Galvanisk korrosion: Når forskellige metaller mødes

Hvad er galvanisk korrosion?

Du installerede en helt-ny rørledning i rustfrit stål i dit kemiske anlæg, der forbinder den med messingfittings og kobberbolte. Alt så perfekt ud i starten. Men blot seks måneder senere bemærkede du, at kobberkomponenterne var blevet grønne, messingbeslagene var revnede, og værst af alt - havde det dyre rustfri stålrør udviklet mærkelige huller i nærheden af ​​forbindelsespunkterne.

Hvad gik galt? Svaret er et fænomen kaldet galvanisk korrosion -, en af ​​de mest almindelige og omkostningsfulde former for materialenedbrydning i industrielle omgivelser. Det opstår, når to forskellige metaller er elektrisk forbundet og nedsænket i en ledende opløsning (såsom havvand, surt vand eller endda fugtig luft). Enkelt sagt: Når to forskellige metaller rører hinanden og bliver våde, begynder det ene metal at miste elektroner til det andet. Metallet, der taber elektroner, kaldes anoden - det korroderer. Metallet, der optager elektroner, kaldes katoden - det er beskyttet.

Denne proces er opkaldt efter Luigi Galvani, en italiensk fysiker, der opdagede fænomenet i 1780'erne. Mens han studerede frølår, der rykker med elektricitet, afslørede han utilsigtet et af de vigtigste principper inden for elektrokemi, som ingeniører stadig stoler på i dag.

Galvanisk korrosion (også kaldet bimetallisk korrosion) er en elektrokemisk proces, hvor et metal korroderer fortrinsvis, når det er i elektrisk kontakt med et andet metal i nærvær af en elektrolyt. Det mere aktive metal (større tendens til at korrodere) bliver til anoden og korroderer hurtigere, end det ville alene. Det mindre aktive metal bliver katoden og korroderer langsommere - eller slet ikke.

Galvanisk korrosion er især farlig, fordi den kan forårsage hurtig, lokaliseret skade. Mens generel korrosion spredes jævnt over en overflade, angriber galvanisk korrosion et specifikt område - krydset mellem to metaller - med koncentreret intensitet. En samling, der skulle holde i 20 år, kan svigte inden for 2 år, hvis de forkerte metaller er parret. De mest berørte brancher omfatter:

Marine- og offshoreteknik (havvand er en fremragende elektrolyt)

Kemiske og petrokemiske forarbejdningsanlæg

Elproduktion og afsaltningsanlæg

Arkitektur og konstruktion (uens metaltagbeklædning og fastgørelsessystemer)

Olie- og gasrørledninger og lagersystemer

The Galvanic Series: A Ranking of Metal Activity

Galvanic-serien (også kaldet EMF-serien eller galvanisk kompatibilitetsdiagram) rangerer metaller og legeringer baseret på deres elektrokemiske potentiale i havvand. Metaller i toppen (mere negativt potentiale) er anodiske (vil korrodere). Metaller i bunden (mere positivt potentiale) er katodiske (vil blive beskyttet). Jo større afstanden er mellem to metaller i serien, jo hurtigere vil den galvaniske korrosion opstå, når de kobles sammen.

Her er en forenklet galvanisk serie, der er relevant for rustfrit stål og nikkellegeringsindustrien:

Tstand 1: Simplified Galvanic Series in Seawater (Saturated Calomel Electrode Reference) - Kilde: ASTM G82 og NACE korrosionsdata

Praktisk regel:Når du vælger metalparringer, skal du vælge metaller, der støder op til den galvaniske serie (inden for 100 mV fra hinanden) for at minimere risikoen for galvanisk korrosion. En afstand på mere end 300 mV indikerer en høj-risikokombination.

Fire nøglefaktorer, der fremskynder galvanisk korrosion

Elektrolyttens rolle

Elektrolytten er væsken eller fugten, der leder ioner mellem anoden og katoden. Jo mere ledende elektrolytten er, jo hurtigere forløber galvanisk korrosion. Havvand er den mest aggressive elektrolyt - dets høje saltindhold (ca. 3,5 % salt) gør det til en fremragende leder. Dette er grunden til, at havmiljøer er de mest krævende for uens metalforbindelser. Andre almindelige elektrolytter omfatter: ferskvand (moderat ledningsevne), sure opløsninger (meget ledende og ætsende), fugtig luft (danner en tynd elektrolytfilm) og beton (alkalisk porevand accelererer indstøbt stålkorrosion).

Overfladearealforhold

De relative overfladearealer af anoden og katoden betyder enormt meget. En lille anode koblet med en stor katode er en farlig kombination. Hvorfor? Fordi den samme mængde korrosionsstrøm fordeles over et mindre anodeområde, hvilket forårsager mere koncentreret og hurtig skade.

Omvendt spreder en stor anode med en lille katode korrosionen over et større område, hvilket reducerer skadesraten. Eksempel: en lille rustfri stålskrue (katode) skruet ind i en stor aluminiumsplade (anode) forårsager hurtig aluminiumskorrosion ved gevindgrænsefladen. Men en stor zinkofferanode fastgjort til en stålkonstruktion korroderer langsomt og beskytter stålet i årevis.

Temperatur

Højere temperaturer fremskynder generelt elektrokemiske reaktioner. Når temperaturen stiger, øges vandets ledningsevne, ioner bevæger sig hurtigere, og korrosionshastigheden stiger. Der er dog en bemærkelsesværdig undtagelse: I nogle passiverede rustfri stålsystemer kan korrosionshastigheden falde ved meget høje temperaturer på grund af ændringer i oxidlagets stabilitet. Se altid materialedatabladet for temperatur-specifik adfærd.

Mekanisk design og mikrobiel indflydelse

Dårligt mekanisk design kan fange fugt og skabe sprækker, hvor elektrolyt ophobes. Disse sprækkekorrosionszoner bliver selv-vedvarende - elektrolytten indeni bliver mere koncentreret og ætsende over tid. Derudover kan mikrobiologisk påvirket korrosion (MIC) fremskynde galvanisk angreb, når bakteriekolonier dannes i sprækker, hvilket producerer lokale sure miljøer.

Casestudier i metalindustrien

Marinevarmevekslerfejl

Et kystafsaltningsanlæg brugte titaniumrør i en kobber-nikkel (Cu-Ni) legeringsskal. Selvom begge materialer blev valgt på grund af deres havvandsbestandighed, blev der dannet et galvanisk par mellem titanium og Cu-Ni. Inden for 18 måneder udviklede Cu-Ni-skallen alvorlig rillekorrosion ved rørpladens grænseflade. Grundårsag: titanium er væsentligt mere katodisk end Cu-Ni i havvand (+200 mV vs. +50 mV), hvilket skaber en stærk galvanisk drivkraft. Løsning: Installation af en ikke-ledende pakning mellem rørpladen og skallen brød det elektriske kredsløb og eliminerede det galvaniske par.

Hændelsen af ​​kemikalieopbevaringstanken

Et kemisk anlæg brugte en 316L rustfri ståltank til at opbevare saltsyre (HCl) opløsning. Tanken var udstyret med støtteben af ​​kulstofstål. Den sure elektrolyt fra HCl-opløsning byggede bro mellem kulstofstål (anode) og 316L rustfrit stål (katode). Kulstofstålbenene korroderede igennem på kun 8 måneder, hvilket skabte en kritisk sikkerhedsrisiko. Løsning: Udskiftning af kulstofstålben med 316L rustfrit stålbeslag og tilføjelse af en beskyttende belægning for at isolere eventuelle resterende kulstofstålkomponenter løste problemet.

Offshore Pipeline-historien

En offshore olieplatform brugte 254 SMO super austenitiske flanger af rustfrit stål forbundet med Hastelloy C-276 bolte i et havvandsservicemiljø. Ved første øjekast er begge meget korrosionsbestandige{10}}legeringer. 254 SMO sidder dog højere i den galvaniske serie end Hastelloy C-276, hvilket gør 254 SMO til anoden. Hastelloy C-276-boltene (katode) var beskyttet - men de dyre 254 SMO-flanger led selektiv korrosion ved bolthullets grænseflader. Løsning: Skift til Alloy 625 bolting (galvanisk tættere på 254 SMO) stoppede korrosionen og forlængede levetiden med anslået 15 år.

Hvordan forhindrer man galvanisk korrosion?

Materialevalgsstrategi

Den mest effektive forebyggelsesstrategi begynder på designstadiet. Brug følgende beslutningsramme:

Tabel 2: Galvanisk risikovurdering og retningslinjer for handling - Baseret på NACE SP0177 og ASTM G82 standarder

Isolering og isolering

Installation af ikke-ledende materialer mellem uens metaller er en af ​​de mest effektive og økonomiske forebyggelsesmetoder. Fælles løsninger omfatter:

Termoplastiske skiver (nylon, PTFE/Teflon) mellem flanger

Gummipakninger ved rørsamlinger

Ikke-ledende rørophæng og klemmer

Epoxy- eller polymerbelægninger på en eller begge metaloverflader

Dielektriske koblinger i rørsystemer

Katodisk beskyttelse

Til nedgravede eller nedsænkede strukturer er katodisk beskyttelse industri-standardløsningen. Der anvendes to tilgange:

Offeranodesystem: Fastgør et mere aktivt metal (zink, magnesium eller aluminiumslegering) til strukturen. Offeranoden korroderer i stedet for den beskyttede struktur. Fælles for offshore platforme, vandtanke og underjordiske rørledninger.

Imponeret strømsystem: Brug en ekstern strømkilde til at påføre en beskyttende jævnstrøm til strukturen og skifte den til en katodisk (beskyttet) tilstand. Bruges til store strukturer som skibsskrog og rørledninger med stor-diameter.

Designprincipper

Godt design kan eliminere galvanisk korrosion uden specielle materialer. Nøgleprincipper:

Undgå små anoder ved siden af ​​store katoder - brug store offeranoder eller afbalancer overfladearealer.

Design til dræning: Sørg for, at vandet ikke kan samle sig ved metalsamlinger.

Tillad inspektion: Begrav ikke uens metalsamlinger på utilgængelige steder.

Brug de samme-familiematerialer, når det er muligt: ​​rustfri stålbolte med rustfri stålflanger.

Påfør marine-belægninger (epoxy, polyurethan eller termisk spray-aluminium) på kulstofstålkomponenter i marine miljøer.

Materialeparringsvejledning til brugere af rustfrit stål og nikkellegering

For fagfolk, der arbejder medrustfrit stålog nikkellegeringsprodukter giver følgende tabel praktisk parringsvejledning baseret på brancheerfaring og korrosionsdata:

Tabel 3: Materialeparringsvejledning til industrielle anvendelser - Til brug som generel vejledning; konsulter altid en materialespecialist for specifikke serviceforhold

Oversigt

Tabel 4: Vigtige ting fra denne artikel

Konklusion

Galvanisk korrosion er et forudsigeligt, forebyggeligt og håndterbart fænomen. Det behøver ikke at være et mysterium eller en uundgåelig fare. Ved at forstå den galvaniske serie, kende dit miljø, anvende smarte designprincipper og vælge kompatible materialekombinationer, kan du forlænge dit udstyrs levetid betydeligt og reducere kostbare fejl.

PåJinie Technology (Jiangsu) Co., Ltd., har vi over 15 års erfaring med at hjælpe kunder med at vælge de rigtige materialer til krævende applikationer. Vores tekniske team forstår nuancerne af galvanisk kompatibilitet i havvand, sure og høje-temperaturer. Uanset om du har brug for 316L rustfri stålrør, Hastelloy C276 fittings eller super duplex flanger, leverer vi ikke kun produkterne -, men ekspertisen til at sikre, at de fungerer pålideligt under dine specifikke serviceforhold.

Hvis du har en specifik materialeudfordring eller har brug for teknisk vejledning om materialevalg til et korrosivt miljø, er vores ingeniører detklar til at hjælpe.

Kontakt os:Market@jnalloy.com|+86 1933 990 0211|www.jnalloys.com