Galvaniskā korozija: kad satiekas dažādi metāli

Kas ir galvaniskā korozija?

Jūs savā ķīmiskajā rūpnīcā uzstādījāt pavisam-jaunu nerūsējošā tērauda cauruļvadu, savienojot to ar misiņa veidgabaliem un vara skrūvēm. Sākumā viss izskatījās ideāli. Taču tikai sešus mēnešus vēlāk jūs pamanījāt, ka vara detaļas ir kļuvušas zaļas, misiņa veidgabali bija saplaisājuši, un, kas ir sliktākais, - dārgajā nerūsējošā tērauda caurulē pie savienojuma punktiem bija izveidojušās dīvainas bedres.

Kas nogāja greizi? Atbilde ir parādība, ko sauc par galvanisko koroziju - viens no visizplatītākajiem un dārgākajiem materiālu noārdīšanās veidiem rūpnieciskos apstākļos. Tas notiek ikreiz, kad divi dažādi metāli ir elektriski savienoti un iegremdēti vadošā šķīdumā (piemēram, jūras ūdenī, skābā ūdenī vai pat mitrā gaisā). Vienkārši sakot: kad divi dažādi metāli pieskaras viens otram un kļūst slapji, viens metāls sāk zaudēt elektronus otram. Metālu, kas zaudē elektronus, sauc par anodu -, ko tas korodē. Metālu, kas iegūst elektronus, sauc par katodu -, tas ir aizsargāts.

Šis process ir nosaukts Luidži Galvani, itāļu fiziķa vārdā, kurš atklāja šo fenomenu 1780. gados. Pētot ar elektrību raustošās varžu kājas, viņš netīšām atklāja vienu no svarīgākajiem elektroķīmijas principiem, uz ko inženieri paļaujas vēl šodien.

Galvaniskā korozija (saukta arī par bimetāla koroziju) ir elektroķīmisks process, kurā viens metāls galvenokārt korodē, ja tas elektrolīta klātbūtnē atrodas elektriskā saskarē ar citu metālu. Aktīvāks metāls (augstāka tendence uz koroziju) kļūst par anodu un korodē ātrāk, nekā tas notiktu atsevišķi. Mazāk aktīvais metāls kļūst par katodu un korodē lēnāk - vai vispār nerūsē.

Galvaniskā korozija ir īpaši bīstama, jo tā var izraisīt ātrus, lokālus bojājumus. Kamēr vispārējā korozija vienmērīgi izplatās pa virsmu, galvaniskā korozija ar koncentrētu intensitāti uzbrūk vienai noteiktai zonai - divu metālu savienojuma vietai -. Savienojums, kam vajadzētu kalpot 20 gadus, var sabojāties 2 gadu laikā, ja tiek savienoti nepareizi metāli. Visvairāk skartās nozares ir:

Jūras un jūras inženierija (jūras ūdens ir lielisks elektrolīts)

Ķīmiskās un naftas ķīmijas pārstrādes rūpnīcas

Elektroenerģijas ražošanas un atsāļošanas iekārtas

Arhitektūra un būvniecība (atšķirīgas metāla jumta seguma un stiprinājumu sistēmas)

Naftas un gāzes cauruļvadi un uzglabāšanas sistēmas

Galvanic sērija: Metāla aktivitāšu klasifikācija

Galvanic sērija (saukta arī par EMF sēriju vai galvaniskās saderības diagrammu) sarindo metālus un sakausējumus, pamatojoties uz to elektroķīmisko potenciālu jūras ūdenī. Metāli augšpusē (vairāk negatīvs potenciāls) ir anodiski (korodēs). Metāli apakšā (pozitīvāks potenciāls) ir katodiski (tiks aizsargāti). Jo lielāks attālums starp diviem sērijā esošajiem metāliem, jo ​​ātrāk notiks galvaniskā korozija, kad tie ir savienoti.

Šeit ir vienkāršota galvaniskā sērija, kas attiecas uz nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu rūpniecību:

T1. iespēja: vienkāršota galvaniskā sērija jūras ūdenī (piesātināta kalomela elektroda atsauce) - Avots: ASTM G82 un NACE korozijas dati

Praktiskais noteikums:Izvēloties metāla savienojumus, izvēlieties metālus, kas atrodas blakus galvaniskajā sērijā (100 mV robežās viens no otra), lai samazinātu galvaniskās korozijas risku. Attālums, kas lielāks par 300 mV, norāda uz augstu-riska kombināciju.

Četri galvenie faktori, kas paātrina galvanisko koroziju

Elektrolīta loma

Elektrolīts ir šķidrums vai mitrums, kas vada jonus starp anodu un katodu. Jo vadošāks ir elektrolīts, jo ātrāk notiek galvaniskā korozija. Jūras ūdens ir agresīvākais elektrolīts -, jo tā augstais sāļums (apmēram 3,5 % sāls) padara to par lielisku vadītāju. Tāpēc jūras vide ir visprasīgākā pret dažādiem metāla savienojumiem. Citi izplatīti elektrolīti ir: saldūdens (vidēja vadītspēja), skābie šķīdumi (ļoti vadoši un kodīgi), mitrs gaiss (veido plānu elektrolīta plēvi) un betons (sārmains poru ūdens paātrina iegulto tērauda koroziju).

Virsmas laukuma attiecība

Anoda un katoda relatīvajiem virsmas laukumiem ir milzīga nozīme. Mazs anods kopā ar lielu katodu ir bīstama kombinācija. Kāpēc? Tā kā vienāds korozijas strāvas daudzums tiek sadalīts mazākā anoda laukumā, radot koncentrētākus un ātrākus bojājumus.

Un otrādi, liels anods ar mazu katodu izplata koroziju lielākā platībā, samazinot bojājumu līmeni. Piemērs: maza nerūsējošā tērauda skrūve (katods), kas vītņota lielā alumīnija plāksnē (anodā), izraisa ātru alumīnija koroziju vītnes saskarnē. Bet liels cinka upurēšanas anods, kas piestiprināts pie tērauda konstrukcijas, lēni korodē un aizsargā tēraudu gadiem ilgi.

Temperatūra

Augstāka temperatūra parasti paātrina elektroķīmiskās reakcijas. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās ūdens vadītspēja, joni kustas ātrāk un palielinās korozijas ātrums. Tomēr ir ievērojams izņēmums: dažās pasivētā nerūsējošā tērauda sistēmās korozijas ātrums var samazināties ļoti augstā temperatūrā, jo mainās oksīda slāņa stabilitāte. Vienmēr skatiet materiāla datu lapu, lai uzzinātu, kas attiecas uz temperatūru{3}}.

Mehāniskais dizains un mikrobu ietekme

Slikta mehāniskā konstrukcija var aizturēt mitrumu un radīt plaisas, kur uzkrājas elektrolīts. Šīs spraugas korozijas zonas kļūst pašas-paturot - iekšā esošais elektrolīts laika gaitā kļūst koncentrētāks un kodīgāks. Turklāt mikrobioloģiski ietekmēta korozija (MIC) var paātrināt galvanisko uzbrukumu, kad spraugās veidojas baktēriju kolonijas, radot lokālu skābu vidi.

Gadījumu izpēte metālrūpniecībā

Jūras siltummaiņa kļūme

Piekrastes atsāļošanas rūpnīcā tika izmantotas titāna caurules vara -niķeļa (Cu-Ni) sakausējuma apvalkā. Lai gan abi materiāli tika izvēlēti to jūras ūdens izturības dēļ, starp titānu un Cu-Ni izveidojās galvaniskais pāris. 18 mēnešu laikā Cu-Ni apvalkam cauruļu loksnes saskarnē izveidojās spēcīga rievota korozija. Galvenais iemesls: titāns ir ievērojami katodiskāks nekā Cu-Ni jūras ūdenī (+200 mV pret +50 mV), radot spēcīgu galvanisku dzinējspēku. Risinājums: uzstādot nevadošu blīvi starp caurules loksni un apvalku, tika salauzta elektriskā ķēde un tika likvidēts galvaniskais pāris.

Ķīmisko vielu uzglabāšanas tvertnes incidents

Ķīmiskā iekārta izmantoja 316 l nerūsējošā tērauda tvertni, lai uzglabātu sālsskābes (HCl) šķīdumu. Tvertne bija aprīkota ar oglekļa tērauda atbalsta kājām. Skābais elektrolīts no HCl šķīduma izveidoja savienojumu starp oglekļa tēraudu (anodu) un 316L nerūsējošo tēraudu (katodu). Oglekļa tērauda kājas sarūsēja tikai 8 mēnešu laikā, radot kritisku drošības apdraudējumu. Risinājums: oglekļa tērauda kāju aizstāšana ar 316 l nerūsējošā tērauda kronšteiniem un aizsargpārklājuma pievienošana, lai izolētu visas atlikušās oglekļa tērauda sastāvdaļas, problēma tika atrisināta.

Ārzonas cauruļvada stāsts

Jūras naftas platformā tika izmantoti 254 SMO superaustenīta nerūsējošā tērauda atloki, kas savienoti ar Hastelloy C-276 skrūvēm jūras ūdens apkalpošanas vidē. No pirmā acu uzmetiena abi ir ļoti{10}noturīgi pret koroziju sakausējumi. Tomēr 254 SMO galvaniskajā sērijā atrodas augstāk nekā Hastelloy C-276, padarot 254 SMO par anodu. Hastelloy C-276 skrūves (katods) bija aizsargātas, taču dārgie 254 SMO atloki cieta selektīvu koroziju pie skrūvju caurumu saskarnēm. Risinājums: pāreja uz sakausējuma 625 skrūvēm (galvaniski tuvāk 254 SMO) apturēja koroziju un pagarināja kalpošanas laiku par aptuveni 15 gadiem.

Kā novērst galvanisko koroziju?

Materiālu izvēles stratēģija

Visefektīvākā profilakses stratēģija sākas jau izstrādes stadijā. Izmantojiet šādu lēmumu sistēmu:

2. tabula. Galvaniskā riska novērtējuma un rīcības vadlīnijas - Pamatojoties uz NACE SP0177 un ASTM G82 standartiem

Izolācija un izolācija

Nevadošu materiālu uzstādīšana starp dažādiem metāliem ir viena no efektīvākajām un ekonomiskākajām profilakses metodēm. Parastie risinājumi ietver:

Termoplastiskās paplāksnes (neilons, PTFE/teflons) starp atlokiem

Gumijas blīves cauruļu savienojumos

Nevadošu{0}}cauruļu pakaramie un skavas

Epoksīda vai polimēru pārklājumi uz vienas vai abām metāla virsmām

Cauruļvadu sistēmu dielektriskie savienojumi

Katoda aizsardzība

Apglabātām vai iegremdētām konstrukcijām katodaizsardzība ir nozares{0}}standarta risinājums. Tiek izmantotas divas pieejas:

Upura anoda sistēma: pievienojiet konstrukcijai aktīvāku metālu (cinku, magniju vai alumīnija sakausējumu). Aizsargātās konstrukcijas vietā sarūsē upurēšanas anods. Izplatīts ārzonas platformām, ūdens tvertnēm un pazemes cauruļvadiem.

Iespaidotas strāvas sistēma: izmantojiet ārēju strāvas avotu, lai konstrukcijai pievadītu aizsargājošu līdzstrāvu, pārslēdzot to katoda (aizsargātā) stāvoklī. Izmanto lielām konstrukcijām, piemēram, kuģu korpusiem un liela{1}diametra cauruļvadiem.

Dizaina principi

Labs dizains var novērst galvanisko koroziju bez īpašiem materiāliem. Galvenie principi:

Izvairieties no maziem anodiem, kas atrodas blakus lieliem katodiem - izmantojiet lielus atlaižamos anodus vai līdzsvarojiet virsmas laukumus.

Drenāžas dizains: nodrošiniet, lai ūdens nevarētu saplūst metāla savienojumos.

Ļaujiet veikt pārbaudi: Neapglabājiet atšķirīgus metāla savienojumus nepieejamās vietās.

Kad vien iespējams, izmantojiet tos pašus-ģimenes materiālus: nerūsējošā tērauda skrūves ar nerūsējošā tērauda atlokiem.

Uzklājiet jūras{0}}pārklājumus (epoksīdu, poliuretānu vai termiski izsmidzināmu alumīniju) oglekļa tērauda komponentiem jūras vidē.

Materiālu savienošanas pārī rokasgrāmata nerūsējošā tērauda un niķeļa sakausējumu lietotājiem

Profesionāļiem, kas strādā arnerūsējošais tēraudsun niķeļa sakausējuma izstrādājumiem, šajā tabulā sniegti praktiski norādījumi par savienošanu pārī, pamatojoties uz nozares pieredzi un datiem par koroziju:

3. tabula. Materiālu savienošanas pārī rokasgrāmata rūpnieciskiem lietojumiem - Izmantošanai kā vispārīgiem norādījumiem; vienmēr konsultējieties ar materiālu speciālistu par īpašiem apkalpošanas nosacījumiem

Kopsavilkums

4. tabula. Galvenie šī raksta secinājumi

Secinājums

Galvaniskā korozija ir paredzama, novēršama un pārvaldāma parādība. Tam nav jābūt noslēpumam vai neizbēgamam apdraudējumam. Izprotot galvanisko sēriju, zinot savu vidi, piemērojot gudras dizaina principus un izvēloties saderīgas materiālu kombinācijas, jūs varat ievērojami pagarināt aprīkojuma kalpošanas laiku un samazināt dārgas atteices.

PlkstJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., mums ir vairāk nekā 15 gadu pieredze, palīdzot klientiem izvēlēties pareizos materiālus prasīgiem lietojumiem. Mūsu tehniskā komanda izprot galvaniskās saderības nianses jūras ūdens, skābā un augstas temperatūras{2}}vidē. Neatkarīgi no tā, vai jums ir nepieciešami 316 l nerūsējošā tērauda cauruļvadi, Hastelloy C276 veidgabali vai īpaši dupleksie atloki, mēs nodrošinām ne tikai produktus -, bet arī zināšanas, lai nodrošinātu to uzticamu darbību jūsu īpašajos apkalpošanas apstākļos.

Ja jums ir īpašs materiāls izaicinājums vai nepieciešami tehniski norādījumi par materiālu izvēli korozīvā vidē, mūsu inženieri irgatavs palīdzēt.

Sazinieties ar mums:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com