Coroziunea galvanică: Când se întâlnesc diferite metale

Ce este coroziunea galvanică?

Ați instalat o conductă-nouță din oțel inoxidabil în uzina dvs. chimică, conectându-o cu fitinguri din alamă și șuruburi de cupru. Totul arăta perfect la început. Dar doar șase luni mai târziu, ați observat că componentele de cupru au devenit verzi, fitingurile din alamă erau crăpate și, cel mai rău, - țeava scumpă din oțel inoxidabil a dezvoltat gropi ciudate în apropierea punctelor de conectare.

Ce a mers prost? Răspunsul este un fenomen numit coroziune galvanică - una dintre cele mai comune și costisitoare forme de degradare a materialului în medii industriale. Apare ori de câte ori două metale diferite sunt conectate electric și scufundate într-o soluție conductivă (cum ar fi apa de mare, apă acidă sau chiar aer umed). În termeni simpli: atunci când două metale diferite se ating și se udă, un metal începe să piardă electroni celuilalt. Metalul care pierde electroni se numește anodul - pe care îl corodează. Metalul care câștigă electroni se numește catod - este protejat.

Acest proces poartă numele lui Luigi Galvani, un fizician italian care a descoperit fenomenul în anii 1780. În timp ce studia picioarele de broaște zvâcnind de electricitate, el a dezvăluit din neatenție unul dintre cele mai importante principii din electrochimie pe care se bazează și astăzi inginerii.

Coroziunea galvanică (numită și coroziune bimetală) este un proces electrochimic în care un metal se corodează de preferință atunci când este în contact electric cu un alt metal în prezența unui electrolit. Metalul mai activ (tendință mai mare la coroziune) devine anodul și se corodează mai repede decât ar fi singur. Metalul mai puțin activ devine catod și se corodează mai lent - sau deloc.

Coroziunea galvanică este deosebit de periculoasă deoarece poate provoca daune rapide, localizate. În timp ce coroziunea generală se răspândește uniform pe o suprafață, coroziunea galvanică atacă o zonă specifică - joncțiunea dintre două metale - cu intensitate concentrată. O îmbinare care ar trebui să dureze 20 de ani ar putea eșua în 2 ani dacă metalele greșite sunt asociate. Industriile cele mai afectate includ:

Inginerie marină și offshore (apa de mare este un electrolit excelent)

Instalatii de prelucrare chimica si petrochimica

Instalații de producere și desalinizare a energiei electrice

Arhitectură și construcție (acoperișuri metalice și sisteme de fixare diferite)

Conducte de petrol și gaze și sisteme de stocare

Seria galvanică: un clasament al activității metalice

Seria Galvanic (numită și seria EMF sau diagrama de compatibilitate galvanică) clasifică metalele și aliajele în funcție de potențialul lor electrochimic din apa de mare. Metalele din partea de sus (potenţial mai negativ) sunt anodice (se vor coroda). Metalele din partea de jos (potenţial mai pozitiv) sunt catodice (vor fi protejate). Cu cât distanța dintre două metale din serie este mai mare, cu atât va apărea mai rapid coroziunea galvanică atunci când acestea sunt cuplate.

Iată o serie galvanică simplificată relevantă pentru industria oțelului inoxidabil și aliajelor de nichel:

Tcapabil 1: Seria galvanică simplificată în apă de mare (referință pentru electrozi de calomel saturat) - Sursa: ASTM G82 și date despre coroziune NACE

Regula practica:Când selectați perechi de metale, alegeți metale care sunt adiacente în seria galvanică (la o distanță de 100 mV unul de celălalt) pentru a minimiza riscul de coroziune galvanică. O distanță mai mare de 300 mV indică o combinație de-risc ridicat.

Patru factori cheie care accelerează coroziunea galvanică

Rolul electrolitului

Electrolitul este lichidul sau umiditatea care conduce ionii între anod și catod. Cu cât electrolitul este mai conductiv, cu atât coroziunea galvanică are loc mai rapid. Apa de mare este cel mai agresiv electrolit - salinitatea sa mare (aproximativ 3,5% sare) o face un conductor excelent. Acesta este motivul pentru care mediile marine sunt cele mai solicitante pentru conexiuni metalice diferite. Alți electroliți obișnuiți includ: apa dulce (conductivitate moderată), soluțiile acide (foarte conductive și corozive), aerul umed (formează o peliculă subțire de electrolit) și beton (apa alcalină din pori accelerează coroziunea oțelului încorporat).

Raportul suprafeței

Suprafețele relative ale anodului și catodului contează enorm. Un anod mic cuplat cu un catod mare este o combinație periculoasă. De ce? Deoarece aceeași cantitate de curent de coroziune este distribuită pe o zonă mai mică a anodului, provocând daune mai concentrate și mai rapide.

În schimb, un anod mare cu un catod mic răspândește coroziunea pe o suprafață mai mare, reducând rata de deteriorare. Exemplu: un mic șurub din oțel inoxidabil (catod) filetat într-o placă mare de aluminiu (anod) provoacă coroziune rapidă a aluminiului la interfața filetului. Dar un anod de sacrificiu mare de zinc atașat la o structură de oțel se corodează lent și protejează oțelul ani de zile.

Temperatură

Temperaturile mai ridicate accelerează în general reacțiile electrochimice. Pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea apei crește, ionii se mișcă mai repede și ratele de coroziune cresc. Cu toate acestea, există o excepție notabilă: în unele sisteme pasivate din oțel inoxidabil, viteza de coroziune poate scădea la temperaturi foarte ridicate din cauza modificărilor stabilității stratului de oxid. Consultați întotdeauna fișa tehnică a materialului pentru comportamentul specific al temperaturii-.

Design mecanic și influență microbiană

Designul mecanic slab poate prinde umezeala și poate crea crăpături în care se acumulează electrolitul. Aceste zone de coroziune crevase devin auto-perpetuând - electrolitul din interior devine mai concentrat și mai coroziv în timp. În plus, coroziunea influențată microbiologic (MIC) poate accelera atacul galvanic atunci când coloniile de bacterii se formează în crăpături, producând medii acide localizate.

Studii de caz în industria metalelor

Defecțiunea schimbătorului de căldură marin

O fabrică de desalinizare de coastă a folosit tuburi de titan într-o carcasă din aliaj de cupru-nichel (Cu-Ni). Deși ambele materiale au fost alese pentru rezistența la apa de mare, s-a format un cuplu galvanic între titan și Cu-Ni. În decurs de 18 luni, învelișul Cu-Ni a dezvoltat o coroziune severă cu caneluri la interfața foii tubulare. Cauza principală: titanul este semnificativ mai catodic decât Cu-Ni în apa de mare (+200 mV vs +50 mV), creând o forță motrice galvanică puternică. Soluție: instalarea unei garnituri ne-conductoare între placa tubulară și carcasă a întrerupt circuitul electric și a eliminat cuplul galvanic.

Incidentul cu rezervorul de stocare chimică

O instalație chimică a folosit un rezervor din oțel inoxidabil 316L pentru a stoca soluția de acid clorhidric (HCl). Rezervorul era echipat cu picioare de susținere din oțel carbon. Electrolitul acid din soluția de HCI a asigurat legătura dintre oțelul carbon (anod) și oțelul inoxidabil 316L (catod). Picioarele din oțel carbon s-au corodat în doar 8 luni, creând un pericol critic de siguranță. Soluție: înlocuirea picioarelor din oțel carbon cu suporturi din oțel inoxidabil 316L și adăugarea unui strat de protecție pentru a izola orice componente rămase din oțel carbon au rezolvat problema.

Povestea conductei offshore

O platformă petrolieră offshore a folosit flanșe din oțel inoxidabil super austenitic 254 SMO conectate cu șuruburi Hastelloy C-276 într-un mediu de serviciu cu apă de mare. La prima vedere, ambele sunt aliaje foarte rezistente{10}}la coroziune. Cu toate acestea, 254 SMO se află mai sus în seria galvanică decât Hastelloy C-276, făcând din 254 SMO anodul. Șuruburile Hastelloy C-276 (catod) au fost protejate - dar scumpele flanșe 254 SMO au suferit coroziune selectivă la interfețele orificiilor șuruburilor. Soluție: trecerea la șuruburi din aliaj 625 (mai aproape galvanic de 254 SMO) a oprit coroziunea și a prelungit durata de viață estimată cu 15 ani.

Cum să preveniți coroziunea galvanică?

Strategia de selecție a materialelor

Cea mai eficientă strategie de prevenire începe în faza de proiectare. Utilizați următorul cadru de decizie:

Tabelul 2: Evaluarea riscului galvanic și orientări de acțiune - Pe baza standardelor NACE SP0177 și ASTM G82

Izolație și izolare

Instalarea materialelor ne-conductoare între metale diferite este una dintre cele mai eficiente și mai economice metode de prevenire. Soluțiile comune includ:

Saibe termoplastice (nailon, PTFE/Teflon) intre flanse

Garnituri de cauciuc la îmbinările țevilor

Agățați și cleme ne-conductoare pentru țevi

Acoperiri epoxidice sau polimerice pe una sau ambele suprafețe metalice

Racorduri dielectrice în sistemele de conducte

Protecție catodică

Pentru structurile îngropate sau scufundate, protecția catodică este soluția standard{0}}industriei. Sunt utilizate două abordări:

Sistem de anod sacrificial: atașați un metal mai activ (zinc, magneziu sau aliaj de aluminiu) la structură. Anodul de sacrificiu corodează în locul structurii protejate. Obișnuit pentru platformele offshore, rezervoarele de apă și conductele subterane.

Sistem de curent impresionat: utilizați o sursă de alimentare externă pentru a aplica un curent continuu de protecție structurii, trecând-o într-o stare catodică (protejată). Folosit pentru structuri mari, cum ar fi corpurile navelor și conductele cu diametru mare-.

Principii de proiectare

Designul bun poate elimina coroziunea galvanică fără materiale speciale. Principii cheie:

Evitați anozi mici adiacenți catozilor mari - utilizați anozi de sacrificiu mari sau echilibrați suprafețele.

Proiectare pentru drenaj: Asigurați-vă că apa nu se poate acumula la îmbinările metalice.

Permiteți inspecția: Nu îngropați îmbinări metalice diferite în locuri inaccesibile.

Folosiți aceleași-materiale din familie ori de câte ori este posibil: șuruburi din oțel inoxidabil cu flanșe din oțel inoxidabil.

Aplicați acoperiri de calitate marine-(epoxidice, poliuretan sau aluminiu prin pulverizare termică) pe componentele din oțel carbon în medii marine.

Ghid de împerechere a materialelor pentru utilizatorii de oțel inoxidabil și aliaj de nichel

Pentru profesioniștii care lucrează cuoţel inoxidabilși produse din aliaj de nichel, următorul tabel oferă îndrumări practice de asociere bazate pe experiența din industrie și datele despre coroziune:

Tabelul 3: Ghid de împerechere a materialelor pentru aplicații industriale - Pentru utilizare ca ghid general; consultați întotdeauna un specialist în materiale pentru condiții specifice de service

Rezumat

Tabelul 4: Principalele concluzii din acest articol

Concluzie

Coroziunea galvanică este un fenomen previzibil, prevenibil și gestionabil. Nu trebuie să fie un mister sau un pericol inevitabil. Înțelegând seria galvanică, cunoașterea mediului înconjurător, aplicând principii de design inteligent și selectând combinații de materiale compatibile, puteți prelungi semnificativ durata de viață a echipamentului dumneavoastră și puteți reduce defecțiunile costisitoare.

LaJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., avem peste 15 ani de experiență ajutând clienții să aleagă materialele potrivite pentru aplicații solicitante. Echipa noastră tehnică înțelege nuanțele compatibilității galvanice în medii cu apă de mare, acide și cu temperatură înaltă-. Indiferent dacă aveți nevoie de țevi din oțel inoxidabil 316L, fitinguri Hastelloy C276 sau flanșe super duplex, vă oferim nu doar produsele -, ci și experiența pentru a ne asigura că funcționează fiabil în condițiile dvs. specifice de service.

Dacă aveți o anumită provocare de material sau aveți nevoie de îndrumări tehnice privind selecția materialelor pentru un mediu corosiv, inginerii noștri suntgata să ajute.

Contactaţi-ne:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com