Galvanikus korrózió: Amikor a különböző fémek találkoznak

Mi a galvanikus korrózió?

Ön egy vadonatúj,{0}}rozsdamentes acél csővezetéket telepített vegyi üzemébe, amelyet sárgaréz szerelvényekkel és rézcsavarokkal kötött össze. Kezdetben minden tökéletesnek tűnt. De mindössze hat hónappal később észrevette, hogy a réz alkatrészek zöldre váltak, a sárgaréz szerelvények megrepedtek, és ami a legrosszabb - a drága rozsdamentes acél csőben furcsa gödrök keletkeztek a csatlakozási pontok közelében.

Mi történt rosszul? A válasz a galvanikus korróziónak nevezett jelenség, amely - az anyagromlás egyik leggyakoribb és legköltségesebb formája ipari környezetben. Ez akkor fordul elő, amikor két különböző fémet elektromosan összekapcsolnak, és egy vezetőképes oldatba (például tengervízbe, savas vízbe vagy akár nedves levegőbe) merítenek. Egyszerűen fogalmazva: amikor két különböző fém érintkezik egymással és nedves lesz, az egyik fém elkezd elektronokat veszíteni a másiknak. Az elektronokat veszítő fémet anódnak - nevezzük, amely korrodálódik. Az elektronokat nyerő fémet katódnak - nevezzük, amely védett.

Ez a folyamat Luigi Galvani olasz fizikusról kapta a nevét, aki az 1780-as években fedezte fel a jelenséget. Miközben az elektromossággal rángatózó békacombokat tanulmányozta, akaratlanul is felfedte az elektrokémia egyik legfontosabb alapelvét, amelyre a mérnökök ma is támaszkodnak.

A galvanikus korrózió (más néven bimetallikus korrózió) egy elektrokémiai folyamat, amelyben az egyik fém elsősorban akkor korrodál, ha elektrolit jelenlétében elektromos érintkezésbe kerül egy másik fémmel. Az aktívabb fém (nagyobb korróziós hajlam) lesz anód, és gyorsabban korrodálódik, mint önmagában. A kevésbé aktív fémből katód lesz, és lassabban - vagy egyáltalán nem korrodálódik.

A galvanikus korrózió különösen veszélyes, mert gyors, helyi károsodást okozhat. Míg az általános korrózió egyenletesen terjed a felületen, a galvanikus korrózió koncentrált intenzitással támad egy meghatározott területet - két fém találkozási pontját -. Egy 20 évig tartó kötés 2 éven belül meghibásodhat, ha nem megfelelő fémeket párosítanak. A leginkább érintett iparágak a következők:

Tengeri és tengeri gépészet (a tengervíz kiváló elektrolit)

Vegyi és petrolkémiai feldolgozó üzemek

Energiatermelő és sótalanító üzemek

Építészet és kivitelezés (különböző fém tetőfedő és rögzítési rendszerek)

Olaj- és gázvezetékek és tárolórendszerek

A Galvanic Series: A fémaktivitás rangsora

A Galvanic Series (más néven EMF sorozat vagy galvanikus kompatibilitási táblázat) a fémeket és ötvözeteket a tengervízben lévő elektrokémiai potenciáljuk alapján rangsorolja. A felső fémek (negatívabb potenciál) anódosak (korrodálódnak). Az alsó fémek (pozitívabb potenciál) katódosak (védett lesz). Minél nagyobb a távolság két fém között a sorozatban, annál gyorsabban megy végbe a galvanikus korrózió, amikor összekapcsolják őket.

Íme egy egyszerűsített galvanikus sorozat, amely a rozsdamentes acél és a nikkelötvözetek iparára vonatkozik:

T1. képesség: Egyszerűsített galvanikus sorozat tengervízben (telített kalomel-elektróda referencia) - Forrás: ASTM G82 és NACE korróziós adatok

Gyakorlati szabály:A fémpárosítások kiválasztásakor olyan fémeket válasszon, amelyek a galvanikus sorozatban szomszédosak (egymástól 100 mV-on belül), a galvanikus korrózió kockázatának minimalizálása érdekében. A 300 mV-nál nagyobb távolság nagy-kockázatú kombinációt jelez.

Négy kulcstényező, amely felgyorsítja a galvanikus korróziót

Az elektrolit szerepe

Az elektrolit az a folyadék vagy nedvesség, amely ionokat vezet az anód és a katód között. Minél vezetőbb az elektrolit, annál gyorsabban megy végbe a galvanikus korrózió. A tengervíz a legagresszívebb elektrolit - magas sótartalma (kb. 3,5% só) kiváló vezetővé teszi. Ez az oka annak, hogy a tengeri környezet a legigényesebb a különböző fémcsatlakozások tekintetében. Egyéb elterjedt elektrolitok: édesvíz (mérsékelt vezetőképesség), savas oldatok (nagyon vezetőképes és korrozív), nedves levegő (vékony elektrolit filmet képez) és beton (lúgos pórusvíz felgyorsítja a beágyazott acél korrózióját).

Felületi arány

Az anód és a katód egymáshoz viszonyított felülete rendkívül sokat számít. Egy kis anód nagy katóddal párosítva veszélyes kombináció. Miért? Mert ugyanannyi korróziós áram oszlik el kisebb anódfelületen, koncentráltabb és gyorsabb károsodást okozva.

Ezzel szemben egy nagy anód kis katóddal nagyobb területen terjeszti el a korróziót, csökkentve a károsodás mértékét. Példa: egy kis rozsdamentes acél csavar (katód), amely egy nagy alumíniumlemezbe (anódba) van csavarva, gyors alumíniumkorróziót okoz a menet határfelületén. De az acélszerkezethez erősített nagyméretű cink áldozati anód lassan korrodál, és évekig védi az acélt.

Hőmérséklet

A magasabb hőmérséklet általában felgyorsítja az elektrokémiai reakciókat. A hőmérséklet emelkedésével a víz vezetőképessége nő, az ionok gyorsabban mozognak, és a korrózió sebessége nő. Van azonban egy figyelemre méltó kivétel: egyes passzivált rozsdamentes acélrendszerekben a korrózió sebessége nagyon magas hőmérsékleten csökkenhet az oxidréteg stabilitásának változása miatt. Mindig olvassa el az anyag adatlapját a hőmérséklet--specifikus viselkedéssel kapcsolatban.

Mechanikai tervezés és mikrobiális hatás

A rossz mechanikai kialakítás felfoghatja a nedvességet, és rések keletkezhetnek, ahol az elektrolit felhalmozódik. Ezek a réskorróziós zónák önmagukban-megmaradnak, - a belső elektrolit idővel koncentráltabbá és korrozívabbá válik. Ezenkívül a mikrobiológiailag befolyásolt korrózió (MIC) felgyorsíthatja a galvanikus támadást, amikor baktériumkolóniák képződnek a hasadékokban, helyi savas környezetet hozva létre.

Esettanulmányok a fémiparban

A tengeri hőcserélő meghibásodása

Egy parti sótalanító üzemben titán csöveket használtak réz-nikkel (Cu-Ni) ötvözet héjában. Bár mindkét anyagot tengervízállóságuk miatt választották, a titán és a Cu{3}}Ni között galvanikus pár alakult ki. 18 hónapon belül a Cu-Ni-héjon súlyos barázdakorrózió alakult ki a csőlemez felületén. A kiváltó ok: a titán lényegesen katódosabb, mint a tengervízben lévő Cu-Ni (+200 mV vs +50 mV), ami erős galvanikus hajtóerőt hoz létre. Megoldás: egy nem-vezető tömítés beszerelése a csőlemez és a héj közé az elektromos áramkör megszakadt, és megszűnt a galvánpár.

A vegyianyag-tároló tartály incidens

Egy vegyipari létesítmény 316 literes rozsdamentes acél tartályt használt a sósav (HCl) oldat tárolására. A tartály szénacél támasztó lábakkal volt felszerelve. A HCl-oldatból származó savas elektrolit áthidalta a kapcsolatot a szénacél (anód) és a 316 literes rozsdamentes acél (katód) között. A szénacél lábak mindössze 8 hónap alatt korrodálódtak, ami kritikus biztonsági kockázatot jelent. Megoldás: a szénacél lábak cseréje 316 literes rozsdamentes acél tartókra, és védőbevonat hozzáadása a megmaradt szénacél alkatrészek elkülönítésére megoldotta a problémát.

Az Offshore Pipeline Story

Egy offshore olajplatform 254 SMO szuperausztenites rozsdamentes acél karimát használt, amelyek Hastelloy C-276 csavarokkal voltak összekötve tengervíz szolgáltatási környezetben. Első pillantásra mindkettő erősen korrózióálló{10}ötvözet. Azonban a 254 SMO magasabban helyezkedik el a galvanikus sorozatban, mint a Hastelloy C-276, így a 254 SMO az anód. A Hastelloy C-276 csavarok (katód) védettek voltak, de a drága 254 SMO karimák szelektív korróziót szenvedtek a csavarfuratok felületén. Megoldás: a 625-ös ötvözetű csavarozásra való váltás (galvanikusan közelebb a 254-es SMO-hoz) megállította a korróziót, és becslések szerint 15 évvel meghosszabbította az élettartamot.

Hogyan lehet megelőzni a galvanikus korróziót?

Anyagkiválasztási stratégia

A leghatékonyabb megelőzési stratégia a tervezési szakaszban kezdődik. Használja a következő döntési keretet:

2. táblázat: Galvanikus kockázatértékelési és cselekvési irányelvek - A NACE SP0177 és ASTM G82 szabványok alapján

Szigetelés és szigetelés

Az egyik leghatékonyabb és leggazdaságosabb megelőzési módszer a nem -vezető anyagok elhelyezése különböző fémek között. A gyakori megoldások a következők:

Hőre lágyuló alátétek (nylon, PTFE/teflon) a karimák között

Gumi tömítések a csövek csatlakozásainál

Nem{0}}vezető csőakasztók és bilincsek

Epoxi vagy polimer bevonatok az egyik vagy mindkét fémfelületen

Dielektromos csatlakozások csőrendszerekben

Katódos védelem

Az eltemetett vagy víz alá süllyesztett szerkezeteknél a katódos védelem az ipari-standard megoldás. Két megközelítést alkalmaznak:

Feláldozó anód rendszer: Rögzítsen aktívabb fémet (cink, magnézium vagy alumíniumötvözet) a szerkezetre. A védett szerkezet helyett az áldozati anód korrodálódik. Gyakori tengeri platformokon, víztartályokban és föld alatti csővezetékekben.

Impresszumáramú rendszer: Külső áramforrás segítségével védő egyenáramot adjon a szerkezetre, áthelyezve azt katódos (védett) állapotba. Nagy építményekhez, például hajótestekhez és nagy-átmérőjű csővezetékekhez használják.

Tervezési alapelvek

A jó kialakítás speciális anyagok nélkül kiküszöböli a galvanikus korróziót. Főbb alapelvek:

Kerülje a kis anódokat a nagy katódok mellett - használjon nagy anódokat, vagy egyensúlyozza ki a felületeket.

Vízelvezetés kialakítása: Ügyeljen arra, hogy a víz ne csapódhasson le a fémcsatlakozásoknál.

Lehetővé teszi az ellenőrzést: Ne temessen el különböző fémkötéseket nehezen elérhető helyeken.

Amikor csak lehetséges, használjon azonos-családi anyagokat: rozsdamentes acél csavarokat rozsdamentes acél karimákkal.

Vigyen fel tengeri{0}}minőségű bevonatokat (epoxi, poliuretán vagy hőpermetező alumínium) a szénacél alkatrészekre tengeri környezetben.

Anyagpárosítási útmutató rozsdamentes acél és nikkelötvözet felhasználók számára

-val dolgozó szakemberek számárarozsdamentes acélés nikkelötvözet termékek esetében a következő táblázat gyakorlati párosítási útmutatást ad az iparági tapasztalatok és a korróziós adatok alapján:

3. táblázat: Anyagpárosítási útmutató ipari alkalmazásokhoz - Általános útmutatásként való használatra; mindig konzultáljon anyagszakértővel az adott szervizfeltételekkel kapcsolatban

Összegzés

4. táblázat: A cikk főbb elemei

Következtetés

A galvanikus korrózió előre látható, megelőzhető és kezelhető jelenség. Nem kell rejtélynek vagy elkerülhetetlen veszélynek lennie. A galvanikus sorozat megértésével, a környezet ismeretével, az intelligens tervezési elvek alkalmazásával és a kompatibilis anyagkombinációk kiválasztásával jelentősen meghosszabbíthatja berendezése élettartamát és csökkentheti a költséges meghibásodásokat.

atJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., több mint 15 éves tapasztalattal segítjük ügyfeleinket a megfelelő anyagok kiválasztásában az igényes alkalmazásokhoz. Technikai csapatunk ismeri a galvanikus kompatibilitás árnyalatait tengervízben, savas és magas hőmérsékletű{2}}környezetben. Akár 316 literes rozsdamentes acélcsövekre, Hastelloy C276-szerelvényekre vagy szuperduplex karimákra van szüksége, nemcsak a termékeket -, hanem a szakértelmet is biztosítjuk annak biztosításához, hogy megbízhatóan működjenek az Ön konkrét szolgáltatási körülményei között.

Ha konkrét anyagi kihívása van, vagy műszaki útmutatásra van szüksége a korrozív környezethez szükséges anyagok kiválasztásához, mérnökeinkkész segíteni.

Lépjen kapcsolatba velünk:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com