Co powoduje korozję galwaniczną i jak temu zapobiec?

Co to jest korozja galwaniczna?

Jak sama nazwa wskazuje, korozja galwaniczna jest procesem elektrochemicznym, który z natury ulega pogorszeniu. Jest również znany jako różna korozja metalu lub korozja bimetaliczna. Ten pogarszający się proces elektrochemiczny wymaga trzech kluczowych uczestników, aby nastąpił.

Po pierwsze, musi istnieć elektrolit, substancja, która po rozpuszczeniu w wodzie tworzy roztwór przewodzący elektrycznie. Jednocześnie muszą istnieć dwa różne metale, które są zarówno w bezpośrednim kontakcie ze sobą, jak i w obecności wspomnianego elektrolitu.

Jednak jedną z najbardziej godnych uwagi rzeczy związanych z korozją galwaniczną jest to, że chociaż wymaga kontaktu dwóch odmiennych metali, tylko jeden z metali ulegnie zauważalnej korozji, podczas gdy drugi będzie stosunkowo wolny od uderzenia.

Dlaczego więc dokładnie tylko jeden z metali koroduje zamiast obu? Jakie są podstawowe czynniki, które w pierwszej kolejności indukują tę reakcję?

Co powoduje korozję galwaniczną?

Po ustawieniu stopnia na wystąpienie korozji galwanicznej jeden z metali służy następnie jako anoda, dodatnio naładowana elektroda, podczas gdy drugi służy jako katoda.
Metal, który służy jako anoda, jest tym, który koroduje i przez to nieumyślnie chroni katodę, czyli drugi metal.

Przykładem tego może być sytuacja, gdy aluminium i stal węglowa stykają się ze sobą w środowisku morskim, tj. w wodzie morskiej. W takiej sytuacji stal (katoda) będzie chroniona, podczas gdy aluminium (anoda) będzie szybciej korodować. Tutaj aluminium jest celowo wykorzystywane jako metal ofiarny, a przyspieszona korozja anody pomaga zmniejszyć ryzyko korozji stali. Aby utrzymać to przez długi czas, anoda musiałaby być okresowo wymieniana.

Głównym czynnikiem, który odgrywa rolę w procesie korozji galwanicznej, jest stosunkowo podstawowy, który większość z nas zna - różnica potencjałów. W tym przypadku różnicę potencjałów między dowolnymi dwoma metalami definiuje się jako różnicę między ich potencjałami elektrod.

Ilekroć metal styka się z elektrolitem, przyjmuje tak zwany potencjał elektrody, właściwość, która określa zdolność metalu do redukcji lub zwiększania elektronów, i jak wspomnieliśmy wcześniej, każdy metal ma określony potencjał elektrody (który można znaleźć w serii galwanicznej).

Kiedy wszystkie istotne składniki (elektrolit i dwa metale) są w grze, powstała różnica potencjałów indukuje przeniesienie elektronów z bardziej elektroujemnego metalu (anody) do bardziej elektrododatniego metalu (katody). Z powodu reakcji redukcji i reakcji utleniania, które powoduje ten transfer elektronów, anoda ostatecznie zaczyna korodować.

Mówiąc prościej, najmniej szlachetny metal będzie działał jako anoda i będzie korodować, aby chronić najbardziej szlachetny metal, katodę. Uwzględnienie potencjału korozji materiałów jest zatem bardzo ważne, gdy inżynierowie projektują produkcje, szczególnie dla urządzeń, rurociągów i systemów stosowanych w środowiskach morskich.

Kiedy korozja galwaniczna powoduje problemy?

Korozja galwaniczna może być problematyczna dla inżynierów, ponieważ powoduje przyspieszenie normalnej korozji metalu w elektrolicie, co może skutkować cięższą postacią korozji, która w przeciwnym razie byłaby mało prawdopodobna. Może to również spowodować awarię spoin, co może być zarówno niebezpieczną, jak i kosztowną kwestią, wymagającą wykonywania droższych napraw i prac konserwacyjnych niż gdyby problemu całkowicie unikn ęto.

Jest to szczególnie prawdziwe w przemyśle naftowym i gazowym, gdzie rurociągi i inne konstrukcje zwykle stykają się z wodą morską i dlatego są bardziej podatne na ataki i trudniejsze do łatwego przeprowadzenia prac naprawczych.

Jak zapobiegać korozji galwanicznej?

Tak więc, teraz, gdy już rozumiemy, w jaki sposób powstaje korozja galwaniczna, musimy teraz odpowiedzieć na pytanie, które naturalnie pojawia się dalej - jak uniknąć lub zmniejszyć wpływ korozji galwanicznej?

Minimalizuj różnicę potencjału

Seria galwaniczna jest jednym z najbardziej przejrzystych narzędzi w walce z korozją galwaniczną. Pamiętaj, że seria galwaniczna prezentuje szlachetność metali, co wskazuje potencjał elektrody każdego metalu i dlatego może być wykorzystana do obliczenia różnicy potencjałów między dwoma różnymi metalami. Ta różnica potencjałów stymuluje przepływ elektronów z anody do katody.

Mówiąc prościej - im większa różnica potencjałów, tym większy prąd galwaniczny, a zatem tym bardziej przyspieszona będzie szybkość korozji.

Tak więc jednym ze sposobów zapobiegania korozji galwanicznej jest użycie metali, które mają podobne potencjały elektrody, a zatem mają niską różnicę potencjałów. W niektórych przypadkach może to nie całkowicie zatrzymać korozji galwanicznej na torach, ale może znacznie zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia korozji galwanicznej lub drastycznie spowolnić szybkość korozji.

Najczęstszym rozwiązaniem jest jednak, aby inżynierowie po prostu nie mieszali metali, ponieważ użycie tylko jednego rodzaju materiału pomoże całkowicie uniknąć korozji galwanicznej.

Zmiana stosunku powierzchni metali

W wielu przypadkach idealnie byłoby użyć metali o znikomej różnicy potencjałów; jednak często jest to po prostu niemożliwe.

Nie bój się, istnieje inny sposób na zmniejszenie szybkości korozji galwanicznej; zmieniając stosunek powierzchni anody i katody. Jeśli masz większy stosunek powierzchni katody do anody (tj. Twoja katoda jest większa niż anoda), będziesz miał stosunkowo szybką szybkość redukcji i bardziej szkodliwą korozję galwaniczną.

W rezultacie jest rozsądne, że prawdą jest również odwrotnie. Jeśli stosunek jest odwrócony i masz obszar katody, który jest mniejszy niż obszar anody, zobaczysz dramatyczny spadek szybkości redukcji i mniejsze występowanie korozji galwanicznej.

Przerwać połączenie elektryczne (zaizolować metale)

Jeśli przepływ elektronów jest tym, co powoduje reakcje redukcji i reakcje utleniania (które prowadzą do ostatecznej korozji), co by się stało, gdybyśmy zablokowali przepływ tych elektronów?

Jest to przesłanka jednej z najczęstszych metod zapobiegania korozji galwanicznej - izolacji. Narzędzia izolacyjne, takie jak uszczelki i podkładki na bazie polimerów, służą do blokowania przepływu elektronów, dzięki czemu korozja galwaniczna nigdy nie ma szans na wystąpienie.

Dzięki zastosowaniu niemetalowej podkładki, aby zapobiec dotykaniu głowicy śruby z płytką, skutecznie pomaga to przerwać kontakt elektryczny między dwoma metalami. Na przykład, gdybyśmy instalowali ocynkowaną stalową śrubę nasad kową w aluminiowej płycie, moglibyśmy użyć podkładki gumowej TPR, aby działać jako nieprzewodząca przekładka, która może pomóc chronić zarówno stal, jak i aluminium i uniknąć kor ozji galwanicznej.

Należy jednak pamiętać, że jeśli gwinty śruby nadal stykają się z blachą aluminiową, wówczas połączenie elektryczne pozostaje nienaruszone. W rezultacie powlekanie metali smarem lub substancją hydrofobową może pomóc spowolnić potencjał korozji, chociaż ważne jest, aby zastanowić się, co, jeśli w ogóle, może to mieć wpływ na samą instalację.

Alternatywnie, elementy takie jak podkładki bar kowe mogą być stosowane w celu zapewnienia lepszej izolacji, ponieważ część barkowa znajdowałaby się między wałem śruby lub gwintami, a wewnętrzną średnicą płyty. Zapewniłoby to znacznie lepszą izolację wewnątrz obudowy niż powłoka, a jednocześnie zapewniłoby dodatkowe korzyści, takie jak odporność na kwasy, chemikalia i oleje.

Izolowanie elektrolitu

Ta metoda zapobiegania korozji galwanicznej jest zgodna z tą samą logiką, co metoda izolacji. Ponieważ elektrolit stanowi jedną trzecią receptury na korozję galwaniczną, jeśli usuniemy go z równania, teoretycznie powinniśmy być w stanie zapobiec korozji galwan icznej.

Łatwi@@ ej to jednak powiedzieć niż zrobić; ponieważ w większości przypadków po prostu nie jesteśmy w stanie całkowicie pozbyć się elektrolitu. Kolejnym najlepszym rozwiązaniem jest więc wyizolowanie go, skutecznie zapobiegając kontaktowi się ze sobą i metali.

Jak wspomniano wcześniej, najskuteczniejszym sposobem osiągnięcia tego jest stosowanie związków hydrofobowych; niektóre bardzo powszechne przykłady w świecie rzeczywistym to wodoodporne powłoki, farby i smary.

Czy korozja galwaniczna może mieć jakieś korzyści?

Korozja galwaniczna, we właściwych okolicznościach i przy dobrym zrozumieniu procesu, może być rzeczywiście korzystna i wykorzystywana jako siła na dobre.

Wytwarzanie energii elektrycznej w bateriach

Jako proces elektrochemiczny korozja galwaniczna jest idealna do wytwarzania energii elektrycznej w ogniwie pierwotnym, rodzaju ogniwa elektrycznego, które jest przeznaczone do użytku tylko raz - inaczej powszechnie znanego jako bateria jednorazowa.

W większości akumulatorów jednorazowego użytku stalowa puszka jest używana jako pojemnik, w którym znajdują się „składniki” komórki. Katoda jest warstwą dwutlenku manganu znajdującą się po wewnętrznej stronie obudowy akumulatora i jest podłączona do dodatniego zacisku. I odwrotnie, anoda cynkowa jest warstwą wewnętrzną, rozproszoną w roztworze elektrolitu i jest połączona z ujemnym końcem akumulatora.

Gdy nie są używane, konieczne jest, aby te dwie elektrody były izolowane od siebie, więc włóknista tkanina jest używana jako separator, aby utrzymać elektrody od siebie.

Dzięki temu separatorowi reakcja chemiczna używana do wytwarzania energii elektrycznej zachodzi tylko wtedy, gdy bateria jest włożona do urządzenia i obwód jest zakończony.

Ochrona wrażliwych elementów metalowych

Jak podkreślono powyżej, korozja galwaniczna może być użyta do celowego narażenia anody na korozję w celu ochrony katody. Jednak często preferowane jest zapobieganie korozji galwanicznej tam, gdzie to możliwe, ponieważ skutkuje to skróceniem przestojów maszyn, urządzeń itp. przy jednoczesnym minimalizowaniu liczby napraw i prac konserwacyjnych wymagających wykonania.

Ważne jest, aby pamiętać, że te środki zapobiegawcze nie muszą się wzajemnie wykluczać. W odpowiednim kontekście można je stosować jednocześnie w celu osiągnięcia lepszego poziomu ochrony. Na przykład w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, gdzie kombinacje różnych metali są powszechne, pomocne jest określenie najlepszych materiałów do zastosowania w danej instalacji.

Wreszcie, jeśli Twój projekt wymaga zastosowania ochrony przed korozją galwaniczną, środki zaradcze, które opisaliśmy powyżej, są zawsze najbardziej przydatne, gdy są stosowane w kontekście zapobiegawczym, a nie zaradczym. Najłatwiejsze i najskuteczniejsze jest zastosowanie tych mechanizmów obronnych stosunkowo wcześnie w procesie produkcyjnym, najlepiej w fazie projektowania.