Galvaninė korozija: kai susiduria skirtingi metalai

Kas yra galvaninė korozija?

Chemijos gamykloje įrengėte visiškai-naują nerūdijančio plieno vamzdyną, sujungdami jį žalvarinėmis detalėmis ir variniais varžtais. Iš pradžių viskas atrodė tobula. Tačiau vos po šešių mėnesių pastebėjote, kad variniai komponentai pažaliavo, žalvarinės jungiamosios detalės buvo įtrūkusios ir, kas blogiausia, - brangiame nerūdijančio plieno vamzdyje šalia sujungimo taškų atsirado keistų duobių.

Kas nutiko? Atsakymas yra reiškinys, vadinamas galvanine korozija - viena iš labiausiai paplitusių ir brangiausių medžiagų irimo formų pramonėje. Tai įvyksta, kai du skirtingi metalai yra elektra sujungti ir panardinami į laidų tirpalą (pvz., jūros vandenį, rūgštų vandenį ar net drėgną orą). Paprasčiau tariant: kai du skirtingi metalai liečiasi vienas su kitu ir sušlampa, vienas metalas pradeda prarasti elektronus kitam. Metalas, kuris praranda elektronus, vadinamas anodu -, kurį jis korozuoja. Metalas, įgyjantis elektronus, vadinamas katodu -, jis yra apsaugotas.

Šis procesas pavadintas Luigi Galvani, italų fiziko, atradusio šį reiškinį 1780 m., vardu. Studijuodamas elektra trūkčiojančias varlių kojeles, jis netyčia atskleidė vieną svarbiausių elektrochemijos principų, kuriuo inžinieriai remiasi ir šiandien.

Galvaninė korozija (taip pat vadinama bimetaline korozija) yra elektrocheminis procesas, kurio metu vienas metalas pirmiausia korozuoja, kai jis elektriškai kontaktuoja su kitu metalu, esant elektrolitui. Aktyvesnis metalas (didesnis polinkis į koroziją) tampa anodu ir rūdija greičiau nei vienas. Mažiau aktyvus metalas tampa katodu ir korozuoja lėčiau - arba visai nerūdija.

Galvaninė korozija yra ypač pavojinga, nes gali sukelti greitą, vietinę žalą. Nors bendra korozija tolygiai plinta paviršiuje, galvaninė korozija koncentruotai paveikia vieną konkrečią sritį - dviejų metalų sandūrą -. Jungtis, kuri turėtų tarnauti 20 metų, gali sugesti per 2 metus, jei suporuojami netinkami metalai. Labiausiai paveiktos pramonės šakos yra šios:

Jūrų ir jūros inžinerija (jūros vanduo yra puikus elektrolitas)

Chemijos ir naftos chemijos perdirbimo įmonės

Energijos gamybos ir gėlinimo įrenginiai

Architektūra ir statyba (skirtingos metalinės stogo dangos ir tvirtinimo sistemos)

Naftos ir dujotiekiai bei sandėliavimo sistemos

Galvaninė serija: metalo veiklos reitingas

Galvanic Series (taip pat vadinama EMF serija arba galvaninio suderinamumo diagrama) klasifikuoja metalus ir lydinius pagal jų elektrocheminį potencialą jūros vandenyje. Viršuje esantys metalai (daugiau neigiamo potencialo) yra anodiniai (rūdys). Metalai apačioje (teigiamas potencialas) yra katodiniai (bus apsaugoti). Kuo didesnis atstumas tarp dviejų serijos metalų, tuo greičiau įvyks galvaninė korozija, kai jie bus sujungti.

Čia yra supaprastinta galvaninė serija, susijusi su nerūdijančio plieno ir nikelio lydinių pramone:

T1 galimybė: supaprastinta galvaninė serija jūros vandenyje (prisotinto kalomelio elektrodo nuoroda) - Šaltinis: ASTM G82 ir NACE korozijos duomenys

Praktinė taisyklė:Renkantis metalines poras, rinkitės metalus, kurie yra greta galvaninės serijos (100 mV atstumu vienas nuo kito), kad sumažintumėte galvaninės korozijos riziką. Didesnis nei 300 mV atstumas rodo didelės-rizikos derinį.

Keturi pagrindiniai veiksniai, pagreitinantys galvaninę koroziją

Elektrolito vaidmuo

Elektrolitas yra skystis arba drėgmė, praleidžianti jonus tarp anodo ir katodo. Kuo elektrolitas laidesnis, tuo greičiau vyksta galvaninė korozija. Jūros vanduo yra agresyviausias elektrolitas - dėl didelio druskingumo (apie 3,5 % druskos) jis yra puikus laidininkas. Štai kodėl jūrinė aplinka yra pati reikliausia skirtingoms metalinėms jungtims. Kiti įprasti elektrolitai yra: gėlas vanduo (vidutinis laidumas), rūgštiniai tirpalai (labai laidūs ir ėsdinantys), drėgnas oras (sudaro ploną elektrolito plėvelę) ir betonas (šarminis porų vanduo pagreitina įterpto plieno koroziją).

Paviršiaus ploto santykis

Santykiniai anodo ir katodo paviršiaus plotai yra labai svarbūs. Mažas anodas kartu su dideliu katodu yra pavojingas derinys. Kodėl? Kadangi toks pat korozijos srovės kiekis paskirstomas mažesniame anodo plote, todėl žala yra labiau koncentruota ir greitesnė.

Ir atvirkščiai, didelis anodas su mažu katodu paskirsto koroziją didesniame plote, sumažindamas žalos laipsnį. Pavyzdys: mažas nerūdijančio plieno varžtas (katodas), įsriegtas į didelę aliuminio plokštę (anodą), sukelia greitą aliuminio koroziją sriegio sąsajoje. Tačiau didelis cinko aukojamas anodas, pritvirtintas prie plieninės konstrukcijos, lėtai korozuoja ir daugelį metų apsaugo plieną.

Temperatūra

Aukštesnė temperatūra paprastai pagreitina elektrochemines reakcijas. Kylant temperatūrai, didėja vandens laidumas, jonai juda greičiau ir didėja korozijos greitis. Tačiau yra pastebima išimtis: kai kuriose pasyvinto nerūdijančio plieno sistemose korozijos greitis gali sumažėti esant labai aukštai temperatūrai dėl oksido sluoksnio stabilumo pokyčių. Visada žiūrėkite medžiagos duomenų lapą, kad sužinotumėte apie konkrečią -temperatūrinę elgseną.

Mechaninis dizainas ir mikrobų įtaka

Prasta mechaninė konstrukcija gali sulaikyti drėgmę ir susidaryti įtrūkimų, kuriuose kaupiasi elektrolitas. Šios plyšių korozijos zonos tampa savaime-išsaugotos - viduje esantis elektrolitas laikui bėgant tampa labiau koncentruotas ir korozinis. Be to, mikrobiologiškai paveikta korozija (MIC) gali paspartinti galvaninę ataką, kai plyšiuose susidaro bakterijų kolonijos ir susidaro vietinė rūgštinė aplinka.

Atvejų analizė metalų pramonėje

Jūrinio šilumokaičio gedimas

Pakrantės gėlinimo gamykloje buvo naudojami titano vamzdžiai vario -nikelio (Cu-Ni) lydinio apvalkale. Nors abi medžiagos buvo pasirinktos dėl jų atsparumo jūros vandeniui, tarp titano ir Cu{3}}Ni susidarė galvaninė pora. Per 18 mėnesių Cu-Ni apvalkale vamzdžio lakšto sąsajoje atsirado didelė korozija. Pagrindinė priežastis: titanas yra daug katodiškesnis nei Cu{8}}Ni jūros vandenyje (+200 mV palyginti su +50 mV), todėl susidaro stipri galvaninė varomoji jėga. Sprendimas: tarp vamzdžio lakšto ir korpuso sumontavus ne{12}}laidų tarpiklį, elektros grandinė buvo nutraukta ir galvaninė pora buvo pašalinta.

Cheminių medžiagų talpyklos incidentas

Chemijos įmonė naudojo 316 l nerūdijančio plieno baką druskos rūgšties (HCl) tirpalui laikyti. Bakas buvo aprūpintas anglinio plieno atraminėmis kojomis. Rūgštinis elektrolitas iš HCl tirpalo sujungė anglies plieno (anodo) ir 316L nerūdijančio plieno (katodo) ryšį. Anglies plieninės kojelės surūdijo vos per 8 mėnesius, todėl kilo kritinis pavojus saugai. Sprendimas: anglinio plieno kojeles pakeitus 316 l nerūdijančio plieno laikikliais ir uždėjus apsauginę dangą, kad būtų izoliuoti visi likę anglinio plieno komponentai, problema buvo išspręsta.

Jūros vamzdyno istorija

Jūros naftos platformoje buvo naudojami 254 SMO superaustenitiniai nerūdijančio plieno flanšai, sujungti su Hastelloy C-276 varžtais jūros vandens tiekimo aplinkoje. Iš pirmo žvilgsnio abu yra labai korozijai{10}}atsparūs lydiniai. Tačiau 254 SMO galvaninėje serijoje yra aukščiau nei Hastelloy C-276, todėl 254 SMO yra anodas. Hastelloy C-276 varžtai (katodas) buvo apsaugoti, tačiau brangūs 254 SMO flanšai patyrė selektyvią koroziją varžtų skylių sąsajose. Sprendimas: perėjus prie 625 lydinio varžtų (galvaniškai arčiau 254 SMO) korozija buvo sustabdyta ir eksploatavimo laikas pailgėjo maždaug 15 metų.

Kaip apsisaugoti nuo galvaninės korozijos?

Medžiagų atrankos strategija

Veiksmingiausia prevencijos strategija prasideda projektavimo etape. Naudokite šią sprendimų sistemą:

2 lentelė. Galvaninės rizikos vertinimo ir veiksmų gairės - Remiantis NACE SP0177 ir ASTM G82 standartais

Izoliacija ir izoliacija

Ne{0}}laidžių medžiagų montavimas tarp skirtingų metalų yra vienas efektyviausių ir ekonomiškiausių prevencijos būdų. Įprasti sprendimai apima:

Termoplastinės poveržlės (nailonas, PTFE/teflonas) tarp flanšų

Guminės tarpinės vamzdžių jungtyse

Ne{0}}laidūs vamzdžių pakabos ir spaustukai

Epoksidinės arba polimerinės dangos ant vieno arba abiejų metalinių paviršių

Dielektrinės jungtys vamzdynų sistemose

Katodinė apsauga

Užkastoms ar panardintoms konstrukcijoms katodinė apsauga yra standartinis pramonės-sprendimas. Naudojami du būdai:

Aukos anodo sistema: prie konstrukcijos pritvirtinkite aktyvesnį metalą (cinko, magnio arba aliuminio lydinį). Aukojamas anodas korozuoja vietoj saugomos konstrukcijos. Įprasta atviroje jūroje esančioms platformoms, vandens rezervuarams ir požeminiams vamzdynams.

Įspūdingos srovės sistema: naudokite išorinį maitinimo šaltinį, kad į konstrukciją įjungtumėte apsauginę nuolatinės srovės srovę, perkeldami ją į katodinę (apsaugotą) būseną. Naudojamas didelėms konstrukcijoms, tokioms kaip laivų korpusai ir didelio{1}}skersmens vamzdynai.

Dizaino principai

Gera konstrukcija gali pašalinti galvaninę koroziją be jokių specialių medžiagų. Pagrindiniai principai:

Venkite mažų anodų šalia didelių katodų - naudokite didelius apsauginius anodus arba subalansuokite paviršiaus plotus.

Drenažo konstrukcija: pasirūpinkite, kad vanduo nesikauptų prie metalinių jungčių.

Leiskite patikrinti: Neužkaskite skirtingų metalinių jungčių nepasiekiamose vietose.

Jei įmanoma, naudokite tas pačias-šeimos medžiagas: nerūdijančio plieno varžtus su nerūdijančio plieno flanšais.

Anglinio plieno komponentus jūrinėje aplinkoje užtepkite jūrinėmis{0}}dangomis (epoksidine derva, poliuretanu arba terminiu purškimu aliuminiu).

Medžiagų poravimo vadovas nerūdijančio plieno ir nikelio lydinio naudotojams

Profesionalams, dirbantiems sunerūdijančio plienoir nikelio lydinio gaminiams, šioje lentelėje pateikiamos praktinės poravimo gairės, pagrįstos pramonės patirtimi ir korozijos duomenimis:

3 lentelė. Medžiagų poravimo vadovas pramoniniam naudojimui - Naudoti kaip bendrosios gairės; dėl konkrečių aptarnavimo sąlygų visada pasitarkite su medžiagų specialistu

Santrauka

4 lentelė. Pagrindiniai šio straipsnio išvados

Išvada

Galvaninė korozija yra nuspėjamas, išvengiamas ir valdomas reiškinys. Tai neturi būti paslaptis ar neišvengiamas pavojus. Suprasdami galvaninę seriją, išmanydami savo aplinką, taikydami protingus projektavimo principus ir pasirinkdami suderinamus medžiagų derinius, galite žymiai pailginti savo įrangos tarnavimo laiką ir sumažinti brangius gedimus.

AtJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., turime daugiau nei 15 metų patirtį, padėdami klientams pasirinkti tinkamas medžiagas reiklioms reikmėms. Mūsų techninė komanda supranta galvaninio suderinamumo jūros vandens, rūgštinės ir aukštos temperatūros aplinkoje niuansus. Nesvarbu, ar jums reikia 316 l nerūdijančio plieno vamzdynų, Hastelloy C276 jungiamųjų detalių ar itin dvipusių flanšų, mes teikiame ne tik produktus -, bet ir patirtį, užtikrinančią, kad jie patikimai veiktų konkrečiomis aptarnavimo sąlygomis.

Jei turite konkrečių medžiagų problemų arba jums reikia techninių rekomendacijų, kaip pasirinkti medžiagas korozinei aplinkai, mūsų inžinieriaipasiruošęs padėti.

Susisiekite su mumis:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com