Реагирует ли нержавеющая сталь с алюминием? Объяснение гальванической коррозии

Группа технического обслуживания прибрежной водоочистной станции заменила стальной монтажный кронштейн на алюминиевый эквивалент и повторно использовала оригинальные болты из нержавеющей стали SS304. Десять месяцев спустя болты выглядели нетронутыми. Алюминий вокруг каждого отверстия для болтов стал мелово-белым и изъязвился примерно до половины своей первоначальной толщины.

Этот однобокий результат прямо отвечает на вопрос. Нержавеющая сталь реагирует с алюминием, и эта реакция представляет собой гальваническую коррозию. Редко повреждает нержавеющую сталь. Он потребляет алюминий. Имеет ли это значение в данной сборке, зависит от влаги, электрического контакта и того, как долго соединение должно прослужить.

Краткий ответ: да, реагируют, но должны совпасть три условия.

Для гальванической коррозии необходимы все три компонента одновременно: два металла с разными электрохимическими потенциалами, прямой электрический контакт между ними и электролит для переноса ионов. Электролит обычно представляет собой пленку воды, конденсата, соляных брызг или влажного воздуха, содержащего хлориды. Удалите любой из трех, и реакция фактически прекратится.

Когда присутствуют все три, алюминий находится намного ниже нержавеющей стали в гальваническом ряду. В морской воде потенциальный разрыв между пассивной поверхностью из нержавеющей стали и алюминием составляет примерно от 0,6 до 0,9 В, что является большой движущей силой по стандартам крепежа. Алюминий становится анодом и теряет металл. Нержавеющая сталь становится катодом и защищена той самой конструкцией, которая повреждает соседа.

При эксплуатации в сухих помещениях соединение нержавеющей стали с алюминием обычно остается стабильным в течение десятилетий. В морской атмосфере в одном и том же соединении может наблюдаться видимая потеря алюминия в течение одного сезона.

Почему реакция нацелена на алюминий и щадит нержавеющую сталь

Гальванический ряд решает, какой металл проиграет

В этой серии металлы ранжируются по тому, насколько легко они отдают электроны в данной среде. SS316 находится выше SS304, и оба они значительно выше алюминия. Этот рейтинг определяется химическим составом, а не качеством поверхности, поэтому полировка или покраска алюминия не меняет, какой металл играет роль анода.

Соотношение площадей — это правило, которое большинство людей понимают наоборот.

Скорость атаки сильно зависит от соотношения площади анода к площади катода. Маленький анод, питающий большой катод, очень быстро корродирует, потому что ток с большой катодной поверхности концентрируется на крошечном участке анодного металла. Практическое предупреждение заключается в следующем: алюминиевая застежка или тонкий алюминиевый лист внутри большой конструкции из нержавеющей стали — худший случай, тогда как маленький болт из нержавеющей стали в большой алюминиевой пластине — более мягкий вариант.

Пассивация помогает нержавеющей стали и ничего не дает алюминию.

Нержавеющая сталь защищает себя пленкой оксида хрома, которая восстанавливается после царапин, поэтому крепеж в первом примере все еще выглядел новым. Алюминий также образует оксидный слой, а анодирование утолщает его, превращая в преднамеренный барьер. Однако этот барьер хрупкий. Чрезмерно затянутые болты, обрезанные кромки и зацепление резьбы разрушают его, и оголенный металл в этих точках становится анодом для остальной части покрытой поверхности.

Где реакция на самом деле кусается на практике

Сухая, окрашенная внутренняя сборка с контактными поверхностями с покрытием часто прослужит весь срок службы оборудования без измеримых потерь алюминия. В приведенных ниже условиях гальванические повреждения оборачиваются затратами на техническое обслуживание.

• Прибрежные и морские сооружения, где распыление хлоридов сохраняет стыки влажными и проводящими большую часть года.
• Дорожные и железнодорожные объекты подвергаются воздействию противообледенительных солей, которые остаются агрессивными даже при низкой влажности.
• Зоны мойки на предприятиях по производству продуктов питания и напитков, где горячее моющее средство ежедневно попадает на шов.
• Залы плавательных бассейнов и химические заводы, где переносимые по воздуху хлориды или кислоты конденсируются на холодном металле.
• Постоянно влажные или заглубленные швы, где цикл высыхания не прерывает ток.

Признаки отказа постоянны: белый или серый гель оксида алюминия на границе раздела, заедание резьбы и падение нагрузки на зажим, поскольку алюминий изнашивается под головкой и поверхностью гайки. Крепежные детали, которые кажутся ослабленными, но отказываются проворачиваться, являются классическим признаком гальванической атаки.

Как остановить реакцию: сначала изоляция, потом выбор материала

Изоляция является наиболее надежным решением, поскольку она устраняет электрический контакт, одно из трех условий, необходимых для реакции. Приведенные ниже методы ранжированы от наиболее к наименее эффективным при работе с мокрой водой.

1. Изолирующая плечевая шайба плюс втулка через отверстие. Втулка удерживает хвостовик от алюминиевого отверстия, шайба удерживает головку и поверхность гайки от пластины, а соединение по-прежнему несет полную нагрузку при зажиме. Будьте готовы отрегулировать значения крутящего момента, поскольку нейлон расползается при длительной нагрузке.
2. Приклеенные уплотнительные шайбы или крепежные детали с полимерным покрытием, которые обеспечивают аналогичную изоляцию с меньшим количеством незакрепленных частей.
3. Барьерные пасты или герметики, наносимые на резьбу и под головки. Они блокируют электролит, а не контакт, поэтому хорошо работают вместе с изолирующим оборудованием и плохо сами по себе.
4. Анодирование или покраска алюминия с последующей подкраской просверленных отверстий и обрезанных кромок. Это повышает сопротивление поверхности анода, но не удаляет контакт.
5. Проектирование анода. Если изоляция нецелесообразна, используйте алюминиевые крепления, установите вставки из нержавеющей стали с резьбой или укажите гораздо большую алюминиевую поверхность, чтобы плотность тока на аноде оставалась низкой.
6. Избегание третьего металла. Оцинкованная шайба между болтом из нержавеющей стали и алюминиевой пластиной добавляет еще одну разницу потенциалов в стопку и затрудняет прогнозирование результата.

Над всем этим стоят два правила. Следите за тем, чтобы соединение было сухим, с дренажными путями и без водоотделителей вокруг крепежа. И никогда не считайте, что один необработанный болт безвреден, в то время как остальная часть соединения изолирована, ведь для работы всей пары достаточно одной токопроводящей дорожки. Для распределения нагрузки, а не для электрической изоляции, плоские шайбы по-прежнему стоит устанавливать под головки и гайки, поскольку они распределяют нагрузку на зажим и уменьшают вероятность растрескивания твердой анодированной поверхности.

Если вибрация ослабляет алюминиевый узел, самоконтрящиеся гайки помогают удерживать предварительную нагрузку, не добавляя в стопку агрессивного металла.

Выбор нержавеющего крепежа для алюминиевых конструкций

Выбор сорта должен соответствовать окружающей среде. SS304 удобно обрабатывает алюминиевые соединения, эксплуатируемые внутри помещений, а также в сухих условиях. SS316 является лучшим выбором вблизи соленой воды, на химических заводах и везде, где присутствуют хлориды, поскольку содержание молибдена в нем замедляет образование язв. Разница в цене невелика по сравнению со стоимостью замены проржавевшего узла. Если вы взвешиваете сорта для конкретной конструкции, это сравнение Болты с шестигранной головкой из нержавеющей стали 304 и 316. объясняет, где дополнительное содержание сплава окупается.

В алюминиевых рамах и кронштейнах с болтовым креплением обычно используются болты с шестигранной головкой из нержавеющей стали SS304 DIN933 от M6 до M24 с соответствующими гайками, поскольку эти парные стандарты легко найти и повторно заказать в разных размерах.

Болты с шестигранной головкой SS304 DIN933 M10 для рамок Болт с шестигранной головкой M10 из нержавеющей стали размеров DIN933 с маркировкой A2-70 и длиной 16–200 мм, подходит для болтовых соединений алюминиевой рамы и кронштейнов. Посмотреть продукт →

SS304 DIN934 M10 Шестигранные гайки Шестигранная гайка M10 с крупной резьбой из нержавеющей стали размеров DIN934 и маркировкой A2-70 в паре с болтами DIN933 из нержавеющей стали 304 для надежного зажима в соединениях рамы. Посмотреть продукт →

На объектах с более высоким содержанием хлоридов то же самое соединение, указанное в оборудовании из нержавеющей стали 316 или в SS304 с полной изоляцией, обеспечивает заметно лучшую стойкость к точечной коррозии в течение длительного срока службы.

Ошибки при монтаже, сокращающие срок службы суставов

Большинство преждевременных отказов соединений нержавеющей стали с алюминием происходит из-за установки, а не из-за выбора материала.

• Чрезмерная затяжка. Избыточная предварительная нагрузка приводит к растрескиванию анодированного слоя или покрытия под головкой и обнажает голый алюминий в точке наибольшего напряжения.
• Завинчивание нержавеющих саморезов в толстый алюминий без направляющего отверстия. Резьба прорывает оксидную пленку, выделяет тепло и может испортить винт на месте.
• Оставление нержавеющей стружки или остатков проволочной щетки на алюминиевой поверхности. Внедренные частицы становятся маленькими катодами, которые разъедают окружающий металл.
• Пропуск изоляции на одном или двух крепежах, потому что они выглядят защищенными. Единственный проводящий путь перезапускает пару.
• Соединение нержавеющих болтов с оцинкованными гайками и шайбами ​​на алюминиевой пластине создает непредсказуемую сборку из трех металлов.

Короткая проверка перед сборкой охватывает большинство из них: проверьте размер направляющего отверстия, убедитесь, что каждый крепеж во влажном месте имеет изолирующую втулку и шайбу, а также установите крутящий момент в соответствии с изолирующим оборудованием, а не в соответствии со спецификациями для голого металла.

Нержавеющая сталь и алюминий не являются невозможным сочетанием. В сухих, закрытых помещениях с хорошим покрытием гальваническая реакция достаточно медленная, чтобы ее можно было игнорировать. При эксплуатации во влажной, соленой или химически агрессивной среде достаточно быстро, чтобы разрушить алюминиевую сторону соединения за пару сезонов, даже если крепеж из нержавеющей стали все еще выглядит новым.

Принцип работы прост. Если соединение когда-либо намокнет, а алюминий является элементом конструкции, изолируйте его с помощью втулки и изолирующей шайбы, герметизируйте от стоячей воды и укажите марку, например SS316, где присутствуют хлориды. Если сборка остается сухой, те же детали из нержавеющей стали обычно прослужат дольше машины, которую они скрепляют.