Galvaaniline korrosioon: kui erinevad metallid kohtuvad

Mis on galvaaniline korrosioon?

Paigaldasite oma keemiatehasesse uhiuue{0}}roostevabast terasest torujuhtme, ühendades selle messingist liitmike ja vaskpoltidega. Alguses tundus kõik ideaalne. Kuid vaid kuus kuud hiljem märkasite, et vaskkomponendid olid muutunud roheliseks, messingist liitmikud olid mõranenud ja mis kõige hullem, - kallis roostevabast terasest toru oli ühenduspunktide lähedale tekkinud kummalised lohud.

Mis läks valesti? Vastus on nähtus, mida nimetatakse galvaaniliseks korrosiooniks - üks levinumaid ja kulukamaid materjalide lagunemise vorme tööstuslikes tingimustes. See ilmneb alati, kui kaks erinevat metalli on elektriliselt ühendatud ja sukeldatud juhtivasse lahusesse (nt merevette, happelisse vette või isegi niiskesse õhku). Lihtsamalt öeldes: kui kaks erinevat metalli puutuvad kokku ja saavad märjaks, hakkab üks metall teisele elektrone kaotama. Metalli, mis kaotab elektrone, nimetatakse anoodiks, - see korrodeerub. Metalli, mis saab elektrone, nimetatakse katoodiks -, mis on kaitstud.

See protsess on nime saanud Itaalia füüsiku Luigi Galvani järgi, kes avastas selle nähtuse 1780. aastatel. Elektriga tõmblevaid konnajalgu uurides paljastas ta tahtmatult ühe olulisema elektrokeemia põhimõtte, millele insenerid toetuvad ka tänapäeval.

Galvaaniline korrosioon (nimetatakse ka bimetallkorrosiooniks) on elektrokeemiline protsess, mille käigus üks metall korrodeerub eelistatult siis, kui see on elektrolüüdi juuresolekul elektrilises kontaktis teise metalliga. Aktiivsem metall (kõrgem kalduvus korrodeeruda) muutub anoodiks ja korrodeerub kiiremini kui üksi. Vähem aktiivne metall muutub katoodiks ja korrodeerub aeglasemalt - või üldse mitte.

Galvaaniline korrosioon on eriti ohtlik, kuna see võib põhjustada kiireid lokaalseid kahjustusi. Kui üldine korrosioon levib ühtlaselt üle pinna, siis galvaaniline korrosioon ründab kontsentreeritud intensiivsusega ühte kindlat piirkonda - kahe metalli ristmikku -. Ühendus, mis peaks vastu pidama 20 aastat, võib 2 aasta jooksul ebaõnnestuda, kui paaritatakse valed metallid. Kõige enam mõjutatud tööstusharud on järgmised:

Mere- ja avameretehnika (merevesi on suurepärane elektrolüüt)

Keemia- ja naftakeemia töötlemise tehased

Elektritootmis- ja magestamistehased

Arhitektuur ja ehitus (erinevad metallist katuse- ja kinnitussüsteemid)

Nafta- ja gaasitorud ning ladustamissüsteemid

Galvaaniseeria: metallide aktiivsuse edetabel

Galvanic Series (nimetatakse ka EMF-seeriaks või galvaanilise ühilduvuse tabeliks) järjestab metallid ja sulamid nende elektrokeemilise potentsiaali alusel merevees. Ülaosas olevad metallid (negatiivsem potentsiaal) on anoodsed (korrodeeruvad). Põhjas olevad metallid (positiivsem potentsiaal) on katoodsed (kaitstakse). Mida suurem on seeria kahe metalli vaheline kaugus, seda kiiremini tekib galvaaniline korrosioon nende ühendamisel.

Siin on roostevaba terase ja niklisulamite tööstuse jaoks asjakohane lihtsustatud galvaaniline seeria:

Tvõime 1: lihtsustatud galvaaniline seeria merevees (küllastunud kalomelelektroodi viide) - Allikas: ASTM G82 ja NACE korrosiooniandmed

Praktiline reegel:Metallpaaride valimisel valige galvaanilises seerias külgnevad metallid (100 mV raadiuses üksteisest), et minimeerida galvaanilise korrosiooni ohtu. Kaugus üle 300 mV viitab suure-riski kombinatsioonile.

Neli peamist tegurit, mis kiirendavad galvaanilist korrosiooni

Elektrolüüdi roll

Elektrolüüt on vedelik või niiskus, mis juhib ioone anoodi ja katoodi vahel. Mida juhtivam on elektrolüüt, seda kiiremini kulgeb galvaaniline korrosioon. Merevesi on kõige agressiivsem elektrolüüt -, kuna selle kõrge soolsus (ligikaudu 3,5% soola) teeb sellest suurepärase elektrijuhi. Seetõttu on merekeskkonnad erinevate metallühenduste jaoks kõige nõudlikumad. Muud levinud elektrolüüdid on: magevesi (mõõdukas juhtivus), happelised lahused (kõrgelt juhtiv ja söövitav), niiske õhk (moodustab õhukese elektrolüüdi kile) ja betoon (leeliseline poorivesi kiirendab terase korrosiooni).

Pindala suhe

Anoodi ja katoodi suhteline pindala on tohutult oluline. Väike anood koos suure katoodiga on ohtlik kombinatsioon. Miks? Kuna sama palju korrosioonivoolu jaotub väiksemale anoodialale, põhjustades kontsentreeritumaid ja kiiremaid kahjustusi.

Vastupidiselt, suur anood väikese katoodiga levitab korrosiooni suuremale alale, vähendades kahjustuste määra. Näide: suurde alumiiniumplaadile (anoodile) keeratud väike roostevabast terasest kruvi (katood) põhjustab keerme liideses kiiret alumiiniumi korrosiooni. Kuid teraskonstruktsiooni küljes olev suur tsingi kaitseanood korrodeerub aeglaselt ja kaitseb terast aastaid.

Temperatuur

Kõrgemad temperatuurid kiirendavad üldiselt elektrokeemilisi reaktsioone. Temperatuuri tõustes suureneb vee juhtivus, ioonid liiguvad kiiremini ja korrosioonikiirus tõuseb. Siiski on märkimisväärne erand: mõnes passiveeritud roostevabast terasest süsteemis võib korrosioonikiirus väga kõrgetel temperatuuridel oksiidikihi stabiilsuse muutumise tõttu väheneda. Temperatuurispetsiifilise käitumise kohta vaadake alati materjali andmelehte.

Mehaaniline disain ja mikroobide mõju

Kehv mehaaniline konstruktsioon võib niiskust kinni hoida ja tekitada pragusid, kuhu elektrolüüt koguneb. Need pragude korrosioonitsoonid muutuvad iseeneslikuks-säilitades - sees olev elektrolüüt muutub aja jooksul kontsentreeritumaks ja söövitavamaks. Lisaks võib mikrobioloogiliselt mõjutatud korrosioon (MIC) kiirendada galvaanilist rünnakut, kui pragudes moodustuvad bakterikolooniad, tekitades lokaalse happelise keskkonna.

Juhtumiuuringud metallitööstuses

Meresoojusvaheti rike

Rannikuala magestamistehases kasutati titaantorusid vase-nikli (Cu-Ni) sulami kestas. Kuigi mõlemad materjalid valiti nende mereveekindluse tõttu, tekkis titaani ja Cu{3}}Ni vahel galvaaniline paar. 18 kuu jooksul tekkis Cu-Ni kestal torulehe liideses tugev soonkorrosioon. Algpõhjus: titaan on oluliselt katoodsem kui Cu-Ni merevees (+200 mV vs +50 mV), luues tugeva galvaanilise liikumapaneva jõu. Lahendus: mittejuhtiva tihendi paigaldamine toru lehe ja kesta vahele katkestas elektriahela ja kõrvaldas galvaanilise paari.

Kemikaalide paagi intsident

Keemiarajatises kasutati vesinikkloriidhappe (HCl) lahuse hoidmiseks 316-liitrist roostevabast terasest paaki. Paak oli varustatud süsinikterasest tugijalgadega. HCl lahusest saadud happeline elektrolüüt ühendas süsinikterase (anood) ja 316L roostevaba terase (katood) vahel. Süsinikterasest jalad roostetasid läbi vaid 8 kuuga, tekitades kriitilise ohu. Lahendus: süsinikterasest jalgade asendamine 316L roostevabast terasest kronsteinidega ja kaitsva katte lisamine, et isoleerida kõik ülejäänud süsinikterasest osad, lahendas probleemi.

Avamere torujuhtme lugu

Avamere naftaplatvormil kasutati merevee teeninduskeskkonnas 254 SMO superausteniitset roostevabast terasest äärikut, mis olid ühendatud Hastelloy C-276 poltidega. Esmapilgul on mõlemad väga{10}korrosioonikindlad sulamid. Siiski on 254 SMO galvaanilises seerias kõrgem kui Hastelloy C-276, muutes 254 SMO anoodiks. Hastelloy C-276 poldid (katood) olid kaitstud, kuid kallid 254 SMO äärikud kannatasid poltide avade liidestes selektiivse korrosiooni all. Lahendus: üleminek sulamist 625 poltidele (galvaaniliselt lähemal 254 SMO-le) peatas korrosiooni ja pikendas kasutusiga hinnanguliselt 15 aasta võrra.

Kuidas vältida galvaanilist korrosiooni?

Materjali valiku strateegia

Kõige tõhusam ennetusstrateegia algab kavandamisetapis. Kasutage järgmist otsustusraamistikku:

Tabel 2: Galvaanilise riski hindamise ja tegevusjuhised - Põhineb NACE SP0177 ja ASTM G82 standarditel

Isolatsioon ja isolatsioon

Mittejuhtivate materjalide paigaldamine erinevate metallide vahele on üks tõhusamaid ja ökonoomsemaid ennetusmeetodeid. Levinud lahendused hõlmavad järgmist:

Äärikute vahel termoplastsed seibid (nailon, PTFE/teflon).

Kummist tihendid torude ühenduskohtades

Mittejuhtivad torupuud ja klambrid

Epoksiid- või polümeerkatted ühel või mõlemal metallpinnal

Torusüsteemide dielektrilised ühendused

Katoodkaitse

Maetud või sukeldatud ehitiste puhul on katoodkaitse tööstusharu-standardlahendus. Kasutatakse kahte lähenemist:

Ohverdatav anoodisüsteem: kinnitage konstruktsioonile aktiivsem metall (tsink, magneesium või alumiiniumisulam). Ohverdatav anood korrodeerub kaitstud konstruktsiooni asemel. Levinud avamereplatvormide, veepaakide ja maa-aluste torustike jaoks.

Mõjutatud voolusüsteem: kasutage välist toiteallikat, et rakendada konstruktsioonile kaitsev alalisvool, nihutades selle katoodsesse (kaitstud) olekusse. Kasutatakse suurte ehitiste jaoks, nagu laevakered ja suure-läbimõõduga torujuhtmed.

Disaini põhimõtted

Hea disain võib kõrvaldada galvaanilise korrosiooni ilma spetsiaalsete materjalideta. Peamised põhimõtted:

Vältige väikeste anoodide kasutamist suurte katoodide kõrval - kasutage suuri kaitseanoode või tasakaalustage pinda.

Disain drenaaži jaoks: veenduge, et vesi ei koguneks metallühendustesse.

Lubage kontrollida: Ärge matke erinevaid metallühendusi ligipääsmatutesse kohtadesse.

Kasutage võimaluse korral samu -perekonna materjale: roostevabast terasest polte roostevabast terasest äärikutega.

Kandke merekeskkonnas kasutatavatele süsinikterasest komponentidele merepinnakatteid (epoksü, polüuretaan või termopihustusalumiinium).

Materjalide sidumise juhend roostevaba terase ja niklisulami kasutajatele

Professionaalidele, kes töötavadroostevaba terasja niklisulamist tooted, järgmine tabel annab praktilisi sidumisjuhiseid, mis põhinevad tööstusharu kogemustel ja korrosiooniandmetel.

Tabel 3: Materjalide sidumise juhend tööstuslikele rakendustele - Kasutamiseks üldise juhisena; Konkreetsete teenindustingimuste osas konsulteerige alati materjalispetsialistiga

Kokkuvõte

Tabel 4: peamised väljavõtted sellest artiklist

Järeldus

Galvaaniline korrosioon on etteaimatav, ennetatav ja juhitav nähtus. See ei pea olema müsteerium ega vältimatu oht. Mõistes galvaanilise seeriat, tundes oma keskkonda, rakendades nutikaid disaini põhimõtteid ja valides ühilduvaid materjalikombinatsioone, saate oluliselt pikendada oma seadmete kasutusiga ja vähendada kulukaid rikkeid.

KellJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., meil on üle 15-aastane kogemus, mis aitab klientidel valida nõudlike rakenduste jaoks õiged materjalid. Meie tehniline meeskond mõistab galvaanilise ühilduvuse nüansse merevees, happelises ja kõrgetemperatuurilises{2}}keskkonnas. Olenemata sellest, kas vajate 316-liitrist roostevabast terasest torustikku, Hastelloy C276 liitmikke või superdupleksäärikuid, pakume mitte ainult tooteid -, vaid ka teadmisi, et tagada nende töökindlus teie konkreetsetes kasutustingimustes.

Kui teil on konkreetne materjaliprobleem või vajate tehnilisi juhiseid söövitava keskkonna materjali valimisel, on meie inseneridvalmis aitama.

Võtke meiega ühendust:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com