Alumínium és rozsdamentes acél reakciója: Hogyan lehet megelőzni a galvanikus korróziót

Egy napelemes farmon a karbantartási jegyzőkönyvek ismerős történetet meséltek el. Fehér, krétás lerakódások terültek el a rozsdamentes acél csavarok körül az alumínium szerelősíneken, és minden csavarfej alatt elkezdődött a lyukasztás. Ez az alumínium és a rozsdamentes acél reakciója a gyakorlatban, és ez az egyik leggyakoribb oka a kevert fémszerkezetek idő előtti meghibásodásának. A reakció nem jelenti azt, hogy a két fém soha nem használható együtt. Ez azt jelenti, hogy a kötést a galvanikus korrózió világos megértésével kell megtervezni, ez a cikk pontosan ezt tartalmazza.

Mi az alumínium és a rozsdamentes acél reakciója valójában?

Az alumínium és a rozsdamentes acél reakciója a galvanikus korrózió egyik formája, amelyet bimetallikus korróziónak is neveznek. Amikor a két fém elektromosan érintkezik, és mindkettő elektrolitnak van kitéve, legyen szó tengeri permetről, esővízről, páralecsapódásról vagy egyszerűen tartós páratartalomról, galvánpárt alkotnak. Az alumínium, a kevésbé nemesfém, az anód lesz, és megkezdi a fémionok felszabadítását. A katód a rozsdamentes acél, a nemesebb fém lesz. Az elektronok az anódról a katódra jutnak a fémes csatlakozáson keresztül, és az elektrolit befejezi az elektromos áramkört. Az eredmény az, hogy az alumínium sokkal gyorsabban korrodál, mint önmagában.

Ez nem a rozsdamentes acél kémiai támadása az alumínium ellen. A rozsdamentes acél egyszerűen nagy, hatékony katódként működik, amely felgyorsítja az alumínium természetes korrózióját. A látható jelek jellegzetesek: fehér vagy szürke korróziós termékek az alumínium felületén, lyukak a rögzítőfej vagy alátét körül, és súlyos esetekben a szorítóerő fokozatos elvesztése az alumínium vastagságának csökkenésével.

A három feltétel, amelynek jelen kell lennie

A galvanikus korrózió nem automatikus. Három egyidejű feltételt igényel, és ezek bármelyikének eltávolítása leállítja a reakciót.

• Elektromos érintkező. A két fémet vezető úton kell összekötni. Egy alumínium sínbe hajtott rozsdamentes acél csavar, vagy egy rozsdamentes acél anyával rögzített alumínium konzol pontosan ezt az utat biztosítja.
• Egy elektrolit. Egy vezetőképes folyadéknak át kell hidalnia a két felületet. A sós víz a legagresszívebb elektrolit, de az esővíz, a páralecsapódás és még a bevonat alatt felszívódó nedvesség is jelentős sebességgel hajthatja végre a reakciót.
• Különbség az elektrokémiai potenciálban. A fémeknek különbözniük kell a korrózióra való hajlamukban. Az alumínium és a rozsdamentes acél nagyjából fél volttal különbözik a tengervízben, ami több mint elegendő a jelentős korrózió fenntartásához.

A gyakorlati következmény egyértelmű: tartsa szárazon a fémeket, tartsa őket elektromosan elkülönítve, vagy fogadja el, hogy az alumínium korrodálódik. Minden hatékony megelőzési módszer e három feltétel valamelyikét támadja.

Miért mindig az alumínium az áldozati fém?

Minden fémnek van egy pozíciója a galvanikus sorozatban, amely az anyagokat az adott környezetben fennálló korróziós potenciálja alapján rangsorolja. A tengervízben a rozsdamentes acél jóval az alumínium felett helyezkedik el. Ez azt jelenti, hogy a rozsdamentes acél a katód, az alumínium pedig az anód, amikor a kettőt nedves szerelvényben csatlakoztatják.

Egy árnyalatot érdemes tudni. A rozsdamentes acél csak akkor nemes, ha a passzív oxidrétege sértetlen. Az oxigénszegény résekben, például a csavarfej alatti résben vagy a szorosan rögzített felületek között, a rozsdamentes acél elveszítheti passzív rétegét és aktívvá válhat. Ezért a réskorrózió megjelenik a rozsdamentes kötőelemeken alumínium nélkül is. Az időjárásnak kitett alumínium-acél párosban azonban a gyakorlati eredmény következetes: az alumínium az a fém, amely elveszíti az anyagot.

Amikor az alumínium és a rozsdamentes acél biztonságosan használható együtt

Az alumínium és a rozsdamentes acél reakciója nem elkerülhetetlen. Számtalan fémkeverékszerelvény hosszú élettartamot adott, mert a galvanikus korrózió feltételei soha nem teljesültek.

• Beltéri, száraz környezetben. A fűtött, szellőző belső tér ritkán biztosít elegendő elektrolitot a galvanikus korrózió fenntartásához, így a pár évtizedekig inaktív maradhat.
• Tömített ízületek. Ha az interfész kompatibilis tömítőanyaggal van bevonva, vagy nedvességet kizáró gáttal van leválasztva, az elektrolit nem tud elérni a csomópontot, és az áramkör nyitva marad.
• Kedvező területarány. Ha az alumínium rész nagy és a rozsdamentes acél rész kicsi, a galvánáram széles alumíniumfelületen terjed, így a helyi korróziós sebesség elfogadható lehet a tervezett tervezési élettartam alatt. A veszélyes eset az ellenkezője: egy kis alumínium alkatrész, amely egy nagy rozsdamentes acél szerkezetre van rögzítve, az összes korróziót egy kis anódra koncentrálja, és gyorsan meghibásodik.

Kültéri vagy tengeri szolgáltatás esetén a konzervatív feltételezés az, hogy végül nedvesség lesz jelen. A napelemes állványok, építészeti burkolatok, csónak hardverek és az időjárásnak kitett ipari berendezések esetében a megelőzés tervezési követelmény, nem pedig lehetőség.

Hogyan lehet megakadályozni a galvanikus korróziót vegyes fémszerkezetekben

A galvanikus korrózió megállításának legmegbízhatóbb módja a két fém közötti elektromos áramkör megszakítása, vagy az elektrolit távoltartása a csomóponttól. Számos intézkedés együttesen jól működik.

1. Izolálja le nem vezető védőrétegekkel. A rozsdamentes acél rögzítőfej alatti nejlon vagy szálas alátét a csavarszáron lévő szigetelőhüvellyel kombinálva megakadályozza a fém-fém közvetlen érintkezést. Ez az egyetlen leghatékonyabb módszer.
2. Zárja le az illesztést. A rögzítőfej körül és a fuga széle mentén felvitt poliszulfid, poliuretán vagy butil tömítőanyag kizárja a nedvességet és fizikailag elválasztja a felületeket.
3. Óvatosan használja a bevonatokat. Az alumínium porfestése vagy festése az összeszerelés előtt akadályt képez, de minden karcolás vagy forgács helyi anódot képezhet. A bevonatok soha nem lehetnek az egyetlen védelmi vonal.
4. Tervezés vízelvezetéshez. Helyezze el a kötést úgy, hogy a víz elfolyjon a rögzítőelemből, ne gyűljön össze körülötte.

A rozsdamentes acél lapos alátét kettős szerepet tölt be ebben a rendszerben. A befogási terhelést szélesebb területen oszlatja el, ami a puha alumíniumon számít, és sima csapágyfelületet biztosít az anya- vagy csavarfejnek. Önmagában nem akadályozza meg a galvanikus korróziót, hacsak nem választja el szigetelőréteggel az alumíniumtól. Nylon alátéttel vagy tömítőperemekkel párosítva a 304-es rozsdamentes acél lapos alátét hosszú élettartamot és egyenletes rögzítési teljesítményt biztosít.

SS304 lapos alátét M10 csavarokhoz, DIN125/GB97 Ez a 304-es rozsdamentes acél lapos alátét a szorító terhelést puha alumíniumra oszlatja, és sima csapágyfelületet biztosít, bár a galvanikus szigeteléshez még szükség van egy elválasztó rétegre. Termék megtekintése →

A megfelelő rozsdamentes acél kötőelem-minőség kiválasztása

Ha a kialakításhoz alumíniummal érintkező rozsdamentes acél kötőelemek szükségesek, a két standard választás a 304 (A2) és a 316 (A4) rozsdamentes acél. Mindkettő ausztenites minőség, sokkal jobb korrózióállósággal, mint a szénacél, és mindkettő hasonló pozícióban van a galván sorozatban. A kiválasztás nem változtatja meg a pár galvanikus viselkedését. Egyik fokozat sem védi jobban az alumíniumot a másiknál, így a döntés valójában azon múlik, hogy maga a rögzítő mennyire bírja túl a szervizkörnyezetet.

A legtöbb ipari és építészeti munkánál a 304-es rozsdamentes acél az alapértelmezett. Ellenáll a légköri korróziónak, az édesvíznek és a vegyszerek széles skálájának. Beltéri napkollektorokhoz vagy épület homlokzatához a 304-es fokozatú rozsdamentes acél rögzítő bevált és költséghatékony választás. Mind a 304, mind a 316 a DIN 933, GB5783 és ISO 4017 szabványok szerint készül, és útmutatónk 304 kontra 316 rozsdamentes acél hatlapfejű csavarok részletesebben összehasonlítja a két évfolyamot.

SS304 M10 hatlapfejű csavar, DIN933 szabvány Bevált, költséghatékony 304-es rozsdamentes acél csavar beltéri vagy általános környezetbe, légköri korrózióállóságot és megbízható teherbírást biztosít a szerkezeti csatlakozásokhoz. Termék megtekintése →

A 316 rozsdamentes acél molibdént ad hozzá, ami javítja a kloridokkal szembeni ellenállást. A part menti berendezéseknél, a csónak vasalatoknál és az útsónak kitett környezetben 316-os rögzítőelemet kell használni, mert a rögzítőelemnek túl kell tartania az összeszerelést a legnehezebb körülmények között is. Általános szabályként a rozsdamentes acél kötőelem választék a kevert fémből készült projekteket a kloridexpozíció alapján kell kiválasztani, nem pedig abból a feltételezésből, hogy egy másik minőség valamilyen módon megvédi az alumíniumot.

Partmenti telepítés esetén a 316-os hatlapú anya és a 316-os csavar párosítása a legmegbízhatóbb lehetőség, különösen a menetes csatlakozások esetében, amelyeket idővel ellenőrizni kell. A 304 és 316 közötti korrózióállósági különbség tengeri légkörben elég jelentős ahhoz, hogy indokolja a 316 magasabb költségét.

SS316 M10 hatlapfejű anya, DIN934 szabvány 316-os rozsdamentes acél hatlapú anya, A4-80 minőséggel, tengeri és kloridban gazdag környezetekhez tervezve, biztonságos rögzítést és hosszú távú korrózióállóságot biztosít, ha 316 csavarral párosítják. Termék megtekintése →

Gyakorlati összeszerelési útmutató

A vegyes fémszerkezetek meghibásodnak, ha az alapokat kihagyják. A következő sorrend hatékonynak bizonyult napelemes szereléshez, tengeri fedélzeti hardverekhez, ipari keretekhez és építészeti alumínium szerkezetekhez.

1. Összeszerelés előtt tisztítsa meg mindkét fedőfelületet. A zsír, szemcse vagy vezetőképes szennyeződés korróziós cellát hozhat létre, még akkor is, ha a tervezés megfelelő.
2. Először szerelje fel a szigetelő réteget. Helyezzen egy nylon alátétet vagy egy tömítőperemet a rozsdamentes acél rögzítőfej alá és az anya csapágyfelületére.
3. Húzza meg a névleges nyomatékig. A túlzott meghúzás összetöri a szigetelőréteget, torzítja az alumíniumot, és sérülékennyé teszi a csatlakozást a galvanikus korrózióval és a feszültség-lazítással szemben.
4. Vizsgálja meg az expozíció első szezonja után. A korai korrózió fehér porként vagy halvány lyukfoltként jelenik meg. Ha elkapják, a javítás egy cserealátét és egy csepp tömítőanyag, nem pedig szerkezeti javítás.

Ezek egyike sem veszi el a mérnökök és gyártók kedvét attól, hogy alumíniumot és rozsdamentes acélt együtt használjanak. A két anyag jól működik rendszerként, ha betartják a fenti szabályokat. Az alumínium csak akkor korrodál, ha a galvánkör teljes marad, és ez az áramkör könnyen megszakítható.