Разъедает ли нержавеющая сталь алюминий? Объяснение гальванической коррозии для инженеров

Болт из нержавеющей стали, превращенный в алюминиевый кронштейн, выглядит разумным выбором: оба металла устойчивы к ржавчине, ни один из них не требует покраски, а соединение должно пережить машину вокруг него. Потом проходит одно прибрежное лето или один сезон мойки, и алюминий вокруг отверстия для болта покрывается белой меловой пастой, резьба болтается, а деталь из нержавеющей стали все еще выглядит новой. С застежкой все в порядке. Алюминий использовался в качестве анода гальванического элемента, созданного самим соединением.

Этот механизм отвечает на вопрос, стоящий за этой страницей. Нержавеющая сталь не разъедает алюминий химически, но деталь из нержавеющей стали, находящаяся в прямом контакте с алюминием, может привести к коррозии алюминия гораздо быстрее, чем сама по себе, иногда в течение нескольких месяцев.

Краткий ответ: алюминий ржавеет, нержавеющая сталь – нет.

Когда алюминий и нержавеющая сталь соприкасаются в присутствии влаги, они образуют гальваническую пару. Один металл становится анодом и теряет материал; другой становится катодом и защищается. В этом сочетании алюминий всегда является анодом, поскольку в гальваническом ряду он находится значительно ниже нержавеющей стали.

Движущей силой является разница в потенциале коррозии. В морской воде алюминиевые сплавы имеют напряжение примерно от -0,75 В до -0,90 В по отношению к насыщенному каломельному электроду, тогда как пассивированная нержавеющая сталь 304 и 316 находится в диапазоне от -0,05 В до 0,10 В. Этот разрыв примерно от 0,6 В до 0,8 В намного превышает пороговое значение в 0,25 В, которое инженеры обычно используют для обозначения гальванического риска, поэтому эта комбинация рассматривается как серьезная, а не косметическая. беспокойство.

Прежде чем что-то произойдет, должны совпасть три условия

Гальваническая коррозия не является автоматической. Все три из следующих пунктов должны присутствовать одновременно:

1. Разность потенциалов, достаточно большая, чтобы вызвать ток между двумя металлами.
2. Электрический контакт: либо прямой контакт металл-металл, либо контакт через проводящую пленку жидкости.
3. Непрерывный путь электролита, соединяющий обе части: конденсат, дождь, промывную воду, морские брызги или влажную соляную пленку.

Удалите любой из трех, и реакция прекратится. Сухие внутренние швы в зданиях с кондиционированием воздуха, где нет хлоридов, часто сохраняются в течение десятилетий, при этом остаются лишь легкие пятна. Монтажные соединения выходят из строя быстрее из-за циклического смачивания и высыхания: каждый цикл сушки концентрирует хлориды в щели под головкой болта или шайбой, а каждый цикл смачивания возобновляет ток с более высокой концентрацией, чем раньше.

Факторы, определяющие, насколько все будет плохо

Два одинаковых соединения алюминия и нержавеющей стали могут на порядок отличаться по сроку службы. В таблице ниже показано, что на самом деле влияет на результат.

Обратите внимание, чего не хватает в этом списке: бренда или цены застежки. Болт из нержавеющей стали премиум-класса не снижает гальванический риск, а в некоторых случаях несколько увеличивает его.

Почему лучший крепеж из нержавеющей стали может ухудшить качество соединения

Нержавеющая сталь защищает себя пленкой оксида хрома, которая восстанавливается в течение нескольких секунд после царапин. Эта же пленка делает металл эффективным катодом: чем более устойчива к коррозии нержавеющая сталь, тем ближе она ведет себя к инертному электроду и тем больший гальванический ток она пропускает к алюминию. В соединении смешанного металла алюминий теряется, тогда как на детали из нержавеющей стали остается только белый или серый налет и некоторое изменение цвета из-за продуктов коррозии алюминия.

Отсюда следуют два последствия. Повреждения незаметны на той части, которую осматривает большинство людей, а щель между головкой болта, шайбой и поверхностью алюминия задерживает хлориды, ограничивая при этом кислород, поэтому алюминиевые ямки локально и соединение могут потерять силу зажима без каких-либо очевидных внешних признаков.

Выбор марки имеет значение не столько для самой пары, сколько для выживания нержавеющей стали. Разница потенциалов между алюминием и 304 почти такая же, как между алюминием и 316, поэтому модернизация не устраняет риск; он предохраняет крепеж от изъязвлений хлоридов, что обеспечивает предсказуемость площади катода. Сравнивая Болты с шестигранной головкой из нержавеющей стали 304 и 316. прежде чем задать направление на береговую или мойочную службу, стоит потратить двадцать минут.

Пять способов сломать гальванический элемент

Профилактика означает прерывание одного из трех условий, а практические варианты располагаются примерно в следующем порядке эффективности:

• Изолируйте металлы. Шайбы, втулки и втулки из нейлона, ПТФЭ, EPDM или армированного волокном пластика защищают алюминий и нержавеющую сталь от электрического контакта. Простая шайба из нержавеющей стали ничего не изолирует; это только увеличивает катод.
• Покройте алюминиевую сторону. Анодирование, хроматизация, порошковое покрытие или грунтовка предохраняют анод от воздействия. Покрытие детали из нержавеющей стали менее полезно, поскольку для работы пары катод не нуждается в коррозии.
• Загерметизируйте и осушите стык. Силиконовый или полиуретановый герметик нейтрального отверждения не допускает попадания электролита на поверхность раздела, а дренажный канал предотвращает скопление воды. Не полагайтесь только на герметик, если шов погружен в воду или постоянно распыляется.
• Контролируйте соотношение площадей. Там, где контакт неизбежен, используйте большой алюминиевый анод и маленький катод из нержавеющей стали. Допустимо несколько винтов из нержавеющей стали в большой алюминиевой пластине; маленьких алюминиевых заклепок в большом листе нержавеющей стали нет.
• Примите расходный материал при планировании обслуживания. Оцинкованные крепежные детали являются анодными по отношению к алюминию и защитят его за счет разрушения покрытия и, в конечном итоге, ржавчины. Этот компромисс подходит для оборудования с коротким сроком службы и плановым обслуживанием, а не для стационарной конструкции.

Где эти соединения выходят из строя в реальных условиях

Солнечные монтажные конструкции

Алюминиевые направляющие и рамы модулей, закрепленные болтами из нержавеющей стали, входят в стандартную комплектацию массивов, монтируемых на крыше и на земле. Внутренние соединения обычно хорошо стареют, но на прибрежных массивах, сельскохозяйственных участках с аммиаком и пылью, а также в местах с обильной росой вокруг зажимных болтов через два-три года появляются белые продукты коррозии. Большую часть этой проблемы решают изолирующие шайбы на стыке рельс-зажим и дренажные прорези на нижнем конце каждой направляющей.

Морское и морское оборудование

Алюминиевые надстройки, поручни и палубная арматура обычно крепятся болтами из нержавеющей стали. В данном случае основой является нержавеющая сталь 316 или более высокого сплава, алюминий должен быть марки 5xxx или 6xxx, а соединение должно быть покрыто герметиком с изолирующей прокладкой. При высоком уровне хлоридов и длительных интервалах между проверками обычно выбирают шестигранную гайку M10 по DIN 934 класса 316.

SS316 DIN934 M10 Шестигранные гайки Для алюминиевых надстроек и палубной арматуры эта гайка SS316L M10 DIN934 соответствует шестигранной гайке класса 316, обычно используемой для соединений с высоким содержанием хлоридов. Посмотреть продукт →

Фасады, окна и перила

Алюминиевые оконные рамы, кронштейны для навесных стен и поручни часто крепятся с помощью винтов и дюбелей из нержавеющей стали. Дождь, антиобледенительные соли на уровне улицы и внутренний конденсат поставляют электролит. Неисправности проявляются в первую очередь в виде пятен на алюминии и в виде незакрепленных креплений в нижних частях фасада, где скапливается вода.

Что указать в заказе на поставку

Поставщик крепежа может контролировать только металл, который он поставляет, поэтому спецификация должна охватывать все соединение. В заказ входят четыре линии для любой сборки алюминия с нержавеющей сталью, например, болты с шестигранной головкой из нержавеющей стали 304 по DIN 933, шестигранные гайки из нержавеющей стали 316 по DIN 934, плоские шайбы из нержавеющей стали 304 по DIN 125 или стержни с резьбой из нержавеющей стали 304 по DIN 975:

• Марка, материал и стандарт для каждой детали, чтобы болты, гайки и шайбы соответствовали друг другу.
• Изолирующие компоненты перечислены отдельно с указанием материала, твердости и толщины, поэтому они поставляются в комплекте, а не приобретаются позже.
• Алюминиевая отделка, включая класс и толщину анодирования, а также тип герметика, одобренный для соединения.
• Документация и проверка: сертификаты на материалы, данные испытаний покрытия и совместная проверка в первый год в плане технического обслуживания.

Болты с шестигранной головкой SS304 DIN933 M10 Для сборок алюминия и нержавеющей стали этот болт с шестигранной головкой SS304 DIN933 M10 представляет собой специальную линию крепежа, доступную длиной от 16 мм до 200 мм. Посмотреть продукт →

Отдельной строки заслуживают противозадирные составы. Пасты на основе меди и графита являются катодными по отношению к алюминию и ускоряют коррозию внутри резьбы, поэтому продукт с керамическим наполнителем или на основе ПТФЭ является более безопасным выбором для алюминиевой резьбы.

Честный вывод заключается в том, что нержавеющая сталь не разъедает алюминий, но вызывает коррозию алюминия. Деталь из нержавеющей стали исправна, и никакая полировка или модернизация не изменят электрохимические характеристики. Что меняет результат, так это изоляция, дренаж, покрытие и необходимость держать изолирующую шайбу в соединении — решения, которые являются дешевыми на этапе чертежа и наиболее дорогими после первого сезона эксплуатации.