Alumiinin ja ruostumattoman teräksen reaktio: Kuinka estää galvaaninen korroosio

Aurinkotilalla huoltokirjat kertoivat tutun tarinan. Valkoisia, kalkkimaisia ​​kerrostumia levisi alumiinikiinnityskiskojen ruostumattomasta teräksestä valmistettujen pulttien ympärille, ja jokaisen pultin pään alla oli alkanut kuoppia. Tämä on käytännössä alumiinin ja ruostumattoman teräksen reaktio, ja se on yksi yleisimmistä metalliseoskokoonpanojen ennenaikaisen rikkoutumisen syistä. Reaktio ei tarkoita, että näitä kahta metallia ei voida koskaan käyttää yhdessä. Se tarkoittaa, että liitos on suunniteltava siten, että galvaaninen korroosio on ymmärrettävä selkeästi, mikä on juuri tämä artikkeli.

Mitä alumiinin ja ruostumattoman teräksen reaktio todellisuudessa on

Alumiinin ja ruostumattoman teräksen reaktio on galvaanisen korroosion muoto, jota kutsutaan myös bimetallikorroosioksi. Kun metallit ovat sähköisessä kosketuksessa ja molemmat ovat alttiina elektrolyytille, olipa kyseessä merisuihku, sadevesi, kondensaatio tai yksinkertaisesti jatkuva kosteus, ne muodostavat galvaanisen parin. Alumiinista, vähemmän jalometallista, tulee anodi ja se alkaa vapauttaa metalli-ioneja. Ruostumattomasta teräksestä, jaloisemmasta metallista, tulee katodi. Elektronit kulkevat anodilta katodille metallisen liitännän kautta, ja elektrolyytti täydentää sähköpiirin. Tuloksena on, että alumiini ruostuu paljon nopeammin kuin se tekisi yksinään.

Tämä ei ole ruostumattoman teräksen kemiallinen hyökkäys alumiiniin. Ruostumaton teräs toimii yksinkertaisesti suurena, tehokkaana katodina, joka nopeuttaa alumiinin luonnollista korroosiota. Näkyvät merkit ovat erottuvia: valkoisia tai harmaita korroosiotuotteita alumiinipinnalla, kuoppia kiinnityspään tai aluslevyn ympärillä ja vaikeissa tapauksissa puristusvoiman asteittainen häviäminen alumiinin paksuuden menettäessä.

Kolme ehtoa, joiden on oltava läsnä

Galvaaninen korroosio ei ole automaattista. Se vaatii kolme samanaikaista ehtoa, ja minkä tahansa niistä poistaminen pysäyttää reaktion.

• Sähköinen kosketin. Nämä kaksi metallia on yhdistettävä johtavan reitin kautta. Alumiinikiskoon työnnetty ruostumattomasta teräksestä valmistettu pultti tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuun mutteriin kiinnitetty alumiinikannatin tarjoaa juuri tämän polun.
• Elektrolyytti. Johtavan nesteen on silloitettava kaksi pintaa. Suolavesi on aggressiivisin elektrolyytti, mutta sadevesi, kondensaatio ja jopa pinnoitteen alle imeytynyt kosteus voivat kiihdyttää reaktiota mielekkäällä nopeudella.
• Ero sähkökemiallisessa potentiaalissa. Metallialien tulee olla erilaisia ​​korroosiotaipumustaan. Alumiini ja ruostumaton teräs eroavat merivedestä noin puolen voltin verran, mikä on enemmän kuin tarpeeksi kestämään merkittävää korroosiota.

Käytännön seuraus on suoraviivainen: pidä metallit kuivina, pidä ne sähköisesti erillään tai hyväksy alumiinin syöpymisen. Jokainen tehokas ehkäisymenetelmä hyökkää yhteen näistä kolmesta ehdosta.

Miksi alumiini on aina uhrautuva metalli

Jokaisella metallilla on asema galvaanisessa sarjassa, joka luokittelee materiaalit niiden korroosiopotentiaalin perusteella tietyssä ympäristössä. Merivedessä ruostumaton teräs istuu selvästi alumiinin yläpuolella. Tämä tarkoittaa, että ruostumaton teräs on katodi ja alumiini on anodi aina, kun nämä kaksi on yhdistetty märkään kokoonpanoon.

Yksi vivahde kannattaa tietää. Ruostumaton teräs on vain jaloa, kun sen passiivinen oksidikerros on ehjä. Ruostumaton teräs voi menettää passiivikerroksensa ja muuttua aktiiviseksi hapettomassa rakossa, kuten pultin pään alla tai tiukasti kiinnitettyjen pintojen välissä. Tästä syystä ruostumattomiin kiinnikkeisiin ilmenee rakokorroosiota myös ilman alumiinia. Säälle altistuneessa alumiini-teräsparissa käytännön tulos on kuitenkin johdonmukainen: alumiini on metalli, joka menettää materiaalia.

Milloin alumiinia ja ruostumatonta terästä voidaan käyttää yhdessä turvallisesti

Alumiinin ja ruostumattoman teräksen reaktio ei ole väistämätön. Lukemattomat metalliseoskokoonpanot ovat antaneet pitkän käyttöiän, koska galvaanisen korroosion edellytykset eivät koskaan täyttyneet.

• Sisätilat, kuivat ympäristöt. Lämmitetty, tuuletettu sisätila tarjoaa harvoin tarpeeksi elektrolyyttiä kestämään galvaanista korroosiota, joten pariskunta voi pysyä passiivisena vuosikymmeniä.
• Tiivistetyt liitokset. Jos rajapinta on päällystetty yhteensopivalla tiivisteaineella tai erotettu kosteutta estävällä esteellä, elektrolyytti ei pääse risteykseen ja piiri pysyy auki.
• Edullinen pinta-alasuhde. Kun alumiiniosa on suuri ja ruostumaton teräsosa pieni, galvaaninen virta leviää leveälle alumiinipinnalle, joten paikallinen korroosionopeus voi olla hyväksyttävä suunnitellun käyttöiän aikana. Vaarallinen tapaus on päinvastainen: isoon ruostumattomaan teräsrakenteeseen kiinnitetty pieni alumiinikomponentti keskittää kaiken korroosion pienelle anodille ja epäonnistuu nopeasti.

Ulko- tai merihuollon osalta konservatiivinen oletus on, että kosteutta on lopulta läsnä. Aurinkopaneelien, arkkitehtonisten verhousten, veneen laitteistojen ja säälle altistuvien teollisuuslaitteiden osalta ennaltaehkäisy on suunnitteluvaatimus eikä vaihtoehto.

Galvaanisen korroosion estäminen metallisekakokoonpanoissa

Luotettavin tapa pysäyttää galvaaninen korroosio on katkaista kahden metallin välinen sähköpiiri tai pitää elektrolyytti poissa liitoskohdasta. Useat toimenpiteet toimivat hyvin yhdessä.

1. Eristä sähköä johtamattomilla esteillä. Ruostumattomasta teräksestä valmistetun kiinnityspään alla oleva nailon- tai kuitualuslevy yhdistettynä pultin varren päällä olevaan eristysholkkiin estää suoran metallikontaktin. Tämä on tehokkain yksittäinen menetelmä.
2. Tiivistä liitos. Polysulfidi-, polyuretaani- tai butyylitiiviste, joka levitetään kiinnityspään ympärille ja sauman reunaa pitkin, sulkee pois kosteuden ja erottaa pinnat fyysisesti.
3. Käytä pinnoitteita varoen. Alumiinin jauhemaalaus tai maalaus ennen kokoamista lisää esteen, mutta mikä tahansa naarmu tai siru voi luoda paikallisen anodin. Pinnoitteet eivät saa koskaan olla ainoa puolustuslinja.
4. Suunnittelu viemäriin. Sijoita liitos niin, että vesi valuu pois kiinnikkeestä sen sijaan, että se kerääntyisi sen ympärille.

Ruostumattomasta teräksestä valmistetulla aluslevyllä on tässä järjestelmässä kaksinkertainen rooli. Se jakaa puristuskuorman laajemmalle alueelle, millä on merkitystä pehmeälle alumiinille, ja se tarjoaa sileän laakeripinnan mutterin tai pultin kannalle. Se ei sinänsä estä galvaanista korroosiota, ellei sitä ole erotettu alumiinista eristekerroksella. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu 304-tasoaluslevy yhdistettynä nailonaluslevyyn tai tiivistehelmaan antaa pitkän käyttöiän ja tasaisen puristustehon.

SS304 litteä aluslevy M10-pulteille, DIN125/GB97 Tämä 304 ruostumattomasta teräksestä valmistettu litteä aluslevy levittää puristuskuormat pehmeälle alumiinille ja tarjoaa tasaisen laakeripinnan, vaikka galvaaninen eristys vaatii silti erotuskerroksen. Näytä tuote →

Oikean ruostumattomasta teräksestä valmistettujen kiinnikkeiden luokan valinta

Jos suunnittelu vaatii ruostumattomasta teräksestä valmistettuja kiinnikkeitä, jotka ovat kosketuksissa alumiinin kanssa, kaksi vakiovaihtoehtoa ovat ruostumaton teräs 304 (A2) ja 316 (A4). Molemmat ovat austeniittisia laatuja, joilla on paljon parempi korroosionkestävyys kuin hiiliteräksellä, ja molemmat sijaitsevat samoissa paikoissa galvaanisessa sarjassa. Valinta ei muuta parin galvaanista käyttäytymistä. Kumpikaan laatu ei ole mielekkäästi toista parempi suojaamaan alumiinia, joten päätös on oikeastaan ​​siitä, kuinka hyvin itse kiinnitin kestää huoltoympäristössä.

304 ruostumaton teräs on oletusarvo useimmissa teollisissa ja arkkitehtonisissa töissä. Se kestää ilmakehän korroosiota, makeaa vettä ja monenlaisia ​​kemikaaleja. Sisämaan aurinkopaneeliin tai rakennuksen julkisivuun ruostumattomasta teräksestä valmistettu kiinnike luokka 304 on todistettu ja kustannustehokas valinta. Sekä 304 että 316 on valmistettu DIN 933-, GB5783- ja ISO 4017 -standardien mukaisesti, ja oppaamme 304 vs. 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetut kuusiopultit vertaa kahta arvosanaa tarkemmin.

SS304 M10 kuusikulmainen pultti, DIN933 vakio Todistettu, kustannustehokas 304 ruostumattomasta teräksestä valmistettu pultti sisämaassa tai yleisiin ympäristöihin, joka tarjoaa ilmakehän korroosionkestävyyden ja luotettavan kantavuuden rakenneliitoksissa. Näytä tuote →

316 ruostumaton teräs lisää molybdeeniä, mikä parantaa kloridien kestävyyttä. Rannikkoasennuksissa, veneen laitteistoissa ja kaikissa tiesuolalle altistuvissa ympäristöissä tulee käyttää kiinnittimiä 316, koska kiinnittimen on kestettävä kokoonpanoa vaativimmissa olosuhteissa. Yleissääntönä on, että ruostumattomasta teräksestä valmistettujen kiinnikkeiden valikoima metallisekaprojektit tulisi valita kloridialtistuksen perusteella, ei sillä oletuksella, että eri laatu jollakin tavalla suojaa alumiinia.

Rannikkoasennuksessa 316 kuusiomutterin ja 316 pultin yhdistäminen on luotettavin vaihtoehto, erityisesti kierreliitoksissa, jotka tarkistetaan ajan myötä. Korroosionkestävyysero 304:n ja 316:n välillä meriilmakehässä on tarpeeksi merkittävä oikeuttamaan 316:n korkeammat kustannukset.

SS316 M10 kuusiomutteri, DIN934 vakio 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettu A4-80-kuusiomutteri, joka on suunniteltu meri- ja kloridipitoisiin ympäristöihin ja tarjoaa turvallisen kiinnityksen ja pitkäaikaisen korroosionkestävyyden yhdistettynä 316 pulttiin. Näytä tuote →

Käytännön kokoonpanoohjeet

Metallisekoitukset epäonnistuvat, kun perusasiat ohitetaan. Seuraava sekvenssi on osoittautunut tehokkaaksi aurinkoasennuksessa, merikannen laitteistoissa, teollisuuskehyksissä ja arkkitehtonisissa alumiinirakenteissa.

1. Puhdista molemmat vastapinnat ennen kokoamista. Rasva, hiekka tai johtava kontaminaatio voi luoda korroosiosolun, vaikka suunnittelu olisi oikea.
2. Asenna ensin eristyskerros. Aseta nyloninen aluslevy tai tiivistehelmi ruostumattomasta teräksestä valmistetun kiinnityspään alle ja mutterin laakeripinnalle.
3. Kiristä nimellismomenttiin. Ylikiristys murskaa eristävän kerroksen, vääristää alumiinia ja jättää liitoksen alttiiksi sekä galvaaniselle korroosiolle että jännitysrelaksaatiolle.
4. Tarkasta ensimmäisen altistuskauden jälkeen. Varhainen korroosio näkyy valkoisena jauheena tai heikkona pistemäisenä. Jos se jää kiinni, korjaus on korvaava aluslevy ja tippa tiivisteainetta, ei rakenteellista korjausta.

Tämän ei pitäisi estää insinöörejä ja valmistajia käyttämästä alumiinia ja ruostumatonta terästä yhdessä. Molemmat materiaalit toimivat hyvin järjestelmänä, kun yllä olevia sääntöjä noudatetaan. Alumiini syöpyy vain, jos galvaaninen piiri pysyy valmiina, ja tämä piiri on helppo katkaista.