама и у присуству хлорида.

Галвански низ метала

Осетљивост на галванску корозију може се грубо проценити на основу галвански низ специфичне за одређено окружење.
Метали на активнијој страни серије имају већу тенденцију да се понашају као аноде.
Племенитији материјали имају већу склоност да се понашају као катода.
Пример, поједностављени распоред материјала у морском окружењу може се представити на следећи начин:

ствари	Електрохемијска природа
магнезијум	веома активан
Цинк	активан
Алуминијум и његова стопала	релативно активан
Угљенични челик	активан
бакар и њена стопала	племенитији
Нерђајући челици у пасивном стању	племенит
Титан	веома племенит у пасивном стању

Ово је индикативна листа. Положај материјала у галванском низу зависи од околине и стања његове површине.
Стога, галвански низ не треба третирати као једну универзалну табелу која важи за све услове.

Нерђајући челик и угљенични челик

Веома честа веза је између нерђајућег челика и обичног угљеничног челика.
У многим окружењима, пасивни нерђајући челик је племенитији од угљеничног челика.
Након комбиновања оба материјала у присуству електролита:

нерђајући челик може деловати као катода,
Угљенични челик може постати анода и брже кородирати.

То не значи да ће свака комбинација нерђајућег челика и угљеничног челика аутоматски довести до јаке корозије.
Такође су важни:

врста окружења,
проводљивост електролита,
однос површина оба материјала,
време влажења,
температуре,
геометрија структуре.

Нерђајући челик и алуминијум

Комбинација алуминијума и нерђајућег челика захтева посебну пажњу.
У многим окружењима, нерђајући челик у свом пасивном стању је много племенитији од алуминијума.
Ако је алуминијум електрично повезан са нерђајућим челиком и формира се електролит, алуминијум може постати анода.
Ризик је посебно висок код:

морска средина,
присуство соли за путеве,
услови сталне влаге,
конструкције са великом површином од нерђајућег челика и малом површином од алуминијума.

У таквим везама се често користе електрично изолациони материјали.

Нерђајући челик и бакар

Нерђајући челик и бакар могу се користити у истој инсталацији, али могућност галванских интеракција треба проценити за специфично окружење.
У електрично проводљивој води, потенцијална разлика између материјала може довести до формирања галванске ћелије.
Оно што је пре свега важно јесте:

састав воде,
температуре,
електрична проводљивост,
однос површина материјала,
услови протока.

Однос површине аноде и катоде

Један од најважнијих фактора који одређују брзину галванске корозије је однос површине катоде и површине аноде.
Ситуација је посебно опасна:
мала анода + велика катода
Велика катодна површина може да одржи значајну катодну реакцију, док је анодни процес растварања концентрисан на малом подручју.
Ово узрокује веома високу густину анодне струје и може довести до брзог, локалног уништења мање племенитог метала.

Мала анода и велика катода – пример

Замислите мали комад угљеничног челика повезан са великом површином нерђајућег челика.
Ако је структура навлажена електролитом:

угљенични челик може постати анода,
Нерђајући челик може деловати као велика катода.

Читав процес аноде се затим концентрише на малу површину угљеничног челика.
Корозија може бити много бржа него код компоненте направљене у потпуности од угљеничног челика.

Велика анода и мала катода

Следећи распоред је много повољнији:
велика анода + мала катода
Анодна струја се затим распоређује по великој површини.
Густина струје корозије по јединици површине аноде је нижа, тако да локална брзина корозије може бити знатно нижа.

Пример – шрафови од нерђајућег челика у челичној конструкцији

Мали вијак од нерђајућег челика монтиран у велику компоненту од угљеничног челика обично ствара повољнији однос површине:

мала катода – вијак од нерђајућег челика,
велика анода – конструкција од угљеничног челика.

Супротна ситуација може бити много опаснија.
Мали елемент од угљеничног челика повезан са великом површином нерђајућег челика може бити изложен веома интензивној галванској корозији.

Оштећење заштитног премаза и галванска корозија

Посебно опасна ситуација може настати када је мање племенити материјал прекривен заштитним премазом, али је премаз локално оштећен.
Ако мали изложени комад материјала постане анода на великој површини катоде, корозија се може концентрисати на месту оштећења.
Стога, метод наношења заштитних премаза у системима од различитих метала треба пажљиво размотрити.

Поцинковање челика – коришћење галванског феномена

Галвански феномен није увек неповољан.
Може се користити за заштиту метала.
Класичан пример је поцинковани челик.
Цинк је електрохемијски активнији од челика.
Ако је цинков премаз локално оштећен, цинк се може понашати као анода и кородирати уместо изложеног челика.
Ово је тзв. жртвена заштита.

Жртвене аноде

Галвански феномен се такође користи у катодној заштити.
Електрохемијски активнији метал је причвршћен за заштићену структуру и намерно кородиран.
Између осталог, користе се следеће аноде:

цинк,
магнезијум,
алуминијум.

Такве аноде се називају жртвене аноде или галванске аноде.
Користе се, између осталог, за заштиту:

трупови бродова,
цевоводи,
тенкови,
морске структуре,
подземне челичне инсталације.

Да ли две различите врсте нерђајућег челика изазивају галванску корозију?

Комбинација две различите врсте нерђајућег челика не мора нужно изазвати значајну галванску корозију.
Ако су оба материјала у пасивном стању и имају сличне потенцијале у датом окружењу, разлика потенцијала може бити мала.
Дакле, везе као што су:

304Л са 316Л,
316Л са 904Л,
316Л са дуплексом 2205

може да ради без озбиљних галванских проблема у многим окружењима.
Међутим, ситуацију увек треба проценити у светлу стварних оперативних услова.

Активно и пасивно стање нерђајућег челика

Код нерђајућих челика, стање површине је од посебног значаја.
Нерђајући челик у пасивном стању је прекривен пасивним слојем и показује релативно племенит електрохемијски потенцијал.
Ако се пасивни слој уништи и материјал постане локално активан, његово електрохемијско понашање може се значајно променити.
Стога, приликом процене ризика од галванске корозије, није довољно знати само назив или број врсте челика.

Да ли је потенцијална разлика довољна да се предвиди брзина корозије?

Не.
Велика потенцијална разлика између материјала указује на могућност галванске корозије, али сама по себи не одређује њену стварну брзину.
Такође су важни:

кинетика катодне реакције,
поларизација материјала,
проводљивост електролита,
температуре,
приступ кисеонику,
однос површине катоде и аноде,
растојање између елемената,
геометрија структуре.

Стога, једноставна табела потенцијала не би требало да буде једина основа за избор материјала.

Утицај проводљивости електролита

Што је већа електрична проводљивост околине, то је лакше да струја тече у галванској ћелији.
Због тога је посебно опасно морска вода, који је, захваљујући високом садржају растворених соли, добар електролит.
У води са веома ниском проводљивошћу, галванска интеракција може бити много слабија и просторно ограниченија.

Галванска корозија у морској води

Морска средина ствара веома добре услове за формирање галванских ћелија.
Следеће се тамо дешава истовремено:

висока проводљивост електролита,
хлориди,
стални или периодични контакт са водом,
велики број различитих грађевинских материјала.

Стога се код морских структура могућност контакта посебно пажљиво анализира:

нерђајући челик са угљеничним челиком,
нерђајући челик са алуминијумом,
челик са бакром и његовим легурама,
разне легуре алуминијума,
разне врсте нерђајућег челика.

Како спречити галванску корозију?

Најважније методе за смањење галванске корозије су:

избегавајући неповољне комбинације различитих метала,
одабир материјала са најсличнијим галванским потенцијалима у датом окружењу,
електрична изолација различитих метала,
употреба подлошки, чаура и изолационих одстојника,
ограничавање контакта структуре са електролитом,
употреба одговарајућих заштитних премаза,
избегавајући конфигурацију мале аноде и велике катоде,
одговарајући дизајн веза,
употреба катодне заштите,
употреба жртвених анода.

Електрична изолација разних метала

Једна од најефикаснијих метода за спречавање галванске корозије је прекидање електричног контакта између различитих материјала.
Између осталог, могу се користити следећи:

изолационе подлоге,
пластичне чауре,
изолационе заптивке,
непроводљиви премази,
одстојници направљени од изолационих материјала.

Ако електрони не могу да теку између метала, класична галванска ћелија не може правилно да функционише.

Галванска корозија и корозија пукотина

Галванска и пукотинска корозија су различити механизми, али се могу јавити истовремено у истој комбинацији.

Карактеристично	Галванска корозија	Корозија пукотина
Главни узрок	контакт различитих материјала са различитим потенцијалима	локални хемијски услови унутар пукотине
Да ли су вам потребна два различита метала?	да, у класичној галванској ћелији	Ние
Да ли је потребан електролит?	так	так
Типично место	контакт два различита материјала	испод заптивке, подлошке, седимента или у уском отвору

Галванска корозија и тачкаста корозија

Галванска корозија такође није иста појава као и тачкаста корозија.
До тачкасте корозије може доћи на једном материјалу због локалног оштећења пасивног слоја, посебно у присуству хлорида.
Галванска корозија настаје услед електрохемијске интеракције различитих материјала електрично повезаних у присуству електролита.
Међутим, у практичним пројектима оба механизма могу се јавити истовремено.

Најчешће грешке у дизајну

Наизглед мање грешке у дизајну често доводе до проблема са галванском корозијом.
Њима припадају:

директно спајање алуминијума са нерђајућим челиком у морском окружењу,
употреба малих елемената од угљеничног челика са великом површином нерђајућег челика,
нема електричне изолације између различитих метала,
пројектовање подручја за задржавање воде,
оштећење заштитних премаза,
употреба неодговарајућих причвршћивача,
неузимање у обзир стварних услова рада.

Галванска корозија – најважнији закључци

Галванска корозија настаје када два различита метална материјала су у електричном контакту и истовремено у присуству електролита.
Активнији материјал постаје анода и подлеже убрзаној корозији, док племенитији материјал делује као катода.
Систем је посебно опасан мала анода – велика катода, јер је процес корозије концентрисан на малој површини анодног материјала.
Приликом пројектовања спојева од нерђајућег челика, посебну пажњу треба обратити на контакт са алуминијумом, угљеничним челиком, бакром и другим металима.
Ризик зависи не само од врсте материјала који се повезују, већ и од њихов однос површина, врста електролита, температура, проводљивост околине и геометрија конструкције.
Најефикаснији начини за ограничавање галванске корозије су правилан избор материјала, прекид електричног контакта, ограничавање приступа електролиту и одговарајући дизајн односа површине аноде и катоде.

Корозија може настати путем различитих механизама, у зависности од материјала, окружења и услова рада. Сазнајте више о другим врстама корозије:

Врсте корозије челика и метала

Равномерна корозија челика и метала
Таркаста корозија нерђајућих челика
Пукотинска корозија нерђајућих челика
Интеркристална корозија нерђајућег челика
Пуцање од корозије под напоном, SCC
Галванска корозија
Ерозивна корозија
Кавитациона корозија
Замор од корозије
Корозија од трења
Микробиолошка корозија MIC
Корозија на високим температурама

Подела корозије према окружењу

Повезане теме

CPT – критична температура тачкасте корозије нерђајућих челика и легура никла
PREN – индекс отпорности на тачкасту корозију за нерђајући челик
CCT – Критична температура пукотинске корозије нерђајућих челика и легура никла