Гальванопара алюминий нержавеющая сталь

Обновлено: 13.05.2024

Одна из лучших статей о электрохимических реакциях с нержавеющией сталью
и о коррозии нержавейки была опубликована в 2004 году в журнале КАТЕРА И
ЯХТЫ по материалам фирмы Quicksilver Marine Parts & Accessories.
Приведем здесь частично текст и изображения из этой статьи.

Этому виду коррозии подвержены многие металлы, а в особенности —
нержавеющая сталь. "Щель" в данном случае — это пространство под
всевозможными отложениями (песка, ила и т.д.), под пластиковыми шайбами,
фетровыми прокладками и т.д. — иначе говоря, место, из которого попавшая
туда влага не может найти выхода и где образовалась застойная зона.

Нержавеющая сталь — это сплав на основе чугуна, в который входят хром и
никель. Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия
тонкой пленке оксида хрома. При отсутствии кислорода оксидный слой
разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной.
Иными словами, "нержавейка" не ржавеет только до тех пор, пока имеется
доступ кислорода . Самый простой способ предотвратить данную
разновидность коррозии — ограничить доступ влаги в "щели", вовремя
удалять образующиеся отложения и обеспечить хорошую вентиляцию
"сомнительных" мест.

ВИДЫ МОРСКОЙ КОРРОЗИИ
Расположенные под водой металлические детали обычно подвергаются двум
типам коррозии: гальванической и так называемой "коррозии от блуждающих
токов".

Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию
между двумя и более различными (или разнородными) металлами. Различными,
потому что для того, чтобы началась реакция, один должен быть более
химически активным (или менее стабильным), чем другой или другие. Когда
мы говорим про гальваническую коррозию, то имеем в виду электрообмен.
Все металлы обладают электрическим потенциалом, поскольку у всех атомов
есть электроны, движение которых и есть электричество.

Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот
момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие
взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством
проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую
электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением
химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода
из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным
электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет
(по этой причине корпуса судов, эксплуатирующихся в жарком климате,
заметно больше подвержены коррозии, чем на Севере).

Процесс гальванической коррозии можно наиболее наглядно
проиллюстрировать на примере алюминиевой подводной части подвесного
мотора и гребного винта из нержавеющей стали. Алюминий — более химически
активный металл — является в данном случае анодом, а менее активная
нержавеющая сталь — катодом.

Вот что происходит, когда эта пара помещается в воду, играющую роль
электролита (рис. 1):
1. На аноде:
a. Через место контакта (в нашем случае — через гребной вал) электроны
перетекают с анода, металла более химически активного на катод — гребной
винт. Происходит следующая реакция: Al -> Al+++ +3e.
b. При этом атомы более химически активного металла превращаются в ионы
(этим термином обозначаются атомы с "недостатком" или "избытком"
электронов), которые устремляются в воду и связываются с ионами
кислорода, обмениваясь с ними электронами и образуя оксид алюминия.
(Процесс этот ничем не отличается от того, что происходит с ионами
железа при образовании оксида железа).
c. Образовавшиеся молекулы оксида алюминия либо уносятся потоком воды,
либо оседают на алюминиевой поверхности. Таким образом, подводная часть
вашего подвесника в результате гальванической коррозии буквально
растворяется в воде.

2. На катоде:
a. С анода поступают электроны, причем они не просто накапливаются, а
вступают в реакцию с ионами электролита.
b. Реакция обычно происходит такая:
1 1/2 О2 + 3 Н2О + 6 е -> 6 ОН—.
c. Ион гидроокиси ОН— — щелочной, поэтому в районе катода образуется
щелочная среда. (Следует отметить, что это обстоятельство надо
обязательно иметь в виду владельцам деревянных корпусов — щелочь
разрушает целлюлозу).

Очень важно понять, что следствием освобождения каждого позитивного
иона металла на аноде обязательно является формирование негативного иона
электролита, образующегося вследствие реакции электронов катода.
Электрически анодные и катодные реакции должны быть эквивалентны. Рост
или снижение уровня катодной реакции вызывает ответные рост или снижение
уровня анодной реакции. Это ключевой факт для понимания процесса
коррозии и управления им. Его можно проиллюстрировать эффектом влияния
размеров анода и катода. Если к очень большому аноду подключить
маленький катод, процесс коррозии анода пойдет медленно. А если
поступить наоборот, то анод очень быстро разрушится.

Алюминиевых деталей на катере или мотолодке полным-полно. И если не
контролировать процесс гальванической коррозии, все они быстро выйдут из
строя.

Гальваническая коррозия может протекать даже в том случае, если на
вашей лодке нет ни одной детали из нержавеющей стали. Предположим, что и
подводная часть мотора, и винт алюминиевые, но лодку вы обычно ставите у
пирса со стальной стенкой и подключаетесь при этом к береговой системе
электроснабжения. Провод заземления (так называемый "третий" — дань
безопасности) соединяет при этом алюминиевые детали лодки с погруженной
в воду стальной стенкой (рис. 2). Если учесть внушительную массу
стальной стенки, то и подводной части мотора, и винту грозят серьезные
повреждения. Предотвратить их можно при помощи гальванического изолятора
— своеобразного фильтра, отсекающего токи низкого напряжения и
позволяющего при этом заземляющему проводу в случае пробоя изоляции или
короткого замыкания выполнить свою функцию — отвести ток в землю и
спасти вам жизнь.

НА ЧТО ОБРАЩАТЬ ВНИМАНИЕ
Первый признак гальванической коррозии — вздутие краски на
поверхностях, расположенных ниже ватерлинии, начинающееся обычно на
острых гранях, и образование на обнажившемся металле белесого
порошкообразного налета. Потом на поверхности металла начинают
образовываться заметные углубления — словно кто-то выгрызает из него
кусочек за кусочком.

Гальваническую коррозию подводных частей подвесных моторов и угловых
колонок — или любых алюминиевых частей лодки — значительно ускоряет
наличие деталей из нержавеющей стали, таких, как гребные винты,
триммеры (особенно если они "заземлены" на двигатель), узлы
дистанционного управления. Именно на них и уходят электроны алюминиевых
деталей.

Другая причина, способная ускорить процесс гальванической коррозии —
это уменьшение полезной площади анодных протекторов (о них тоже будет
рассказано позже). Но и без наличия нержавеющей стали расположенные под
водой алюминиевые детали все равно подвергаются воздействию
гальванической коррозии — хотя и не столь интенсивной, как при контакте
с иным металлом. При наличии электролита на большинстве однородных,
вроде бы, металлических поверхностей все равно образуются крошечные
аноды и катоды — в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются
посторонние вкрапления или примеси — например, частицы металла с форм
или штампов.

Нержавеющую сталь в качестве катода и алюминий в качестве анода мы
использовали лишь в качестве одного из примеров; образовать "батарею"
для запуска гальванической коррозии в паре с алюминием способен любой
другой металл. К примеру, такая пара образуется и при контакте алюминия
с цинком, только на сей раз катодом становится алюминий, а подвергается
коррозии цинк — металл более химически активный. Один из худших врагов
алюминия при образовании гальванической пары — это медь или медные
сплавы (бронза).

Резюмируя сказанное рекомендуется всегда обращать внимание при монтаже
на эту простую таблицу активности металлов. Чем дальше друг от друга
стоят металлы в этом ряду, тем больше вероятность возникновения между
ними электрохимической коррозии
Например категорически не рекомендуется использовать нержавеющий крепеж
в контакте с алюминием, особенно если этот узел может быть подвергнут
влиянию влаги.
Еще один пример на основе этой таблицы - соединение электрических
алюминиевых и медных проводов между собой. Для соединения всегда
рекомендуется использовать переходные клеммные колодки, которые есть в
продаже в любом электротехническом магазине.

Другая причина гальванической коррозии — подключение к береговой
электросети. При этом алюминиевая подводная часть вашего мотора или
колонки посредством заземляющего вывода подключается к подводным частям
других лодок и становится частью огромной гальванической батареи,
связанной с погруженным в воду береговым металлом. При этом не только на
вашей лодке, но и на соседних коррозия значительно ускоряется.

КОРРОЗИЯ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ
Произойти подобное может в том случае, если металл, по которому течет
электрический ток, поместить в любой заземленный водоем (в реку, озеро,
море, океан — без разницы, не в счет разве что стеклянный аквариум). Ток
через воду устремится в землю. Следствием этого явится интенсивная
коррозия в том месте, где произошел "пробой". В наихудшем случае та же
алюминиевая подводная часть мотора может разрушиться буквально за
несколько дней.

Данная разновидность коррозии отличается от гальванической, хотя природа
у них одна. Гальваническая коррозия вызывается соединением двух
разнородных металлов и происходит за счет их электрических потенциалов.
Один металл выступает в роли анода, другой — в роли катода. Здесь же
электрический ток попадает на подводную часть лодки из внешнего
источника и через воду уходит в землю.

К примеру, ваша лодка расположена между лодкой с утечкой постоянного
тока и местом, являющимся хорошим заземлением для этого тока. Хотя ток
могут уходить в землю и через воду, ваша лодка может явиться проводником
со значительно меньшим сопротивлением. Таким образом, ток будет уходить
в землю и с нее. Наиболее интенсивно коррозия будет развиваться в том
месте лодки, откуда ток уходит в воду.

Блуждающие токи могут вызываться не только внешними, но и внутренними
источниками — коротким замыканием в сети лодки, плохой изоляцией
проводки, подмокшим контактом или неправильным подключением какого-либо
элемента электрооборудования.

Наиболее распространенный внешний источник блуждающих токов — береговая
сеть электроснабжения. Лодка с внутренним источником блуждающих токов
(например, по причине повреждения изоляции одного из проводов) может
стать причиной усиленной коррозии множества соседних лодок, подключенных
к той же береговой электросети, если они обеспечивают лучшее заземление.
Ток при этом передается на другие лодки посредством все того же
"третьего" заземляющего провода.

Гораздо более неуловимый — но потенциально более опасный — случай
коррозии блуждающих токов может происходить безо всяких проблем с
электрооборудованием (и вашей лодки, и соседних). Предположим, что вы
возвращаетесь на стоянку после выходных на воде, подсоединяетесь к
береговому источнику, чтобы подзарядить аккумулятор, и спокойно уходите
домой — автоматическое зарядное устройство само отключит зарядившуюся
батарею. В понедельник по соседству с вашей лодкой причаливает большой
стальной катер (с ободранной и поцарапанной краской). Владелец его тоже
подключается к береговой сети и тоже оставляет свою посудину на
несколько дней. Электрическая батарея готова — большой стальной корпус
и небольшая подводная часть вашего мотора, соединенные заземляющим
проводом. В зависимости от разделяющего их расстояния, разницы размеров
и времени, которое ваш сосед решил провести на берегу, в следующие
выходные вы можете обнаружить, что подводная часть вашего мотора либо
просто покрыта белесым налетом, либо разрушилась чуть ли не полностью.

Отличная статья - Мумрику респект.
Становится наглядно понятно, почему ржавеет нержавейка и "сыпется" алюминий.
И главное - как этого избежать при проектировании подводных механизмов.

Гальваническая пара нержавеющая сталь

системы радиоуправления нли для прочности в осях шарниров, пружинных шарнирах, пружинах.

10. Избегайте по возможности трущихся и прижимных контактов как в бортовой электропиросисте-ме, так и в системе радиоуправления.

11. Не пользуйтесь металлами, образующими так называемые недопустимые гальванические пары, когда один из металлов разрушается.

Допустимым сочетанием, не образующим сильно корродирующую гальваническую пару, считается

такая пара, где разность между номерами их групп будет составлять не более 2.

Например, нержавеющая сталь (7-я группа) и латунь (9-я группа): 9—7=2 — допустимое сочетание; алюминиевые сплавы, не содержащие медь (2-я группа) и сталь (5-я группа): 5—2=3 — недопустимое сочетание.

Фосфатные и оксидные пленки (покрытия) увеличивают номер группы на одну единицу, а анодирование — на две.

И. КРОТОВ, инженер

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ РЯД МЕТАЛЛОВ

Корродирующий электрод (анодный)

Магний или магниевые сплавы, анодированные или оксидированные

Цинк, цинк хромированный, оцинкованные сталь или железо. Алюминий, алюминиевые сплавы, не содержащие медь, плакированный дюралюминий

Кадмий, кадмий хромированный. Анодированные алюминиевые сплавы: оисидные пленки на алюминии и его сплавах, пропитанные хромпиком или анилиновыми красителями, оксидные износостойкие пленки на алюминии и его сплавы

Фосфатные, оксидные пленки по стали, пропитанные смазкой. Алюминиевые сплавы, содержащие медь

Сталь, железо, чугун

Легированные стали или чугуны

Никелевые сплавы для электросопротивлений Нержавеющие стали с содержанием хрома 12—17%

Свинцово-оловянистые припои, нержавеющие стали с содержанием хрома 18% и более. Олово, свинец

Латунь. Марганцовистые бронзы, мореная латунь. Молибден, никель. Алюминиевые бронзы, томпак

Кремнистые бронзы, мельхиор, сложные бронзы

Процесс коррозии алюминия и алюминиевых сплавов зависит от многих факторов: условий окружающей среды, а также электрохимических и металлургических свойств компонентов сплава.

Коррозия алюминия

Для коррозии алюминия характерны следующие основные типы:

непосредственное химическое воздействие (общая коррозия);
электрохимическая (гальваническая) коррозия;
точечная (питтинговая) коррозия;
щелевая коррозия и коррозия под напряжением.

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.

Электрохимическая 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:

катода, где происходит реакция восстановления
анода, где происходит реакция окисления.

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 х).

Рисунок 1 – Принцип гальванической ячейки [3]

Рисунок 1 показывает ячейку, в которой электролитом является раствор серной кислоты. Серная кислота полностью диссоциирована в воде (поскольку является сильной кислотой) путем образования ионов Н + , которые определяют кислотность среды. Происходит следующая электрохимическая реакция [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:

два различных металла, которые образуют два электрода;
присутствие электролита;
непрерывность всей электрической цепочки.

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;
присутствие электролита;
электрический контакт между двумя металлами.

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 2).

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 2 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:

на поверхностях контакта образуются пленки с продуктами коррозии – ржавчины на стали и оксида алюминия на алюминии, которые и замедляют электрохимические реакции.

Пара: алюминий – оцинкованная сталь

Судя по гальваническому ряду, цинк является более электроотрицательным, чем алюминий. Крепеж из оцинкованной стали может, поэтому, применяться для соединения и сборки конструкций из алюминиевых сплавов. Надо помнить, что когда цинковое покрытие станет слишком изношенным, чтобы защищать сталь и алюминий, наступает предыдущий сценарий контакта между алюминием и голой сталью [3] .

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

Выбирать в пару алюминию или его сплаву металл, который как можно более ближе к нему в гальваническом ряду для рассматриваемой коррозионной среды (см. рисунок 2).
Применять «катодный» крепеж. Избегать комбинаций с неблагоприятным (большим) отношением площадей катода к аноду (рисунок 3).
Обеспечивать полную электрическую изоляцию двух соединяемых металлов. Это может быть выполнено с помощью изолирующих прокладок, втулок, шайб и т.п. (рисунок 4).
Если применяется окраска, всегда нужно красить катод. Если покрасить только анод, любая царапина на нем даст неблагоприятное отношение поверхностей катода к аноду и приведет к коррозии царапины.
Увеличивать толщину анода или устанавливать в соединение заменяемые массивные прокладки из анодного металла.
По возможности размещать гальванический контакт вне коррозионной среды.
Избегать резьбовых соединений из металлов, образующих гальваническую пару. Заменять их паяными или сварными соединениями.
Если возможно, применять ингибиторы коррозии, например, в системах с циркуляцией жидкости, которая может играть роль электролита для гальванической коррозии.
В случаях, когда металлы должны оставаться в электрическом контакте через наружную электрическую цепь, нужно разнести их как можно дальше друг от друга для увеличения сопротивления жидкой цепи (электролита).
При необходимости и там, где это возможно, применять катодную защиту с цинковым или магниевым жертвенными анодами.
В наиболее агрессивных средах только цинк, кадмий и магний могут быть в контакте с алюминием без возникновения гальванической коррозии. Заметим, что применение кадмиевых покрытий в значительной степени ограничено из-за их экологической небезопасности.

Гальваническая пара, погруженная в кислотный (или щелочной) раствор, будет корродировать (разрушаться под действием коррозии). Этот процесс называется гальванической коррозией. Как правило, соединения разных металлов всегда подвержены коррозии (если не электролитической, так атмосферной). Но некоторые пары металлов корродируют намного сильнее. Ниже приведён список металлов, которые не рекомендуется применять в паре.

Недопустимые гальванические пары:

первая пара:
алюминий и все сплавы на его основе;
медь и её сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий, олово, никель, хром, нелегированная сталь;

вторая пара:
магниево-алюминиевые сплавы;
сталь легированная и нелегированная, хром, никель, медь, свинец, олово, золото, серебро, платина, палладий, родий;

третья пара:
цинк и его сплавы;
медь и её сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий;

четвёртая пара:
сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий;
медь, серебро, золото, платина, палладий, родий;

пятая пара:
никель, хром;
серебро, золото, платина, палладий, родий;

шестая пара:
титан и его сплавы;
алюминий и его сплавы.

Необходимо избегать механического соединения деталей, изготовленных из металлов с заметно разными электрохимическими потенциалами. Например, недопустимо соединять латунные детали алюминиевой заклёпкой. Для выбора материалов в этих случаях можно руководствоваться таблицей электрохимических потенциалов (или так называемым электрохимическим рядом).

Алюминий и металл коррозия

Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию между двумя и более различными (или разнородными) металлами. Различными, потому что для того, чтобы началась реакция, один должен быть более химически активным (или менее стабильным), чем другой или другие. Когда мы говорим про гальваническую коррозию, то имеем в виду электрообмен. Все металлы обладают электрическим потенциалом, поскольку у всех атомов есть электроны, движение которых и есть электричество.

Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть, что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность её только растет (по этой причине корпуса судов, эксплуатирующиеся в жарком климате, заметно больше подвержены коррозии, чем на Севере).

Процесс гальванической коррозии можно наглядно продемонстрировать на примере взаимного контакта изделий из Алюминия и Нержавеющей стали. Алюминий – более химически активный металл является в данном случае анодом, а менее активная нержавеющая сталь – катодом. При взаимодействии между нержавеющей сталью и алюминием возникает большая разница потенциалов в соответствии с рядом напряжений в металлах. При этом, благодаря действующему на электрический элемент электролиту (жидкость), возникает электрический ток, и анод, в данном случае Алюминий, корродирует. Подобное явление возникает также в винтовых соединениях, в которых между металлами образуется разность потенциалов, а влажность играет роль электролита.

Химический ряд напряжений в металлах

Чем дальше находятся в ряду напряжений металлы по отношению друг к другу, тем больше разность потенциалов и выше опасность коррозии. При наличии электролита на большинстве однородных металлических поверхностях все равно образуются крошечные аноды и катоды – в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются вкрапления и примеси – например, частицы металла с форм или штампов.

Другим важным фктором, оказывающим влияние на скорость протекания гальванической коррозии, помимо разности потенциалов металлов, является пропорциональное соотношение размеров анода и катода. Если к очень большому аноду подключить маленький катод, процесс коррозии анода пойдет медленно. А если поступить наоборот, то анод очень быстро разрушится. Объясняется это тем, что анодные и катодные реакции должны быть эквивалентны. Рост или снижение катодной реакции, обусловленной размером катода, вызывает ответные рост или снижение анодной реакции

Гальваническая коррозия возникает в том случае, если имеет место один из следующих факторов:

Относительная влажность воздуха превышает 60%;
Загрязненный воздух: большое количество металлических частиц;
Металлы в винтовых соединениях, у которых большая разница потенциалов;
Неправильное соотношение площадей поверхностей анода и катода.

Рекомендации по противодействию гальванической коррозии:

1. Исключите возможность образования гальванического элемента

защищайте конструкции от действия влажности (удалите электролит)
изолируйте металлы друг от друга, например, с помощью покрытия
изолируйте металлы от электролита.

2. Избегайте соединения металлов, у которых большая разница потенциалов.

3. Материал из которого произведен крепеж должен быть более активным (анод), чем материал конструкции (катод).

площадь поверхности конструкции(катода) больше площади поверхности крепежа(анода).

ИНН: 7826682663, КПП: 784001001, ОГРН: 1027810323386

С чего обычно начинаются работы по добавлению функционала наших машин? Правильно – с посещения сайтов и форумов, чтобы посмотреть, как другие реализовали подобные идеи, подчерпнуть что-то интересное и не совершать чужих ошибок. Но всегда ли стоит верить тому, что написано на форумах? Чужой опыт не всегда является истиной и редко описывается человеком, достигшим Дзен в данном вопросе. Вспоминаю свои первые посты – такую ерунду писал, да еще и отстаивал свою правоту, да так убедительно. А ведь кто-то может этим воспользоваться. Так же помню читал раньше, где уже не помню, о том, что ни в коем случае нельзя выполнять отделку кузова алюминием. Звучало это приблизительно так: «Ребята, да Вы что, совсем физику не учили?! При контакте алюминия и железа Вы создаете гальваническую пару и у Вас кузов за полгода сгниет весь, растворится! Головой-то надо думать хоть иногда!». Гальваническая пара создается, да, но будет ли таким плачевным результат? Об этом далее.
По моей новой профессии отправили меня учится на повышение квалификации в Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет, где в течении двух недель кандидаты технических наук рассказывали мне о коррозии металла и как с ней бороться. Эта статья не будет научно-публицистической, дабы не забивать Вам голову, постараюсь все рассказать на примере яблок, образно.
Итак, по механизму протекания коррозия делится на химическую и электрохимическую. Химическая коррозия протекает в неэлектролитической среде при высокой температуре. Так как мы рассматриваем кузов автомобиля, то данный тип коррозии не применим. Нас интересует электрохимическая коррозия, электролитом в которой выступает влага. Из курса физики и химии мы все помним, что все металлы имеют кристаллическую решетку, в которой электроны свободно двигаются и называется такая решетка металлосвязью. Эта связь атомов не очень крепкая и ее свойства позволяют активно использовать данные материалы в нашей жизни.
Но тот факт, что она не крепкая доставляет нам проблемы. Например, диполи воды (а вода, в силу своего строения, является довольно агрессивной средой) разбивают металлосвязь и наиболее активно это происходит в местах, где количество электронов недостаточно, вытягивая молекулы металла и создавая с ними более стабильное соединение. Эти места являются очагами коррозии. Как же возникают участки металла с малым количеством электронов? Связано это как раз со способностью электронов свободно перемещаться в кристаллической решетке металла. Все металлы имеют естественный потенциал (электростатический), отличный от нуля. Железо в естественных условиях имеет потенциал, равный приблизительно -0,44 Вольта, цинк -0, 76 В, алюминий -1, 67 В, магний -2,3 В. Но даже металл одной природы, например, лист железа, в разных своих частях имеет отличающиеся потенциалы. Незначительно, но отличаются. Это связано с различными причинами, в том числе с механическими напряжениями в структуре металла, различными вкраплениями, острыми краями, заусенцами, царапинами, наклёпами, сварочными швами и т.д. Такие места имеют более отрицательный потенциал по отношению к другим частям и они являются анодными зонами, т.е. анодами (остальные части соответственно являются катодами).
При протекании электрохимической коррозии в электролите анод насыщает электронами через проводник катод, тем самым теряя силу молекулярной связи и разрушается под действием агрессивной среды.
Вспомните места, где наиболее часто гниет кузов – это сгибы кузова, швы, соединения различных частей и т.д., т.е. в местах, где присутствует влага и есть дополнительные факторы, создающие анодные зоны. Те же полики на наших машинах не гниют равномерно по всей площади. Очаги начинают развиваться в углах и на сгибах. Каждый из Вас может в качестве подтверждения провести один небольшой и не сложный опыт: Возьмите два одинаковых гвоздя. Один из них согните на 90 градусов. Затем обезжирьте оба и не касаясь пальцами (можно брать их бумажкой) положите в раствор поваренной соли (NaCl). Коррозия будет протекать наиболее интенсивно на согнутом гвозде в месте изгиба. На прямом гвозде она будет протекать более равномерно по всей площади и менее интенсивно. Кому доводилось разбирать деревянные постройки, в которых ржавые гвозди, могут вспомнить, что согнутые гвозди в местах сгибов очень легко ломаются и практически все место слома ржавое насквозь.
От действия коррозии кузов защищает изоляция, в роли которой выступают краска и грунтовка. Но тут есть один момент – в местах нарушения изоляции коррозия будет развиваться более интенсивно, нежели бы весь металл был голым, без изоляции.
Так какое же все-таки влияние оказывает алюминий на железо в местах контакта? Металлы с более отрицательным естественным потенциалом при соприкосновении с железом выступают в роли анода, т.е. защищают металл от коррозии. К таким металлам относятся цинк, алюминий и магний. Т.е. при отделке кузова алюминием при наличии электролита между ними в качестве анода будет выступать алюминий и именно он будет разрушаться. Процесс этот длительный, а при условии, что алюминий редко несет серьезные механические нагрузки – еще и безболезненный. На данном принципе построена протекторная защита металлоконструкций от коррозии, например, нефтепроводов.
Конечно, никто Вам гарантий того, что уложив лист алюминия на полик Вы полностью защите кузов от коррозии, здесь не дает. На этот процесс влияет много факторов, в том числе токи, протекающие по кузову от электроприемников, различные агрессивные среды, разлитые масла, химические жидкости и т.д. Но хуже алюминием Вы не сделаете, даже наоборот.
Здесь еще стоит отметить, что в местах контакта кузова с металлами, имеющими меньший естественный потенциал по отношению к железу, железо уже не будет катодом, а станет анодом, как следствие процесс коррозии будет протекать более интенсивно. К таким металлам относятся никель, олово, свинец, медь. Серебро и золото тоже, но они думаю у вас в машинах не валяются.

Вот собственно и все о коррозии и с чем ее едят, не сильно кратко, но и не очень заумно) Надеюсь, что статья оказалась для Вас полезной!

Контактная коррозия происходит при непосредственном контакте двух разнородных металлов. Нельзя, к примеру, соединять алюминиевые листы медной заклепкой, так как при определенных условиях они образуют сильную гальваническую пару.

Разные металлы имеют разные электродные потенциалы. В присутствии электролита один из них играет роль катода, а другой анода. В результате химической реакции, протекающей между ними, начнется коррозионный процесс, в котором медь (катод) будет беспощадно разрушать алюминий (анод).

Почти все пары разнородных металлов, находящиеся в контакте между собой, подвержены коррозии, так как даже влага из воздуха может выступить в роли электролита и активировать их электродный потенциал. Но одни пары уязвимы в большей степени, а другие – в меньшей.

Например, алюминий отлично контактирует с оцинкованной сталью, хромом и цинком, а латунь совершенно не «дружит» со сталью, алюминием и цинком. Чтобы узнать, какие металлы совместимы, а какие нет, обратимся к основам химии.

В ряду электрохимической активности металлы стоят в следующей последовательности:

Для примера рассмотрим пару алюминий – медь. Алюминий стоит в ряду слева от водорода и имеет электроотрицательный потенциал равный -1.7В, а медь находится справа и имеет положительный потенциал +0.4В. Большая разница потенциалов приводит к разрушению более активного алюминия. Медь сильнее всех, впереди стоящих элементов, поэтому в паре с любым из них она выйдет победителем. Чем дальше друг от друга в ряду стоят элементы, тем выше их несовместимость и вероятность протекания гальванической коррозии.

Данные о совместимости некоторых металлов представлены в таблице:

Д – абсолютно допустимые контакты (низкий риск ГК);
О – ограничено допустимые контакты (средний риск ГК);
Н – недопустимые контакты (высокий риск ГК).

Приведенная таблица может служить кратким справочником для определения совместимости некоторых конструкционных металлов. Допустимость и недопустимость контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов устанавливает ГОСТ 9.005-72.

Пример недопустимых гальванических пар:

Гальваническое действие может возникнуть, если строительную конструкцию из нержавеющей стали скреплять оцинкованными болтами. В этой нежелательной паре пострадает высоко анодный крепеж, поскольку его электроны будут перемещаться в направлении катодной нержавеющей стали. Поэтому, крепежные детали должны быть изготовлены из менее гальванически активного металла, чем материал металлоконструкции.

На скорость течения гальванокоррозии оказывает влияние площадь поверхности анода и катода. Если большой по размеру анод соединить с маленьким катодом, то анод будет ржаветь медленно, а если сделать наоборот, то быстро. Например, используйте болты из нержавеющей стали для крепления алюминия, но не наоборот.

Степень интенсивности протекания контактной коррозии зависит и от условий эксплуатации соединения. В обычных атмосферных условиях процесс будет протекать менее быстро и возрастает в агрессивной электропроводной среде, например, растворах кислот и щелочей. Присутствие в воде других веществ увеличивает проводимость электролита и скорость коррозии. Поэтому при проектировании конструкций важна оценка окружающей среды.

Как защитить конструкцию или узел от контактной коррозии?

Если по конструктивным соображениям невозможно избежать нежелательного контакта разнородных металлов, то можно попытаться уменьшить гальваническую коррозию с помощью следующих методов:

окраска поверхностей в районе их стыка;
нанесение совместимых металлических покрытий;
изоляция соединения от внешней среды;
электрическая изоляция;
установка неметаллических прокладок, вставок, шайб в болтовых соединениях.

Практика показывает, что в тех случаях, когда пренебрегают требованиями к допустимости контактов разных металлов, приходится дорого за это расплачиваться. Неправильная компоновка контактных пар выводит из строя узлы крепления, металлоконструкции и может стоять человеческой жизни.

Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?

Электрохимический ряд напряжения металлов

Алюминий	Латунь	Бронза	Медь	Оцинкованная сталь	Железо	Свинец	Нержавеющая сталь	Цинк
Алюминий	Д	Н	Н	Н	Д	О	О	Д	Д
Медь	Н	О	О	Д	О	Н	О	Н	Н
Оцинкованная сталь	Д	О	О	О	Д	О	Д	О	Д
Свинец	О	О	О	О	Д	Д	Д	О	Д
Нержавеющая сталь	Д	Н	Н	Н	О	О	О	Д	Н
Цинк	Д	Н	Н	Н	Д	Н	Д	Н	Д

Читайте также: