Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?

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:

Электрохимический ряд напряжения металлов

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.

Допустимые контакты металлов по ГОСТ 9.005-72

Общие требования к допустимости контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов и сплавов определены в стандарте ГОСТ 9.005-72. В таблице 1 данного норматива приведены допустимые контакты металлов в изделиях, эксплуатируемых в атмосферных условиях 2-4 (районы с сухим и влажным тропическим климатом). Группы климатических условий эксплуатации и их обозначения установлены в ГОСТ 15150.

В зависимости от агрессивности среды и степени опасности возникновения контактной коррозии устанавливаются допустимые, ограниченно допустимые и недопустимые контакты металлов со следующими обозначениями:

• допустимый…+
• ограниченно допустимый…0
• недопустимый…–

Ограниченно допустимые контакты могут применяться при условии периодического возобновления защитных смазок и лакокрасочных покрытий, а также при условии допустимости процессов коррозии контактирующих металлов для установленного срока службы изделия.

Допустимость контактов металлов в атмосферных условиях 2 - 4, согласно ГОСТ 9.005-72 (сокращенная версия)

Полная версия стандарта с таблицей по ссылке.

Пояснение. Металлы в таблице разбиты на группы. Те из них, которые имеют больший порядковый номер, катодны к тем, которые имеют меньший порядковый номер. В пределах одной группы впереди стоящий металл является анодом по отношению к металлу, стоящему за ним.

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 ряд факторов

Основные факторы, влияющие на скорость гальванической коррозии

Соотношение площади поверхности анодного и катодного металла. Пока площадь катодной поверхности (более благородный металл гальванической пары) очень мала по сравнению с площадью анодной поверхности (менее благородный металл), никаких изменений в коррозионном поведении не наблюдается. То есть, если большой по размеру анод соединить с маленьким катодом, то анод будет ржаветь медленно, а если сделать наоборот, то быстро. Типичные примеры можно найти, когда крепеж из нержавеющей стали используется на компонентах из алюминия или оцинкованной углеродистой стали. Даже в агрессивных условиях эти контакты практически не вызывает гальванической коррозии.

В атмосферных условиях иногда трудно количественно определить оптимальные пропорции анодных и катодных поверхностей. Однако для практической оценки это может и не потребоваться. Обычно достаточно рассмотреть систему в целом. В комбинациях материалов крепеж всегда должен быть изготовлен из более благородного материала, чтобы катодная поверхность была небольшой. Однако обратная ситуация может вызвать проблемы. Если небольшой анод окружен большим катодом, может возникнуть гальваническая коррозия.

Агрессивность электролита или окружающей среды. Степень интенсивности протекания контактной коррозии зависит и от воздействия электролита на соединение. Электролит - это проводящая среда, позволяющая переносить электроны от анода к катоду. Типичным примером является обычная влага, такая как вода, дождь, роса, снег, высокая влажность. Но эти электролиты не содержат большого количества солей и ионов, которые делают их высокопроводящими. А вот промышленная и морская среда могут привести к присутствию сильных электролитов, содержащих большое количество солей и ионов.

Таким образом, в обычных атмосферных условиях процесс гальванической коррозии будет протекать менее быстро и ускоряется в агрессивной электропроводной среде. 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.

Татьяна

Инженер-технолог-строитель. Более 10 лет в сфере технического копирайтинга.

Автор статьи

Татьяна

Инженер-технолог-строитель. Более 10 лет в сфере технического копирайтинга.

Автор статьи