что такое гальваническая коррозия

Routes to finance

Удаление ржавчины с авто НАВСЕГДА + ОЦИНКОВКА! Электрохимический способ (Ноябрь 2021).

Более 200 лет назад британский военно-морской фрегат Тревога потерял медный лист из-за быстрой коррозии железных гвоздей, используемых для крепления меди к корпусу. Эта быстрая коррозия произошла из-за химического процесса, называемого гальванической коррозией.

Гальваническая коррозия может произойти только тогда, когда два электрохимически разных металла близки друг к другу, а также погружены в электролитическую жидкость (например, соленую воду).

Когда это происходит, металлы и электролит создают гальваническую ячейку. Клетка вызывает коррозию одного металла за счет другого.

В случае Тревоги железо было корродировано за счет меди. Всего через два года после прикрепления медных листов железные гвозди, которые использовались для удержания меди на нижней стороне корабля, уже были сильно подвержены коррозии, что привело к падению медных листов.

Как работает гальваническая коррозия

Металлы и металлические сплавы имеют разные электродные потенциалы. Потенциалы электродов являются относительной мерой склонности металла к активному действию в данном электролите. Чем более активным или менее благородным является металл, тем вероятнее, что он образует анод (положительно заряженный электрод) в электролитической среде. Менее активным или более благородным является металл, тем более вероятно, что он образует катод (отрицательно заряженный электрод) в той же среде.

Электролит действует как канал для ионной миграции, перемещая ионы металлов от анода к катоду. Анодный металл в результате корродирует быстрее, чем в противном случае, в то время как катодный металл корродирует более медленно и в некоторых случаях может вообще не корродировать.

В случае Тревога металл более благородства (медь) действовал как катод, в то время как меньшее благородное железо действовало как анод.

Ионы железа были потеряны за счет меди, что в конечном итоге привело к быстрому износу ногтей.

Как защитить от гальванической коррозии

В соответствии с нашим современным пониманием гальванической коррозии, с металлическими судами теперь установлены «жертвенные аноды», которые не играют никакой прямой роли в работе корабля, но служат для защиты конструкционных компонентов судна. Жесткие аноды часто изготавливаются из цинка и магния, металлов с очень низким потенциалом электродов. По мере того, как жертвенные аноды корродируют и ухудшаются, их необходимо заменить.

Чтобы понять, каким металлом станет анод и который будет действовать как катод в электролитических средах, мы должны понимать благородство металлов или потенциал электродов. Это обычно измеряется относительно стандартного электрода Каломеля (S.C.E.).

Список металлов, расположенных в соответствии с потенциалом электродов (благородство) в проточной морской воде, можно увидеть в таблице ниже.

Следует также отметить, что гальваническая коррозия происходит не только в воде. Гальванические клетки могут образовываться в любом электролите, включая влажный воздух или почву, и в химических средах.

Гальваническая серия в проточной морской воде

Источник: Руководство ASM, Vol. 13, Коррозия титана и титановых сплавов, с. 675.

Что такое вознаграждение? Что такое виды вознаграждения?

Что такое коррозия металлов и почему это происходит?

Что такое кредитование? Что такое кредиторы?

Обсуждение типов кредиторов для бизнес-кредитов, а также то, как соответствовать требованиям вашего бизнес-кредита с правом кредитора.

Источник

Гальваническая коррозия алюминия

Следует подчеркнуть, что стойкость алюминия и алюминиевых сплавов к нормальным условиях окружающей среды является очень высокой. Главным источником защиты от коррозии является прочная, самовосстанавливающаяся оксидная пленка, которая всегда присутствует на алюминии в условиях окружающей воздушной атмосферы (рисунок 1).

Рисунок 1 – Естественная защита алюминия от коррозии – поверхностная оксидная пленка [4]

Основные типы коррозии алюминия

Для коррозии алюминия характерны следующие основные типы [4]:

Рисунок 2 – Общая коррозия алюминия: растворение естественной оксидной пленки
растворами сильных щелочей и некоторых кислот [4]

Рисунок 3 – Щелевая коррозия алюминия [4]

Рисунок 4 – Фреттинг-коррозия алюминия: взаимное трение двух алюминиевых компонентов
в условиях шероховатого контакта [4]

Рисунок 5 – Коррозия алюминиевых сплавов под напряжением: при некоторых условиях
в сплавах Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn-Mg [4]

Рисунок 6 – Гальваническая коррозия алюминиевого сплава
происходит в условиях его мокрого или влажного контакта
с другим, более “благородным” металлом, таким как медь [4]

Рисунок 7 – Питтинговая (точечная) коррозия алюминия
под воздействием хлоридных ионов [4]

Рисунок 8 – Межзеренная коррозия и подповерхностная коррозия [4]

В зависимости от условий окружающей среды, нагружения и функционального назначения детали любой из видов коррозии может явиться причиной преждевременного разрушения. Кроме того, неправильное применение алюминиевых деталей и изделий может усугублять коррозионные процессы.

Гальваническая коррозия алюминия

Наиболее частые ошибки проектирования алюминиевых конструкций связаны с гальванической коррозией. Гальваническая или электрохимическая коррозия происходит, когда два разнородных металла образуют электрическую цепь, замыкаемую жидким или пленочным электролитом или коррозионной средой. В этих условиях разность потенциалов между разнородными металлами создает электрический ток, проходящий через электролит, который (ток) и приводит к коррозии в первую очередь анода или менее благородного металла из этой пары.

Сущность гальванической коррозии

Когда два различных металла находятся в прямом контакте с электропроводящей жидкостью, то опыт показывает, что один из них может корродировать, то есть подвергаться коррозии. Это называют гальванической коррозией.

Другой металл не будет корродировать, наоборот, он будет защищен от этого вида коррозии.

Этот вид коррозии отличается от тех видов коррозии, которые могли бы возникнуть, если бы оба эти металлы были помещены раздельно в ту же самую жидкость. Гальваническая коррозия может случиться с любым металлом, как только два различных металла будут находиться в контакте в электропроводящей жидкости.

Внешний вид гальванической коррозии

Внешний вид гальванической коррозии является очень характерным. Эта коррозия не раскидывается по всей поверхности изделия, как это бывает с точечной – питтинговой – коррозий. Гальваническая коррозия плотно локализована в зоне контакта алюминия с другим металлом. Коррозионное воздействие на алюминий имеет равномерный характер, он развивается в глубь в виде кратеров, которые имеют более или менее округлую форму [3[.

Все алюминиевые сплавы подвергаются идентичной гальванической коррозии [3].

Принцип батареи

Гальваническая коррозия работает как батарея, которая состоит из двух электродов:

Эти два электрода погружены в проводящую жидкость, которая называется электролитом. Электролит – это обычно разбавленный кислотный раствор, например, серной кислоты, или соляной раствор, например, сульфат меди. Эти два электрода соединены снаружи электрической цепью, которая обеспечивает циркуляцию электронов. Внутри жидкости передача электрического тока происходит путем перемещения ионов. Жидкость, таким образом, обеспечивает ионное электрическое соединение (рисунок 9).

Рисунок 9 – Принцип гальванической ячейки [3]

на медном катоде восстанавливаются протоны Н + :

Полная реакция имеет вид:

Эта ячейка производит электричество за счет потребления цинка, который выделяется в виде гидроксида цинка Zn(OH)₂.

Для работы ячейки необходимо одновременное выполнение трех условий:

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, например, если нарушается электрический контакт, то ячейка не будет производить электричество, и окисления на аноде не будет происходить (также как и восстановления на катоде).

Условия для гальванической коррозии

Гальваническая коррозия основана на том же самом принципе и для того, чтобы она происходила необходимо одновременное выполнение следующих трех условий [3]:

Различные типы металлов

Для любых металлов, которые относятся к различным их типам, гальваническая коррозия является возможной. Металл с электроотрицательным потенциалом (или более электроотрицательный металл, если они оба электроотрицательные) действует как анод.

Тенденцию различных металлов образовывать гальванические пары и направленность электрохимического действия в различных коррозионных средах (морской воде, тропическом климате, промышленной атмосфере и т.д.) показывают в так называемых гальванических рядах. Чем далее удалены друг от друга металлы в этих рядах, тем более серьезной может быть электрохимическая коррозия. В разных коррозионных средах эти последовательности металлов могут быть разными (рисунок 10).

Присутствие электролита

Область контакта должна быть смочена водным раствором, чтобы обеспечивать ионную электропроводимость. В противном случае отсутствует возможность для гальванической коррозии.

Электрический контакт между металлами

Электрический контакт между металлами может происходить или путем прямого контакта между двумя металлами, или через крепежное соединение, например, болт.

Как видно из графиков рисунка 10 алюминий и его сплавы становятся анодами в гальванических ячейках с большинством металлов, и алюминий корродирует, как говорят, жертвенно и защищает от коррозии другой металл гальванической пары.

Только магний и цинк, включая и оцинкованную сталь, являются более анодными и поэтому, сами подвергаясь коррозии, защищают от нее алюминий.

Алюминий и кадмий вообще имеют почти одинаковые электродные потенциалы и поэтому ни алюминий, ни кадмий не подвергаются гальванической коррозии. К сожалению, кадмий признан весьма токсичным и все реже применяется, а во многих странах просто запрещен, как антикоррозионная защита.

Гальванические пары

Относительное расположение двух металлов или сплавов в гальваническом ряду указывает только возможность гальванической коррозии, если различие их гальванических потенциалов является достаточно большим. Больше этот ряд ничего не говорит, и особенно ничего – о скорости или интенсивности гальванической коррозии. Она может быть нулевой или несущественной или даже незаметной. Ее интенсивность зависит от типов металлов, которые входят в контакт – гальванической пары.

Пара: алюминий – нелегированная сталь

В строительных конструкциях алюминиевые детали, которые открыты для воздействия климатических и погодных воздействий, могут соединяться винтами из обычной стали. Опыт показывает, что алюминий в контакте со стальными винтами подвергается только очень поверхностной коррозии. Возникающая ржавчина, которая не оказывает никакого влияния на алюминий, полностью пропитывает слой оксида алюминия и образует на поверхности пятна. Фактически, для алюминиевой конструкции в контакте с незащищенной сталью важнее будет ее влияние на внешний вид и декоративные качества, а не способность сопротивляться коррозии.

Это явление имеет следующее объяснение:

Пара: алюминий – оцинкованная сталь

Пара: алюминий – нержавеющая сталь

Хотя и существует большая разность потенциалов между нержавеющей сталью и алюминиевыми сплавами – около 650 мВ, очень редко можно увидеть гальваническую коррозию на алюминии в контакте с нержавеющей сталью. Поэтому алюминиевые конструкции очень часто собираются с применением болтов и винтов из нержавеющей стали [3].

Пара: алюминий – медь

Контакт между алюминиевыми сплавами и медью, а также медными сплавами (бронза, латунь) приводит к совершенно незначительной гальванической коррозии алюминия под воздействием атмосферных условий. Тем не менее, рекомендуется обеспечивать электрическую изоляцию между этими двумя металлами, чтобы локализовать коррозию алюминия.

Необходимо отметить, что продуктом коррозии меди является, так называемая, патина. Эта патина – голубовато-зеленый налет на меди, который состоит в основном из карбоната меди. Эта патина химически воздействует на алюминий и может восстанавливаться с образованием малых частиц меди. Эти медные частицы, в свою очередь, могут вызывать локальную питтинговую коррозию алюминия [3].

Ближе к контакту – больше коррозия

Ускоренная гальваническая коррозия обычно наиболее интенсивна вблизи мест соединения двух металлов; с удалением от мест соединения ее интенсивность уменьшается. Существенное влияние на скорость коррозии оказывает величина отношения площади поверхности катода, контактирующей с электролитом, к площади незащищенной поверхности анода. Желательно иметь малое отношение площади катода к площади анода.

Как избежать гальванической коррозии

Источник

Гальваническая коррозия крепежа

МЕТАЛЛЫ В МОРСКОЙ СРЕДЕ

Каков практический смысл этой диаграммы?

Крепеж

Материал детали

Допустимо

Недопустимо

Оцинкованный или нерж.

Нержавеющая сталь
Поскольку существует огромное количество ложных представлений о нержавеющей стали (впрочем, само это название вводит в заблуждение), стоит провести небольшой ликбез по этой части. Помимо железа и углерода, нержавеющая сталь содержит ряд легирующих добавок. Из них самой важной является хром (Cr). Если сталь содержит его более 12%, вся поверхность покрывается пленкой из оксида хрома. Эта пленка «пассивна», стойка к большинству воздействий и самовосстанавливается в присутствии кислорода. Нержавеющая сталь, содержащая один только хром, довольно хрупкая и поэтому в нее добавляют в два раза меньшее хрома количество никеля (Ni). 304-я нержавейка (она же A2), одна из самых распространенных, содержит 18% Cr и 10% Ni. Мойка или выхлопная труба скорее всего сделаны именно из 304-й и если вы пробовали чистить раковину мойки или релинг, то могли обратить внимание, что они в некоторой степени подвержены воздействию органических кислот, образующихся в пищевых продуктах, отпечатков пальцев и прочих загрязнений.

Химическая и пищевая промышленность снижают остроту этой проблемы путем добавления в сталь небольшого количества молибдена (Mo). Таким образом 316-я нержавейка (она же А4) обычно содержит 17% Cr, 11% Ni, 2 % Mo и широко используется для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей. Из этого напрашивается вывод, что она представляет собой идеальный материал для крепежа древесины (или к ней) и с точки зрения воздействия одних только химических веществ вы скорее всего будете правы. Но надо еще принимать во внимание и ту среду, в которой предстоит работать крепежному элементу. Представим себе болт, гвоздь или шуруп, крепящий доску обшивки к шпангоуту ниже ватерлинии. Его шляпка, находящаяся на поверхности или вблизи нее будет иметь достаточный приток кислорода для поддержания оксидной пленки. Само же тело, находящееся внутри конструкции, скорее всего будет испытывать его недостаток, при этом находясь в окружении разных кислот и хлоридов. При подобных обстоятельствах пассивная пленка может разрушиться, сделав таким образом нержавейку «активной». Последствий у этого может быть два. Во-первых, взгляните на гальваническую диаграмму, и вы увидите, что разность активных и пассивных потенциалов у 304-й нержавейки (у 316-й в меньшей степени) вполне достаточна, чтобы вызвать гальваническую коррозию. Подобно латуни, она способна сама собой образовывать гальваническую пару. Во-вторых, лишенная защитной пленки, нержавейка корродирует такими же темпами, как и самая обычная сталь. В результате этого нержавеющий крепеж ниже ватерлинии, независимо от его марки, может не иметь никаких преимуществ по сравнению с простой низкоуглеродистой сталью. Выше ватерлинии (где больше кислорода и меньше электролита) такой крепеж ведет себя превосходно.

В заключение хотелось бы еще указать на неразумность пескоструйной обработки оборудования из нержавеющей стали с целью придания ему вида оцинкованного. Способность пассивной пленки к самовосстановлению выше, если поверхность отполирована. При образовании на поверхности миллионов маленьких «пиков» вы значительно снижаете такую способность, в результате чего деталь покрывается ржавчиной. Если вам надо, чтобы деталь выглядела как оцинкованная, лучше такую и взять.

Сталь и оцинковка
Низкоуглеродистой стали без защитного покрытия нет места на борту лодки по причине ее склонности к коррозии, но при наличии покрытия — это вполне пригодный материал. Обычно этого достигают, нанося на нее слой цинка, получая при этом два плюса. Во-первых, цинк хорошо сопротивляется химической коррозии, а во-вторых, в присутствии электролита он корродирует прежде стали. Существует ряд способов нанесения слоя цинка, основная разница между ними заключается в толщине формируемого слоя. Чтобы получить приемлемый срок службы в морской среде, слой должен иметь толщину порядка 100 мкм. Этого можно достичь лужением (до 125 мкм при горячем погружении), окраской (около 40 мкм на слой), но только не электрогальваникой, где толщина обычно ограничивается 20 мкм. Поэтому тот блестящий оцинкованный крепеж, что продается в магазинах хозтоваров, годится для строительства теплицы, на лодке же жизнь его будет недолгой. «Морской» крепеж должен быть луженый.

Медь
Медные гвозди с шайбами широко применяется в классической деревянной конструкции. Для такого рода сравнительно гибких конструкций медные гвозди представляют идеальный материал: легко крепятся, коррозионно-устойчивы, достаточно эластичны, чтобы позволить подвижку элементов. С выходом на сцену клееных конструкций и тем более стеклопластиковых корпусов, довольно удивительно, что медные корабельные гвозди до сих пор имеются в продаже. Однако их выбор постепенно сужается. К примеру, 5-6 мм шайбы более не выпускаются, поэтому строителям каноэ приходится теперь расклепывать гвозди. Также исчезают и нестандартные размеры, полезные при ремонте обшивки, когда выбор гвоздей на размер выше поможет решить проблему течи.

Виды медных сплавов и химический состав

Источник

Гальваническая коррозия и методы борьбы с ней

Если вы решили использовать нержавеющий крепеж в соединении, которое контактирует с морской водой, то вам непременно нужно узнать как можно больше о таком явлении как гальваническая коррозия. Реакция эта может проявляться при контакте стали с самыми разными жидкостями, но наиболее выражена она при взаимодействии металла с соленой водой, являющейся отличным электролитом. В этом случае, для начала процесса электролиза достаточно наличие двух различных металлов, одним из которых будет являться «нержавейка», а другим – конструкция или деталь, которая зафиксирована крепежным элементом. В морском строительстве, а также в судостроении, эта реакция является одним из самых опасных факторов, способных вызвать серьезные проблемы и даже аварийную ситуацию.

Что такое гальваническая коррозия

В некоторых справочниках гальваническая коррозия описывается как «коррозия разнородных металлов». Эта формулировка наиболее точно описывает эту реакцию, так как важнейшим условием ее протекания, помимо наличия электролита (соленой воды), является также присутствие двух металлов, имеющих различные электрохимические параметры. Если кратко излагать суть проблемы, то для начала коррозии гальванического типа, должны соблюдаться три важных условия:

Как мы видим, болтовое соединение, погруженное в морскую воду, является идеальным примером того, как соблюдаются все три пункта.

Как снизить вероятность разрушения узла в результате гальванической коррозии

Наиболее эффективным способом соединения конструкций в морской воде, можно назвать использование крепежа из того же материала, что и закрепляемая деталь. В этом случае, при соединении алюминиевых элементов можно применить винты или заклепки из алюминия или его сплава, а при работе со сталью – метизы из стали, защищенные от внешних воздействий специальными лаками и красками. Еще одним распространенным способом борьбы с электролизом является применение шайб из диэлектрических материалов, например из пластика. Такая шайба устанавливается под головку болта или гайку и не дает контактировать двум разным металлам. Недостаток этого способа в том, что полностью нарушить связь он не может, так как нержавеющий болт или винт продолжает касаться металла в теле изделия и защита действует лишь при герметичном соединении, когда на рабочую часть крепежа не попадает соленая вода.

Но бывает и так, что выбора нет и единственным возможным вариантом, согласно проекту или техническому нормативу, является применение крепежа из стойкой к коррозии стали, без вспомогательных элементов. Для таких непростых ситуаций нужно специальное решение и оно сегодня доступно всем. Многие производители нержавеющего крепежа в своем ассортименте имеют изделия, изготовленные из специальных сплавов стали, которые хоть и не способны на 100% противостоять гальванической реакции, но могут значительно снизить ее активность. При соблюдении правил использования, болты и гайки из такого материала могут служить без замены долгие годы, обеспечивая надежное соединение ответственных конструкций.

Источник