Co powoduje korozję galwaniczną i jak mogę temu zapobiec?

Co to jest korozja galwaniczna?

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

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

Jednak jedną z najbardziej godnych uwagi rzeczy w korozji galwanicznej jest to, że chociaż wymaga to dwóch różnych metali, aby mieć kontakt, tylko jeden z metali zostanie zauważalnie skorodowany, podczas gdy drugi zejdzie względnie bez szpiku.

Dlaczego więc tylko jeden z metali korozji zamiast obu? Jakie są czynniki, które wywołują tę reakcję w pierwszej kolejności?

Co powoduje korozję galwaniczną?

Gdy etap jest ustawiony na korozję galwaniczną, 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 czyniąc to nieumyślnie chroni katodę, tj. drugi metal.

Przykładem tego można znaleźć, jeśli aluminium i stal węglowa mają bezpośredni kontakt ze sobą w środowisku morskim, tj. w wodzie morskiej. W takiej sytuacji stal (katoda) będzie chroniona, a aluminium (anoda) szybciej ulegnie korozji. W tym przypadku 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 w procesie korozji galwanicznej jest stosunkowo podstawowy czynnik, z którym większość z nas zna — różnica potencjałów. W tym przypadku różnica potencjałów między dowolnymi dwoma metalami definiuje się jako różnicę między ich potencjałami elektrod.

Ilekroć metal styka się z elektrolitem przyjmuje to, co jest znany jako potencjał elektrody, właściwość, która definiuje zdolność metalu do zmniejszenia lub wzmocnienia elektronów, a jak już wcześniej nawiązaliśmy, każdy metal ma określony potencjał elektrody (który można znaleźć w serii galwanicznej).

Gdy wszystkie istotne składniki (elektrolit i dwa metale) są w grze, wynikająca z tego różnica potencjałów powoduje przeniesienie elektronów z bardziej elektroujemnego metalu (anody) do metalu bardziej elektropozytywnego (katody). Ze względu na reakcje redukcyjne i reakcje utleniania, które powoduje to przeniesienie elektronów, anoda ostatecznie zaczyna korozować.

Mówiąc prościej, najmniej szlachetny metal będzie działał jak anoda i koroduje, aby chronić najbardziej szlachetny metal, katodę. Uwzględnienie potencjału korozyjnego materiałów jest zatem niezwykle ważne, gdy inżynierowie projektują konstrukcje, szczególnie w odniesieniu do urządzeń, rurociągów i systemów wykorzystywanych w środowisku morskim.

Kiedy korozja galwaniczna powoduje problemy?

Korozja galwaniczna może być problematyczna dla inżynierów, ponieważ powoduje przyspieszenie normalnej korozji metalu w elektrolitie, co może skutkować poważniejszą formą korozji, która w przeciwnym razie byłaby mało prawdopodobna. Może również spowodować awarię spoin, co może być zarówno niebezpiecznym, jak i kosztownym problemem, wymagającym przeprowadzenia bardziej kosztownych napraw i prac konserwacyjnych niż gdyby problem został całkowicie unikniony.

Jest to szczególnie ważne w przemyśle naftowym i gazowniczym, gdzie rurociągi i inne konstrukcje mają zazwyczaj kontakt z wodą morską i dlatego są bardziej podatne na ataki i trudniejsze do przeprowadzenia prac naprawczych.

Jak można zapobiegać korozji galwanicznej?

Teraz, gdy rozumiemy, w jaki sposób powstaje korozja galwaniczna, musimy teraz odpowiedzieć na pytanie, które naturalnie pojawia się następne — jak uniknąć lub zmniejszyć wpływ korozji galwanicznej?

Zminimalizuj różnicę potencjałów

Seria galwaniczna jest jednym z najbardziej przejrzystych narzędzi w walce z korozją galwaniczną. Pamiętaj, że seria galwaniczna prezentuje szlachetność metali, co wskazuje na potencjał elektrod 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 jest prąd galwaniczny, a zatem im bardziej przyspieszony będzie współczynnik korozji.

Jednym ze sposobów zapobiegania korozji galwanicznej jest użycie metali, które mają podobne potencjały elektrod i w związku z tym mają niską różnicę potencjałów. W niektórych przypadkach może to nie spowodować całkowitego zatrzymania korozji galwanicznej w jej 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 proporcji powierzchni metali

W wielu przypadkach idealnie byłoby używać metali o znikomej różnicy potencjałów, jednak często nie jest to możliwe.

Nie obawiaj się, istnieje inny sposób, aby zmniejszyć szybkość korozji galwanicznej; zmieniając stosunek powierzchni anody i katody. Jeśli masz większy współczynnik katody do powierzchni anody (tzn. Twoja katoda jest większa niż anoda), będziesz mieć stosunkowo szybki wskaźnik redukcji i bardziej szkodliwa korozja galwaniczna.

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

Przerwa połączenie elektryczne (izolować metale)

Jeśli przepływ elektronów powoduje reakcje redukcji i reakcje utleniania (które prowadzą do ewentualnej 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, tak aby korozja galwaniczna nigdy nie miała szans na wystąpienie w pierwszej kolejności.

Za pomocą podkładki niemetalowej do zapobiega dotykaniu się głowicy śruby z płytą, co skutecznie pomaga przełamać kontakt elektryczny między dwoma metalami. Na przykład, gdybyśmy instalowali ocynkowaną stalową śrubę nasadkową w aluminiowej płycie, moglibyśmy użyć Podkładka gumowa TPR działa jako nieprzewodząca przekładka, która może pomóc chronić zarówno stal, jak i aluminium i uniknąć korozji galwanicznej.

Należy jednak pamiętać, że jeśli gwinty śruby nadal stykają się z płytą aluminiową, wówczas połączenie elektryczne jest nadal nienaruszone. W rezultacie powlekanie metali smarem lub substancją hydrofobową może przyczynić się do spowolnienia potencjału korozji, choć ważne jest, aby zastanowić się, co, jeśli w ogóle, ma to wpływ na samą instalację.

Alternatywnie, elementy takie jak podkładki naramiennemogą być stosowane w celu zapewnienia lepszej izolacji, ponieważ część ramienia będzie znajdować się pomiędzy wałem śruba lub gwinty i wewnętrzna średnica płyty. Zapewniłoby to znacznie lepszą izolację wewnątrz obudowy niż powłoka, zapewniając jednocześnie dodatkowe korzyści, takie jak odporność na kwasy, chemikalia i oleje.

Izolowanie elektrolitu

Ta metoda zapobiegania korozji galwanicznej przebiega zgodnie z tą samą logiką co metoda izolacji. Ponieważ elektrolit stanowi jedną trzecią recepty na korozję galwaniczną, jeśli usuniemy go z równania, teoretycznie powinniśmy być w stanie zapobiec korozji galwanicznej przed korozją galwaniczną.

Łatwiej to powiedzieć niż zrobić, ponieważ w większości przypadków po prostu nie jesteśmy w stanie całkowicie pozbyć się elektrolitu. Następnym najlepszym rozwiązaniem jest odizolowanie go, skutecznie zapobiegając temu, że metale nie stykają się ze sobą.

Jak już wcześniej, najskuteczniejszym sposobem osiągnięcia tego celu jest stosowanie związków hydrofobowych; z bardzo powszechnymi przykładami w świecie rzeczywistym są powłoki hydrofobowe, farby i smary.

Czy korozja galwaniczna może mieć jakiekolwiek korzyści?

Korozja galwaniczna, w odpowiednich okolicznościach i przy należytym zrozumieniu procesu, może być rzeczywiście korzystna i wykorzystana jako siła dobra.

Wytwarzanie energii elektrycznej w baterii

Jako proces elektrochemiczny korozja galwaniczna jest idealna do generowania energii elektrycznej w ogniwie pierwotnym, rodzaj ogniwa elektrycznego, który jest przeznaczony do użycia tylko raz - inaczej znany jako jednorazowy akumulator.

W większości baterii użytkowych jednorazowego użytku jako pojemnik, w którym znajdują się „składniki” komórki wykorzystywana jest stalowa puszka. Katoda jest warstwą dwutlenku manganu znajdującą się po wewnętrznej stronie obudowy akumulatora i jest podłączona do zacisku dodatniego. 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 odizolowane od siebie, więc włóknista tkanina jest używana jako separator, aby utrzymać elektrody od siebie.

Dzięki temu separatorowi reakcja chemiczna wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej występuje tylko wtedy, gdy bateria jest włożona do urządzenia i obwód jest kompletny.

Ochrona wrażliwych elementów metalowych

Jak podkreślono powyżej, korozja galwaniczna może być użyta do celowego narażenia anody na korozję w celu ochrony katody. Jednak często zaleca się zapobieganie korozji galwanicznej w miarę możliwości, ponieważ skutkuje to skróceniem przestojów maszyn, urządzeń itp. przy jednoczesnym minimalizowaniu liczby wymaganych napraw i prac konserwacyjnych.

Ważne jest, aby pamiętać, że te środki zapobiegawcze nie muszą wzajemnie się wykluczać. We właściwym kontekście można je stosować jednocześnie do osiągnięcia lepszych poziomów ochrony. Na przykład w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, gdzie wspólne są kombinacje różnych metali, jest to pomocne przy określaniu najlepszych materiałów do wykorzystania w danej instalacji.

Wreszcie, jeśli Twój projekt wymaga zastosowania ochrony przed korozją galwaniczną, środki zaradcze, które przedstawiliśmy powyżej, są zawsze najbardziej przydatne, gdy są wykorzystywane w kontekście prewencyjnym, a nie zaradczym. Jest to najłatwiejsze i najskuteczniejsze zastosowanie tych mechanizmów obronnych stosunkowo wcześnie w procesie budowy, najlepiej w fazie projektowania.