Физические свойства нержавеющих сталей и совместимость с другими материалами

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.

Оборудование и материалы

Нанесение гальванических покрытий на различные металлы требует использования соответствующего оборудования и расходных материалов. Для хромирования, цинкования, а также для покрытия обрабатываемых деталей другими металлами используется однотипное гальваническое оборудование. Различия при выполнении таких процессов будут заключаться только в составе используемого электролита, его температуре и других режимах выполнения обработки.

Обработка металла методом гальваники выполняется с использованием такого оборудования, как:

• гальванические ванны, в которые заливается электролитический раствор, помещаются аноды и обрабатываемое изделие;
• источник постоянного тока, оснащенный регулятором выходного напряжения;
• нагревательное устройство, при помощи которого электролитический раствор доводят до требуемой рабочей температуры.

Гальваническая ванна с механизмом покачивания

Для выполнения гальваники также необходимы анодные пластины, которые могут быть изготовлены из различных металлов. Назначение таких пластин состоит не только в подаче электрического тока в электролит, а также в равномерном распределении тока по поверхности обрабатываемого изделия, но и в том, чтобы восполнять убыль наносимого на деталь металла, активно расходуемого из состава электролита.

Различные виды гальванических покрытий наносятся с использованием электролитических растворов с разным химическим составом. Для приготовления таких растворов применяются опасные химические вещества, поэтому храниться они должны в герметичных стеклянных емкостях с притертыми крышками. Все химические реагенты, из которых готовится электролитический раствор для гальваники, должны отмеряться в точных количествах, поэтому для выполнения такой процедуры необходимо использовать электронные весы.

Ручная линия гальванопластики драгоценных металлов

Любая линия для выполнения гальваники металлов или простейшее гальваническое оборудование должны устанавливаться в помещениях, оснащенных эффективной вентиляционной системой. Необходимо также очень ответственно отнестись к личной безопасности специалиста, обслуживающего оборудование для гальваники. Все работы, связанные с гальваникой, надо выполнять в респираторе и защитных очках, в плотных резиновых перчатках, клеенчатом фартуке и обуви, способной защитить кожу ног от ожогов. Если этот процесс выполняется в домашних условиях, при этом вы еще в полной мере не знаете, что такое гальванизация, то следует заранее внимательно изучить специальную литературу или посмотреть обучающее видео на эту тему.

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.

«>

Электрохимическая коррозия (гальваническая пара медесодержащих и алюмосодержащих мате

Алюминиевые радиаторы и медные трубы.

Наличие медных труб в системе отопления на основе алюминиевых радиаторов не представляет никаких проблем, что может быть подтверждено на основе более чем тридцатилетнего опыта работы с установками данного типа. В действительности, при вхождении двух различных металлов или металлических сплавов в контакт при помощи электролита, один из двух металлов может быть подвержен электрохимической коррозии (эффект батареи).

Электрохимическая коррозия проявляется только при одновременном соблюдении трех следующих условий: — металлы различной природы — наличие электролита — электрическая непрерывность между двумя металлами Влияние электролита является важным, если он характеризуется повышенным содержанием солей, что может иметь место в отопительной системе, если химико-физические характеристики воды для заполнения не соответствуют характеристикам, необходимым для нормальной работы системы, или были изменены после (см использование солей для контроля жесткости).

Электрическая непрерывность должна проходить через клапаны (латунь, сталь), соединения (сталь) и вкладыши (изолирующий материал), что крайне мало вероятно при профессиональном проведении установки в соответствии с действующими нормами. Кроме того, алюминий — это металл, подверженный естественному окислению, т.е. в естественных условиях на его поверхности образуется защитный окисленный слой, что также гарантируется возможным наличием металлических частиц в воде системы.

Только истончение данного защитного слоя может понизить сопротивление изделия, истончение, которое может проявиться при агрессивных характеристиках воды. Исходя из многолетнего опыта, приобретенного в ходе работы с данными системами, мы можем гарантировать полную безопасность и совместимость медных труб и алюминиевых радиаторов. Это взято с Действительно, если в закрытом отопительном контуре при варианте незначительной подпитки, обеспечить стабильный водно-химический состав теплоносителя с минимальным содержанием солей жёсткости (дистиллированная вода или ионообменное умягчение), то эта сторона проблемы теряет свою актуальность. А прочие проблемы, затронутые в начале поста, решаются различными вариантами механических разделителей на границе возможных контактов. Спасибо Всем за активное участие.

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.

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.

Применение из нержавеющей стали

Нержавейка обычно используется там, где требуется максимальная коррозионная стойкость. Её применение также распространено в областях, где существует риск повреждения или царапин, так как они напрямую на неё влияют. Из неё изготавливаются изделия, работающие в условиях критичных температур и агрессивных сред, таких как вода, кислоты, соли и щёлочи. Нержавейка применяется в следующих областях:

• Химическая промышленность.
• Пищевое оборудование.
• Судостроение и космическая отрасль.
• Атомная энергетика.
• Медицинское оборудование.
• Фармацевтическое производственное оборудование.
• Кухонные приборы.

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].

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.

Как избежать гальванической коррозии

1. 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).
2. Применять «катодный» крепеж. Избегать комбинаций с неблагоприятным (большим) отношением площадей катода к аноду (рисунок 3).
3. Обеспечивать полную электрическую изоляцию двух соединяемых металлов. Это может быть выполнено с помощью изолирующих прокладок, втулок, шайб и т.п. (рисунок 4).
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.
5. Увеличивать толщину анода или устанавливать в соединение заменяемые массивные прокладки из анодного металла.
6. По возможности размещать гальванический контакт вне коррозионной среды.
7. Избегать резьбовых соединений из металлов, образующих гальваническую пару. Заменять их паяными или сварными соединениями.
8. Если возможно, применять ингибиторы коррозии, например, в системах с циркуляцией жидкости, которая может играть роль электролита для гальванической коррозии.
9. 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).
10. При необходимости и там, где это возможно, применять катодную защиту с цинковым или магниевым жертвенными анодами.
11. 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.

Рисунок 3 [1]

«>

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.

Цинковые покрытия и их совместимость

Целлюлозно-бумажная промышленность в последнее время начинает все шире и шире пользоваться преимуществами оцинкованной стали. Несмотря на развитие безбумажных технологий передачи информации, потребность в бумаге, как газетно-журнальной, так и упаковочной, растет, и ее производство увеличивается за каждый год примерно на 10 млн тонн. Бумага к тому же рециклабельный материал, и ее повторная переработка в некоторых странах составляет 30- 40%.

Основные коррозионные реагенты в этой отрасли – это щелочи и сероводород. Как видно из ранее приведенного рисунка, в довольно концентрированной щелочной среде (рН 12,5) наблюдается наибольшая коррозионная устойчивость цинкового покрытия. Однако присутствующий в жидкости сероводород образует на поверхности оцинкованного металла нерастворимый осадок сульфида цинка, что значительно уменьшает скорость коррозии. Эффективность защиты изделий оцинковкой по сравнению с окрашиванием выше примерно в 1,9 раза. Время жизни некоторого оборудования современного целлюлозно-бумажного предприятия достигает 40 лет, что недостижимо при использовании других методов защиты.

В последнее время оцинкованное оборудование и бетон с использованием оцинкованной арматуры все шире используется для переработки сточных вод, что удешевляет эту переработку за счет исключения долговременного периодического ремонта, какой был необходим ранее, когда использовался просто бетон, железобетон с использованием черного металла и черный металл (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Поля выстаивания обработанного осадка от муниципальных сточных вод с оцинкованными каркасами.

Говоря об использовании оцинкованного металла, нельзя не остановиться о транспорте. Сейчас для производства автомобиля все шире используется оцинкованный лист, полученный или электрохимически, или методом непрерывного цинкования. За счет этого срок гарантийной защиты от коррозии корпуса автомобиля может возрасти до десяти лет. Использование оцинкованного листа просто необходимо в другом виде транспорта – в рефрижераторах. Оцинкованные поверхности не подвержены действию влаги и дождя, не подвергаются влиянию санитарных обработок и химических реагентов.

Цинковые покрытия хорошо совместимы с рядом химических веществ, но необходимо помнить, что некоторые из них создают при гидролизе сильно кислые или сильно щелочные среды, поэтому надо внимательно относиться к рекомендациям для потребителей оцинкованной продукции по использованию последней для хранения химических веществ различного типа. Некоторые оценочные характеристики дается в нижеследующей таблице 4.2.

Таблица 4.2. Совместимость цинковых покрытий с различными средами (по данным, взятым из источников Ассоциации оцинковщиков Южной Африки).

Широко применяется оцинковка и в сельском хозяйстве. Упомянем об ирригационных системах, которые за счет использования особо тонкостенных труб позволяют создать систему полива, легко собираемую и разбираемую без применения подъемных механизмов. Все шире оцинкованные конструкции используются для создания стойл, водонапорных башен, что очень важно для развития сельского хозяйства.

Наконец, многие сложные установки нефтехимического направления (рис. 4.14) невозможны без оцинкованных конструкций. Они пожаробезопасны, гарантированно устойчивы к коррозии и имеют приемлемый внешний вид.

Рис. 4.14. Внешний вид одной из установок нефтехимического производства.

При добыче и переброске нефти от скважин в коллекторы все шире используются трубы с шерардизованным покрытием.
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

• Расход химикатов при флюсовании металла
• Горячее цинкование и его производство, цех и планировка
• Химическое пассивирование и осветление цинковых покрытий
• Цинк — элемент химический
• Контроль процессов коррозии ванны расплава

comments powered by HyperComments

Алюминий — реакционно-способный металл (неблагородный), который, согласно термодинамике, должен иметь низкую коррозионную стойкость. Высокая коррозионная стойкость алюминия, тем не менее, обусловлена наличием тонкой пленки оксида алюминия, плотно прилегающей к поверхности. Всякий раз, когда образуется алюминиевая поверхность и подвергается воздействию воздуха или воды, сразу же образуется поверхностная пленка оксида алюминия.

Оксид алюминия растворяется в некоторых химических веществах, особенно сильнокислых и щелочных растворах. При удалении оксидной пленки металл быстро корродирует в результате равномерного растворения. Как правило, оксидная пленка стабильна при pH от 4,0 до 9,0, но есть и исключения. Одним из таких исключений является среда, в которой поверхностная пленка нерастворима, но в слабых местах оксидной пленки образуется локальная коррозия. Локальную коррозию можно обнаружить, только когда алюминий пассивен, покрыт оксидным слоем, подобным тому, который образуется при анодировании.

Локальная коррозия имеет электрохимическую природу и обусловлена разницей коррозионного потенциала в гальваническом элементе, образованном в или на поверхности металла. Гальваническая коррозия обусловлена электрическим контактом с более благородным металлом или неметаллическим проводником в проводящей среде. Гальваническая коррозия сильно зависит от катодной реакции и от металлов, контактирующих друг с другом.

Эффективность этой катодной реакции определяет скорость коррозии. Наиболее распространенные примеры гальванической коррозии алюминиевых сплавов — это сочетание со сталью или медью под воздействием влажной солевой среды.

Гальваническая коррозия алюминия обычно слабая, за исключением высокопроводящей среды, такой как сланцевый шлам от противообледенительных солей для дорожных покрытий, морская вода и другие солевые электролиты. Контактная область должна быть смочена водным раствором для обеспечения ионной проводимости. В противном случае, гальваническая коррозия невозможна.

Согласно данным об электродных потенциалах металлов, алюминий будет анодом гальванического элемента в контакте почти со всеми другими металлами, а, следовательно, будет подвергаться гальванической коррозии. Характеристики гальванической коррозии различных алюминиевых сплавов почти одинаковы, поэтому изменение сплава не может решить проблему.

Скорость растворения зависит от соотношения поверхностей между двумя металлами:

коррозия = площадь катодной поверхности ∕
площадьаноднойповерхности
Наиболее благоприятным случаем будет очень большая площадь анодной поверхности и маленькая площадь катодной поверхности. Гальваническая коррозия локальная, поэтому она ограничивается контактной зоной.

Необычно видеть гальваническую коррозию алюминия в контакте с нержавеющей сталью (пассивной). Напротив, при контакте между медью, бронзой, латунью и разными стальными сплавами (пассивными и активными) и алюминием может образоваться сильная коррозия, поэтому целесообразно обеспечить изоляцию между этими двумя металлами. Путаница относительно того, возникает ли гальваническая коррозия между алюминием и сталью, обусловлена тем, что нержавеющая сталь может быть как пассивной, так и активной, если в окружающей среде присутствует хлорид. Это существенно меняет коррозионное воздействие на алюминий.

Как правило, чем ближе один металл к другому в ряду стандартных электродных потенциалов, тем они более совместимы (например, электрохимический эффект будет минимальным). И наоборот, чем дальше один металл от другого, тем сильнее будет коррозия. Предварительную оценку характеристик гальванической коррозии выполнить не так просто. Что касается контакта между обычными металлами, например, сталь и нержавеющая сталь, практика показывает, что лабораторные испытания всегда дают более серьезные результаты, чем фактически наблюдаемые в атмосферных условиях.

Обычно гальваническая пара с нержавеющей сталью работает очень хорошо, однако при наличии в окружающей среде даже малейшего следа хлорида возникает гальваническая коррозия. Из-за растрескивания анодированного слоя при монтаже очень маленькая область неблагородного металла (нижний слой алюминия) будет контактировать с очень большой областью более благородного металла (нержавеющая сталь). Это приведет к образованию гальванической коррозии, которая может резко увеличиться в зависимости от площади поверхности алюминия.

Энн Дикон Юль — президент компании AluConsult. Сайт: www.aluconsult.com