Wat is galvanische corrosie? Oorzaken en preventie
Galvanische corrosie is versneld metaalverlies dat wordt veroorzaakt door het koppelen van materialen met verschillende corrosiepotentialen. Het vereist een elektrische verbinding en een gedeelde elektrolyt, zoals zout water of een vochtige, verontreinigde film. Het actievere materiaal wordt de anode en corrodeert sneller dan wanneer het alleen zou corroderen. Verschillende metalen die elkaar in een volledig droge omgeving raken, creëren door contact alleen geen natte corrosiecel.
Hoe het galvanische corrosiecircuit werkt
Een nat, elektrisch verbonden paar gedraagt zich als een kleine batterij. De anode levert elektronen doordat metaalatomen oplossen. De kathode ontvangt die elektronen in een reductiereactie. De definitie van AMPP benadrukt de verandering die door de koppeling wordt veroorzaakt: snellere corrosie van het anode-element en over het algemeen langzamere corrosie van het kathode-element.
De blootgestelde materialen gedragen zich anders in de daadwerkelijke vloeistof- en oppervlakteomstandigheden. De legeringsnaam, coating en passieve film spelen hierbij allemaal een rol.
Direct contact, een bout, een lasnaad, een draad of een gemeenschappelijk frame kunnen elektronen tussen de materialen overbrengen.
Een ionengeleidende vloeistof of natte film verbindt de blootgestelde oppervlakken. Condensatie of vochtige zoutafzettingen kunnen al voldoende zijn.
Direct contact op het natte oppervlak is niet essentieel. Twee onderdelen die door een pakking gescheiden zijn, kunnen nog steeds elektrisch met elkaar verbonden zijn via een boutschacht of aardingsdraad elders. Als een geleidende vloeistof ook hun blootgestelde oppervlakken verbindt, kan het circuit gesloten blijven.
Elektronen bewegen door de elektrische verbinding; ionen transporteren lading door de elektrolyt. Aan de kathode verbruikt een reactie, zoals zuurstofreductie, de aankomende elektronen. In belucht, nagenoeg neutraal water kunnen de vereenvoudigde reacties als volgt worden weergegeven:
Anode: metaaloplossing M → M n+ + ne −
Kathode: een veelvoorkomende reactie in belucht neutraal water O₂ + 2H₂O + 4e − → 4OH −
M staat voor het metaal en n voor de ionische lading. Andere elektrolyten kunnen verschillende kathodische reacties ondersteunen.
Welk metaal corrodeert het eerst?
Het materiaal dat in de gebruiksomgeving het meest actief is, wordt normaal gesproken de anode. Een galvanische reeks rangschikt materialen op basis van hun gemeten corrosiepotentiaal in een specifieke elektrolyt. ASTM G82 legt uit hoe een dergelijke reeks gebruikt moet worden en waarom de omgeving ervan van belang is.
De volgende trends zijn nuttig voor veel vochtige, geventileerde omgevingen. Ze zijn echter geen garantie voor een geschikte verbinding voor elke legering, coating, vloeistof of temperatuur.
| Verbonden materialen | Meestal kwetsbaarder | Wat te controleren |
|---|---|---|
| Aluminium + passief roestvrij staal | Aluminium | Blootgestelde gebieden, zouten, ingesloten water, gatranden en de volledige details van de isolatie van de bevestigingsmiddelen. |
| Aluminium + koper of messing | Aluminium | De elektrische aansluiting, gedeeld vocht, coatings en de grootte van elk blootgesteld oppervlak. |
| Koolstofstaal + passief roestvrij staal | Koolstofstaal | Een kleine stalen bevestiging die een groot, nat roestvrijstalen oppervlak ondersteunt, is een ongunstige opstelling. |
| Gegalvaniseerd staal + koper of passief roestvrij staal | De zinkcoating | Extra koppelingen kunnen het zinkverbruik versnellen. Controleer het blootgestelde zinkoppervlak en de omgeving. |
| Aluminium + geleidende koolstofvezelcomposiet | Aluminium | Blootliggende vezels, geleidend stof, bevestigingsmiddelen en randbeschadigingen. Koolstof kan als kathode fungeren, ook al is het geen metaal. |
Veeg zijwaarts op kleine schermen. Referenties: BSSA's richtlijnen voor materiaalcombinaties , American Galvanizers Association en FAA-discussie over grafiet/epoxycomposieten.
De toestand van het oppervlak kan de rangschikking beïnvloeden. Roestvast staal met een intacte passieve laag kan zich anders gedragen dan een gebied waar die laag is beschadigd. Een zeewaterreeks is ook geen betrouwbare rangschikking voor hete zuren, alkalische oplossingen of een specifiek koelmiddel. Standaardelektrodepotentialen beschrijven geïdealiseerde halfreacties; het aftrekken van twee van die waarden geeft geen indicatie van de compatibiliteit in de praktijk of de levensduur.
Voor informatie over het zinkbeschermingsmechanisme en de coatingmogelijkheden, zie gegalvaniseerd staal: soorten, kwaliteiten en toepassingen . Voor de bredere fabricagebeslissing, zie roestvrij staal versus aluminium voor plaatbewerking.
Waarom een kleine anode en een grote kathode een probleem vormen
Een grote natte kathode kan een reductiestroom leveren die door een veel kleinere anode moet worden opgewekt. Daardoor wordt de anodische stroom geconcentreerd over een klein, blootgesteld metaaloppervlak. Een bout, klinknagel, snijrand of coatingdefect kan daardoor sneller doorsnede verliezen dan de grootte van de gehele constructie doet vermoeden.
Tel het bevochtigde, meewerkende oppervlak mee – niet alleen het contactvlak. Een klein boutcontact kan een groot paneel elektrisch verbinden. Omgekeerd kan slechts een deel van dat paneel bevochtigd worden door dezelfde geleidende film. Coatings, elektrolytweerstand, drainage en de geometrie van het bevochtigde gebied beïnvloeden de effectieve oppervlakken.
Alleen de anode coaten kan een zwak punt creëren. Een kras in die coating legt een klein anodisch gebied bloot naast een grote onbedekte kathode. Het probleem met de gecoate anode, zoals besproken door het National Bureau of Standards, volgt hetzelfde principe van oppervlakteverhouding. Bescherm waar mogelijk beide onderdelen, inclusief gaten en randen; het verminderen van de blootgestelde kathode is over het algemeen de veiligere optie als slechts één onderdeel een beschermende coating kan krijgen.
Hoe galvanische corrosie bij een verbinding te voorkomen
Begin met het wegnemen van een voorwaarde die de cel in stand houdt. Indien dat niet mogelijk is, combineer dan materiaalkeuze, barrières, waterbeheer en een geschikte oppervlakteverhouding. De richtlijnen van de American Galvanizers Association gebruiken deze circuitgebaseerde aanpak voor gegalvaniseerde constructies.
Selecteer materialen voor de daadwerkelijke belichting.
Specificeer de basislegeringen en afwerkingen, inclusief de coating van de bevestigingsmiddelen. Gebruik een toepasselijke galvanische reeks, relevante praktijkervaring of tests om het paar te beoordelen. Een materiaal dat binnenshuis acceptabel is, vereist mogelijk een andere bescherming in een maritieme omgeving met opspattend water of een omgeving die wordt blootgesteld aan chloride-afspoeling.
Houd rekening met de overige functies van het onderdeel. Corrosiebestendigheid, mechanische belasting, temperatuur en de vereiste elektrische geleidbaarheid moeten tegelijkertijd gewaarborgd zijn. Het vervangen van een bevestigingsmiddel door een edeler materiaal kan dat bevestigingsmiddel weliswaar beschermen, maar de corrosieproblematiek verplaatsen naar het omringende paneel.
Schakel het volledige elektrische circuit uit waar dat is toegestaan.
Een complete afdichting kan een niet-absorberende pakking tussen de vlakken, een huls rond de boutschacht en isolerende ringen onder de kop en moer vereisen. Een ring alleen isoleert een bout die nog steeds de gatwand raakt niet voldoende.
Controleer op metaalbraam, geleidend vuil, gemeenschappelijke frames of aardingsverbindingen die de barrière omzeilen. Waar elektrische aarding vereist is, moet deze functie behouden blijven en moeten corrosiewerende middelen worden gekozen die hiermee samenwerken. Isolerende onderdelen en afdichtingsmiddelen moeten ook bestand zijn tegen de belasting, beweging en bedrijfstemperatuur van de verbinding.
Houd water buiten en geef het de mogelijkheid om weg te stromen.
Dicht de contactoppervlakken en kwetsbare randen af met een systeem dat geschikt is voor de materialen en de omstandigheden waaraan ze worden blootgesteld. Zorg voor drainage en toegang voor inspectie. Vermijd details waarbij een defecte afdichting water rond de bevestiging vasthoudt.
Specificeer de coatingdekking bij gaten, schroefdraad, snijranden en waarschijnlijke slijtagepunten. Een intacte oppervlaktefilm op het brede paneel biedt weinig bescherming als installatieschade het meest kwetsbare kleine gebied blootlegt. Inspectie- en reparatievoorzieningen maken deel uit van het ontwerp.
Wat een gepubliceerd voorbeeld van een scheepsladder laat zien
BSSA meldt plaatselijke putcorrosie in aluminium treden die zijn bevestigd met niet-geïsoleerde roestvrijstalen bouten in een maritieme omgeving. Op dezelfde ladder, waar wel geluidsisolerende ringen waren gebruikt, werd deze putcorrosie niet waargenomen. Deze observatie illustreert het belang van het onderbreken van de plaatselijke verbinding. Het bewijst echter niet dat één ring elke boutverbinding kan isoleren of dat dezelfde materiaalcombinatie in elke omgeving geschikt is.
Gebruik opofferingsbescherming als een ontworpen systeem.
Galvanische werking is ook nuttig. Zink-, aluminium- en magnesiumanodes worden in geschikte omgevingen gebruikt om beschermende stroom aan andere constructies te leveren. AMPP beschrijft dit kathodische beschermingsprincipe.
De anode moet geschikt zijn voor de elektrolyt, elektrisch verbonden blijven en voldoende stroom leveren voor het te beschermen gebied. Plaatsing, coatingconditie, verbruik en vervanging moeten in overweging worden genomen. Het bevestigen van een willekeurig stuk actief metaal is geen volledig beschermingsontwerp.
Hoe controleer je of de schade galvanisch is?
Voorkeursschade in de buurt van een verbinding tussen verschillende metalen is een aanwijzing. Stel het circuit en de locatie van het daadwerkelijke metaalverlies vast voordat u de oorzaak vaststelt.
- Identificeer de verbonden materialen. Noteer legeringen, beplatingen, coatings en bevestigingsmiddelen. Neem ook verborgen elektrische aansluitingen en de interne, met vloeistof in contact komende oppervlakken van leidingen mee.
- Volg het vloeistofpad. Let op condensatie, lekkages, afspoeling, zoutafzettingen, achtergebleven water of afvoerwater. Controleer of de elektrolyt de relevante blootgestelde oppervlakken kan bereiken.
- Bewaar het bewijsmateriaal en bepaal de schade. Fotografeer het patroon en bewaar de benodigde afzettingen of monsters vóór de reiniging. Beoordeel vervolgens de putdiepte, de resterende wand of het bevestigingsgedeelte met behulp van een geschikte inspectiemethode.
- Vergelijk concurrerende verklaringen. Putcorrosie en spleetcorrosie kunnen optreden zonder een tweede legering. Grootschalige coatingschade, overgedragen roest of een externe elektrische bron vereisen mogelijk een andere correctie.
De FAA-richtlijn voor corrosie maakt onderscheid tussen galvanische corrosie en andere mechanismen. De reparatieprocedures voor vliegtuigen zijn specifiek voor dat vakgebied; gebruik de acceptatie- en reparatie-eisen die van toepassing zijn op uw eigen onderdeel.
Galvanische corrosie en zwerfstroomcorrosie hebben verschillende oorzaken. Een galvanische cel produceert stroom door de gekoppelde materiaalreacties. Zwerfstroomcorrosie wordt veroorzaakt door een externe bron, zoals een gelijkstroominstallatie. Schade die er hetzelfde uitziet, betekent niet dat de herstelmaatregelen hetzelfde zijn.
Bij een lasverbinding kunnen vulmetaal, warmtebeïnvloede gebieden, oppervlakteverontreiniging en de vorm van spleten extra mechanismen toevoegen. De handleiding voor corrosie bij lasverbindingen behandelt deze bredere diagnose.
Hoe snel zal het metaal corroderen?
Er bestaat geen betrouwbare universele waarde die kan worden afgeleid uit twee materiaalsoorten of een spanningsverschil. De waarde hangt af van de werkelijke stroomsterkte, de blootgestelde oppervlakken, de elektrolytweerstand, oppervlaktefilms, reactiesnelheden en het transport van stoffen zoals zuurstof. Temperatuur, afzettingen en de tijd dat de verbinding nat blijft, spelen ook een rol.
Een galvanisch diagram kan een ongunstige trend aan het licht brengen. Het kan "aluminium plus roestvrij staal" niet vertalen naar een aantal jaren. Zelfs een laag gemiddeld massaverlies kan een diepe, lokale put in een kritiek klein gebied maskeren.
Voor een ontwerpbeslissing is het belangrijk om de relevante materiaalsamenstelling en oppervlakteconditie te testen in een representatieve omgeving. Nuttige vergelijkingen omvatten gekoppelde en niet-gekoppelde monsters, met een gedefinieerde verhouding van het bevochtigde oppervlak en een duidelijke maatstaf voor schade. ASTM G71 is een richtlijn voor galvanische-koppeltesten in vloeibare elektrolyten onder omstandigheden die geen erosiecorrosie of cavitatie veroorzaken.
Spreek af wat belangrijk is voor het onderdeel: maximale penetratie, resterend gedeelte, coatingconditie of functie. Houd de testduur en blootstellingsomstandigheden bij de uitslag. De blootstellingstijd in het laboratorium is op zichzelf geen voorspelling van de levensduur.
Kan laserreiniging galvanische corrosie stoppen?
Laserreiniging kan geschikte roest- of oxidatielagen verwijderen; het verbreekt echter niet het galvanische circuit en herstelt geen verloren metaal. Als het blootgestelde materiaalpaar, het elektrische pad en de elektrolyt aanwezig blijven, blijven ook de omstandigheden voor hernieuwde aantasting bestaan.
De laserreinigingstoepassingen van TRUMPF omvatten het verwijderen van roest en andere lagen vóór het verbinden van onderdelen. De geschiktheid hangt echter nog steeds af van het substraat, de coating, de afzettingen, de geometrie en het gekozen proces. Een reinigingsresultaat op de ene assemblage is geen garantie voor een succesvolle reiniging op een andere.
- Bewaar het diagnostisch bewijsmateriaal. Noteer de getroffen locaties en verzamel de benodigde monsters om de oorzaak vast te stellen.
- Beoordeel het oppervlak en het resterende materiaal. Gebruik een geschikte reinigingsproef en inspectiemethode. Beoordeel eventuele putjes of materiaalverlies aan de hand van de acceptatiegrenzen van het onderdeel.
- Pak de oorzaak aan en herstel de bescherming. Beoordeel de verbinding, de materialen, de bevochtiging of het beschermingssysteem, en breng vervolgens de voorgeschreven reparatie of afwerking aan en controleer deze.
Voor opties voor oppervlaktevoorbereiding, zie laserroestverwijdering . Een schoon uiterlijk alleen is geen bewijs dat een dragend of drukdragend onderdeel weer geschikt is voor gebruik.
Beoordeel een reinigingstoepassing met Oceanplayer Laser. Deel de basismaterialen, details van de coating, duidelijke foto's, het getroffen gebied en het gewenste eindresultaat. Vermeld ook eventuele resterende dikte- of reparatielimieten waarmee het reinigingsproces rekening moet houden.
Bespreek uw reinigingstoepassing