Galvanisk korrosion – orsaker, mekanism och förebyggande

Ladda ner beskrivningen i pdf

Galvanisk korrosion, även känd som kontaktkorrosion, bimetallisk korrosion eller bimetallisk korrosion , är en form av elektrokemisk korrosion som uppstår när två olika metaller eller legeringar är i elektrisk kontakt med varandra och samtidigt är nedsänkta i en ledande miljö, dvs. en elektrolyt.

Under sådana förhållanden skapas det galvanisk cellDet ena materialet blir anod och genomgår accelererad korrosion, medan det andra fungerar som katod och skyddas. Galvanisk korrosion är betydande i konstruktioner gjorda av olika material, särskilt i vatten-, kemiska, marina, energi- och bygginstallationer, samt i kopplingar mellan rostfritt stål och kolstål, aluminium, koppar eller andra metaller.

Vad är galvanisk korrosion?

Galvanisk korrosion uppstår som ett resultat av en elektrokemisk potentialskillnad mellan två olika metalliska material.
Om materialen är:

• elektriskt ansluten,
• och samtidigt kommer de att vara i kontakt med elektrolyten,

ström kan börja flyta mellan dem.
Metallen med en mer aktiv potential blir anod och genomgår accelererad upplösning.
Metallen blir ädlare katod och dess korrosion är begränsad.

Förhållanden för uppkomsten av galvanisk korrosion

För att typisk galvanisk korrosion ska uppstå måste tre grundläggande villkor vara uppfyllda:

Om ett av dessa villkor elimineras avbryts den galvaniska cellens drift.

Hur fungerar en galvanisk cell?

I ett system med två olika metaller blir det ena materialet anod och det andra katod.
Metalloxidationsprocessen sker vid anoden:
M → Mⁿ⁺ + ne^-
Metallatomer passerar in i elektrolyten som joner. Detta representerar en verklig materialförlust.
Elektroner flödar genom den metalliska övergången till katoden, där reduktionsreaktioner äger rum.

I själva verket:

• anoden korroderar snabbare,
• katoden är skyddad.

Vad kan vara en elektrolyt?

Elektrolyten behöver inte vara en aggressiv syra eller en stark kemisk lösning.

I praktiken kan följande vara tillräckligt:

• havsvatten,
• kranvatten,
• teknologiskt vatten,
• regnvatten,
• atmosfärisk fuktighet,
• kondensat,
• saltlösningar,
• fuktig jord,
• kemiska miljöer.

En särskilt effektiv elektrolyt är vatten som innehåller lösta salter.
Därför är problemet med galvanisk korrosion särskilt viktigt i marina miljöer och i närvaro av klorider.

Galvanisk serie av metaller

Känsligheten för galvanisk korrosion kan grovt bedömas utifrån galvanisk serie specifikt för en specifik miljö.
Metaller på den mer aktiva sidan av serien har en större tendens att bete sig som anoder.
Ädlare material har en större tendens att bete sig som katod.
Ett exempel på en förenklad anordning av material i den marina miljön kan presenteras enligt följande:

Detta är en vägledande lista. Ett materials position i den galvaniska serien beror på miljön och ytans tillstånd.
Därför bör den galvaniska serien inte behandlas som en universell tabell som är giltig för alla förhållanden.

Rostfritt stål och kolstål

En mycket vanlig koppling är mellan rostfritt stål och vanligt kolstål.
I många miljöer är passivt rostfritt stål ädlare än kolstål.
Efter att båda materialen kombinerats i närvaro av en elektrolyt:

• rostfritt stål kan fungera som katod,
• Kolstål kan bli anod och korrodera snabbare.

Detta betyder inte att varje kombination av rostfritt stål och kolstål automatiskt leder till allvarlig korrosion.
Även viktiga är:

• typ av miljö,
• elektrolytledningsförmåga,
• ytförhållandet mellan båda materialen,
• vätningstid,
• temperatur,
• strukturens geometri.

Rostfritt stål och aluminium

Kombinationen av aluminium och rostfritt stål kräver särskild uppmärksamhet.
I många miljöer är rostfritt stål i sitt passiva tillstånd mycket ädlare än aluminium.
Om aluminium är elektriskt anslutet till rostfritt stål och en elektrolyt bildas, kan aluminiumet bli anoden.
Risken är särskilt hög i:

• marin miljö,
• närvaron av vägsalt,
• förhållanden med konstant fuktighet,
• konstruktioner med en stor yta av rostfritt stål och en liten yta av aluminium.

Elektriskt isolerande material används ofta i sådana anslutningar.

Rostfritt stål och koppar

Rostfritt stål och koppar kan användas i samma installation, men möjligheten till galvaniska interaktioner bör bedömas för den specifika miljön.
I elektriskt ledande vatten kan potentialskillnaden mellan material leda till bildandet av en galvanisk cell.
Det viktiga är framför allt:

• vattensammansättning,
• temperatur,
• elektrisk ledningsförmåga,
• ytförhållande för material,
• flödesförhållanden.

Förhållande mellan anod och katod

En av de viktigaste faktorerna som avgör hastigheten för galvanisk korrosion är förhållandet mellan katodens yta och anodens yta.
Situationen är särskilt farlig:
liten anod + stor katod
Den stora katodiska ytan kan upprätthålla en betydande katodisk reaktion, medan den anodiska upplösningsprocessen är koncentrerad till ett litet område.
Detta orsakar en mycket hög anodisk strömtäthet och kan leda till snabb, lokal förstörelse av den mindre ädla metallen.

Liten anod och stor katod – exempel

Tänk dig en liten bit kolstål kopplad till en stor yta av rostfritt stål.
Om strukturen är fuktad med elektrolyt:

• kolstål kan bli en anod,
• Rostfritt stål kan fungera som en stor katod.

Hela anodprocessen koncentreras sedan till ett litet område av kolstål.
Korrosion kan ske mycket snabbare än med en komponent tillverkad helt av kolstål.

Stor anod och liten katod

Följande upplägg är mycket mer fördelaktigt:
stor anod + liten katod
Anodströmmen fördelas sedan över en stor yta.
Korrosionsströmtätheten per ytenhet av anoden är lägre, så den lokala korrosionshastigheten kan vara mycket lägre.

Exempel – skruvar i rostfritt stål i en stålkonstruktion

En liten rostfri skruv monterad i en stor kolstålskomponent skapar vanligtvis ett mer gynnsamt ytförhållande:

• liten katod – skruv i rostfritt stål,
• stor anod – konstruktion i kolstål.

Den motsatta situationen kan vara mycket farligare.
Ett litet element av kolstål som är anslutet till en stor yta av rostfritt stål kan utsättas för mycket intensiv galvanisk korrosion.

Skador på skyddsbeläggningen och galvanisk korrosion

En särskilt farlig situation kan uppstå när ett mindre ädelt material täcks med en skyddande beläggning, men beläggningen skadas lokalt.
Om en liten exponerad materialstycke blir en anod till en stor katodisk yta, kan korrosionen koncentreras vid skadan.
Därför bör metoden för att applicera skyddande beläggningar i system av olika metaller övervägas noggrant.

Galvanisering av stål – med hjälp av galvaniskt fenomen

Det galvaniska fenomenet är inte alltid ogynnsamt.
Kan användas för att skydda metall.
Ett klassiskt exempel är stal ocynkowana.
Zink är mer elektrokemiskt aktivt än stål.
Om zinkbeläggningen skadas lokalt kan zinken bete sig som en anod och korrodera istället för det exponerade stålet.
Detta är den så kallade offerskydd.

Offeranoder

Det galvaniska fenomenet används också i katodiskt skydd.
En mer elektrokemiskt aktiv metall är fäst vid den skyddade strukturen och utsätts avsiktligt för korrosion.
Följande anoder används bland annat:

• zink,
• magnesium,
• aluminium.

Sådana anoder kallas offeranoder eller galvaniska anoder.
De används bland annat för att skydda:

• fartygsskrov,
• rörledningar,
• tankar,
• marina strukturer,
• underjordiska stålinstallationer.

Orsakar två olika kvaliteter av rostfritt stål galvanisk korrosion?

Kombinationen av två olika kvaliteter av rostfritt stål orsakar inte nödvändigtvis betydande galvanisk korrosion.
Om båda materialen är i ett passivt tillstånd och har liknande potentialer i en given miljö, kan potentialskillnaden vara liten.
Därför kopplingar som:

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

kan fungera utan allvarliga galvaniska problem i många miljöer.
Situationen bör dock alltid bedömas mot bakgrund av faktiska driftsförhållanden.

Aktiva och passiva tillstånd hos rostfritt stål

När det gäller rostfritt stål är ytbeskaffenheten av särskild betydelse.
Rostfritt stål i passivt tillstånd är täckt med ett passivt lager och uppvisar en relativt ädel elektrokemisk potential.
Om det passiva lagret förstörs och materialet blir lokalt aktivt kan dess elektrokemiska beteende förändras avsevärt.
Därför räcker det inte att bara känna till stålsortens namn eller nummer när man bedömer risken för galvanisk korrosion.

Är potentialskillnaden tillräcklig för att förutsäga korrosionshastigheten?

Nej.
En stor potentialskillnad mellan material indikerar möjligheten till galvanisk korrosion, men avgör inte i sig själv dess faktiska hastighet.
Även viktiga är:

• katodisk reaktionskinetik,
• polarisering av material,
• elektrolytledningsförmåga,
• temperatur,
• tillgång till syre,
• förhållandet mellan katod och anod,
• avstånd mellan element,
• strukturens geometri.

Därför bör en enkel potentialtabell inte vara den enda grunden för att välja material.

Inverkan av elektrolytens konduktivitet

Ju högre omgivningens elektriska ledningsförmåga är, desto lättare är det för ström att flyta i en galvanisk cell.
Därför är det särskilt farligt havsvatten, som tack vare sitt höga innehåll av lösta salter är en bra elektrolyt.
I vatten med mycket låg konduktivitet kan den galvaniska växelverkan vara mycket svagare och mer rumsligt begränsad.

Galvanisk korrosion i havsvatten

Den marina miljön skapar mycket goda förutsättningar för bildandet av galvaniska celler.
Följande inträffar där samtidigt:

• hög elektrolytledningsförmåga,
• klorider,
• konstant eller periodisk kontakt med vatten,
• ett stort antal olika byggmaterial.

Därför analyseras möjligheten till kontakt särskilt noggrant i marina strukturer:

• rostfritt stål med kolstål,
• rostfritt stål med aluminium,
• stål med koppar och dess legeringar,
• olika aluminiumlegeringar,
• olika kvaliteter av rostfritt stål.

Hur kan man förhindra galvanisk korrosion?

De viktigaste metoderna för att minska galvanisk korrosion är:

• undvika ogynnsamma kombinationer av olika metaller,
• välja material med de mest liknande galvaniska potentialerna i en given miljö,
• elektrisk isolering av olika metaller,
• användning av brickor, bussningar och isolerande distanser,
• begränsar strukturens kontakt med elektrolyten,
• användning av lämpliga skyddande beläggningar,
• undvika konfigurationen liten anod – stor katod,
• lämplig utformning av anslutningar,
• användning av katodiskt skydd,
• användning av offeranoder.

Elektrisk isolering av olika metaller

En av de mest effektiva metoderna för att förhindra galvanisk korrosion är att avbryta elektrisk kontakt mellan olika material.
Följande kan bland annat användas:

• isolerande dynor,
• plastbussningar,
• isolerande packningar,
• icke-ledande beläggningar,
• distanshållare gjorda av isolerande material.

Om elektroner inte kan flöda mellan metaller kan en klassisk galvanisk cell inte fungera korrekt.

Galvanisk korrosion och spaltkorrosion

Galvanisk korrosion och spaltkorrosion är olika mekanismer, men de kan uppstå samtidigt i samma kombination.

Galvanisk korrosion och gropkorrosion

Galvanisk korrosion är inte heller samma fenomen som punktkorrosion.
Punktkorrosion kan uppstå på ett material på grund av lokal skada på det passiva lagret, särskilt i närvaro av klorider.
Galvanisk korrosion uppstår genom elektrokemisk interaktion mellan olika material som är elektriskt sammankopplade i närvaro av en elektrolyt.
I praktiska konstruktioner kan dock båda mekanismerna uppstå samtidigt.

De vanligaste designfelen

Till synes små konstruktionsfel leder ofta till problem med galvanisk korrosion.
Tillhör dem:

• direkt sammanfogning av aluminium med rostfritt stål i marin miljö,
• användningen av små kolstålselement med en stor yta av rostfritt stål,
• ingen elektrisk isolering mellan olika metaller,
• utformning av vattenhållningsområden,
• skador på skyddande beläggningar,
• användning av olämpliga fästelement,
• underlåtenhet att ta hänsyn till faktiska driftsförhållanden.

Galvanisk korrosion – De viktigaste slutsatserna

Galvanisk korrosion uppstår när två olika metalliska material är i elektrisk kontakt och samtidigt i närvaro av en elektrolyt.
Det mer aktiva materialet blir anod och genomgår accelererad korrosion, medan det ädlare materialet fungerar som katod.
Systemet är särskilt farligt liten anod – stor katod, eftersom korrosionsprocessen är koncentrerad till ett litet område av anodmaterialet.
Vid konstruktion av rostfria stålkopplingar bör särskild uppmärksamhet ägnas åt kontakt med aluminium, kolstål, koppar och andra metaller.
Risken beror inte bara på vilken typ av material som ansluts, utan också på deras ytförhållande, elektrolyttyp, temperatur, miljöledningsförmåga och konstruktionsgeometri.
De mest effektiva sätten att begränsa galvanisk korrosion är korrekt materialval, avbrott av elektrisk kontakt, begränsning av elektrolytåtkomst och lämplig utformning av anod- och katodytans förhållande.

Korrosion kan uppstå via olika mekanismer, beroende på material, miljö och driftsförhållanden. Lär dig mer om andra typer av korrosion:

Typer av korrosion av stål och metaller

Jämn korrosion av stål och metaller
Punktkorrosion av rostfria stål
Spaltkorrosion av rostfria stål
Intergranulär korrosion av rostfritt stål
Spänningskorrosionssprickbildning SCC
Galvanisk korrosion
Erosiv korrosion
Kavitationskorrosion
Korrosionsutmattning
Nötningskorrosion
Mikrobiologisk korrosion MIC
Högtemperaturkorrosion

Indelning av korrosion enligt miljö

Marin korrosion – korrosion av stål och metaller i havsvatten
Atmosfärisk korozja
Markkorrosion
Korrosion i sötvatten och industrivatten
Korrosion i kloridmiljöer
Korrosion i sura miljöer
Korrosion i alkaliska miljöer
Korrosion i gaser och avgaser
Korrosion i avloppssystem
Korrosion i kemiska och petrokemiska miljöer

Relaterade ämnen

CPT – kritisk punktkorrosionstemperatur för rostfria stål och nickellegeringar
PREN – index för punktkorrosionsbeständighet för rostfritt stål
CCT – Kritisk spaltkorrosionstemperatur för rostfria stål och nickellegeringar