- Galvanísk tæring á sér stað þegar tveir ólíkir málmar eru í rafsambandi í röku umhverfi. Minna göfuga málmurinn (skautið) tærist hraðar en hann myndi einn og sér; sú göfugri (bakskautið) er varið.
- Þrennt er krafist samtímis: tveir ólíkir málmar, rafsnerting á milli þeirra og sameiginlegur raflausn. Brjóttu einhvern og ferlið hættir.
- Salt og strandumhverfi flýta því verulega — salt eykur leiðni raflausnarinnar og brýtur niður óvirku filmurnar sem annars vernda málminn.
- Flatarmálshlutfallið stillir hraðann: lítið rafskaut sem er tengt stóru bakskauti er étið í burtu hratt og staðbundið.
- Það er hægt að koma í veg fyrir það — með rafeinangrun, vísvitandi efnisvali, fórnarskautum, eða með því að velja málmlaust efni sem getur ekki tekið þátt í frumunni.
Hvað er galvanísk tæring?
Galvanískt tæring er hraða tæringin sem verður þegar tveir ólíkt málmar eru í rafmagnssnertingu þegar raflausn er til staðar - venjulega vatn sem inniheldur uppleyst sölt. Samsetningin myndar galvanískan klefa, í raun litla rafhlöðu, þar sem annar málmur neyðist til að tærast hraðar en hann myndi sjálfur á meðan hinn er varinn. (TWI)
Mismunandi rafskautstraumar í raunverulegu umhverfi knýja galvanískan straum. Þessi grein fjallar um pör af ólíkum málmum. Einn málmur getur einnig þróað staðbundin anodic og kaþódísk svæði með mismunandi súrefnisaðgengi eða yfirborðsástandi; notkun á einum málmi útilokar því ekki aðra rafefnafræðilega tæringu.
Fyrirbærið er stundum kallað bimetallic tæring eða snertistæring. Það er ein algengasta ástæða þess að mannvirki utanhúss eldast of snemma, sérstaklega í innviðum þar sem mismunandi málmar eru tengdir saman: handrið, staura, festingar, kapaltengingar og ljósabúnað. Skaðlegi hlutinn er að hver málmur gæti verið fullkomlega viðeigandi einn og sér - það er samsetningin sem skapar vandamálið. Ryðfrír bolti og álhluti virka hvor um sig vel, en saman í salthlaðin raka lofti verða þau að tæringarklefa.
Hvernig verður galvanísk tæring til?
Til að skilja gangverkið er auðveldast að fylgjast með því sem gerist í frumunni. Fjórir hlutir gerast samtímis og þeir eru háðir hver öðrum:
- Oxun á sér stað við forskautið. Minni eðalmálmur losar rafeindir og fer í lausn sem jónir. Fyrir ál og járn í sömu röð: Al → Al3+ + 3e− og Fe → Fe2+ + 2e−. Þetta er þar sem efni tapast í raun.
- Rafeindirnar ferðast í gegnum málmsnertingu frá rafskautinu að bakskautinu. Án leiðandi tengingar milli málmanna er engin leið fyrir rafeindirnar og engin fruma.
- Minnkun á sér stað við bakskautið. Í hlutlausu, loftblanduðu vatni minnkar uppleyst súrefni: O2 + 2H2O + 4e− → 4OH−. Bakskautið eyðir rafeindunum sem rafskautið gefur frá sér, en bakskautmálmurinn sjálfur er ekki brotinn niður.
- Jónarnir loka hringrásinni í gegnum raflausnina. Jákvæðar og neikvæðar jónir hreyfast í vökvanum og klára hringrásina. Þetta er þar sem raki og salt koma inn.
Straumurinn sem rennur er kallaður tæringarstraumur, og það er bein mælikvarði á hversu hratt rafskautið er brotið niður. Það sem knýr strauminn er möguleika munur milli málmanna — mismunandi tilhneiging þeirra til að losa rafeindir. Rétt eins og spennan í rafhlöðu: því meiri sem munurinn er, því kröftugar knýr fruman eigin tæringu.
Skilyrðin þrjú í reynd
Hægt er að draga saman allan vélbúnaðinn í þremur skilyrðum sem þarf að uppfylla samtímis. Þetta er líka lykillinn að því að koma í veg fyrir það: fjarlægðu eitthvert einstakt ástand og fruman getur ekki myndast.
| Ástand | Skýring |
|---|---|
| Tveir ólíkir málmar | Málmar af mismunandi göfgi (mismunandi staðsetningar í galvanískri röð). Því meiri sem munurinn er, því sterkari er drifkrafturinn. Eins málmur á móti eins málmi myndar enga galvaníska frumu. |
| Rafmagnssnerting | Málmarnir verða að vera raftengdir svo rafeindir geti ferðast á milli þeirra - bein snerting, bolti, klemma eða sameiginleg festing er nóg. |
| Algengur raflausn | Jónleiðandi vökvi sem brúar málma: vatn, þéttingu, regn og sérstaklega saltlausn. Án raflausnar er hringrásin aldrei lokuð og enginn tæringarstraumur flæðir. |
Galvaníska röðin
Hvaða málmur verður að rafskautinu og hvaða bakskaut ræðst af staðsetningu þeirra í galvanísk röð — röðun málma eftir því hversu göfugir þeir eru í tilteknum raflausn, venjulega sjó. Göfugari málmurinn (hærra) verður bakskautið og er varið. Sá sem er minna göfugur (neðar niður) verður rafskautið og er fórnað.
| Málmur / álfelgur | Hlutverk í reitnum |
|---|---|
| Grafít, títan | Mjög göfugt — sterkt bakskaut, varið |
| Ryðfrítt stál (passívt), kopar, brons | Noble — virkar sem bakskaut |
| Tini, blý, steypujárn, mildt stál | Millistig |
| Álblöndur | Grunnur — virkar sem rafskaut, tærir |
| Galvaniseruðu stál (sink) | Mjög lágt — fórnandi |
| Magnesíum | Mest bas — fórnað fyrst |
Röðin hér að ofan er einfölduð. Raunveruleg staða fer eftir málmblöndu, hitastigi, súrefnisinnihaldi og óvirkri filmu. Eitt mikilvægt smáatriði: ryðfríu stáli er göfugt aðeins svo lengi sem óvirk oxíðfilma þess er ósnortinn. Í súrefnissvelta sprungu, þar sem óvirka filman getur ekki myndast aftur, getur sama ryðfría stálið orðið töluvert minna göfugt (virkt) og hegðað sér mjög öðruvísi. Galvanískri röð (mæld í alvöru raflausn) ætti því ekki að rugla saman við hreina rafefnafræðilegu (EMF) röð staðlaðra straumspenna, sem gerir ekki grein fyrir passivering.
Hvaða málmar tærast fyrst?
Það er alltaf minna-göfugt málmur í parinu sem fórnað er. Í reynd þýðir þetta að ál og sink tærist þegar það er tengt við ryðfríu stáli eða kopar, þar sem þeir síðarnefndu eru göfugri. Magnesíum er svo grunnt að því er fórnað gegn næstum hverju sem er - eign sem er vísvitandi nýtt í fórnarskautum (meira um það hér að neðan). Málið er að málmur er ekki „tæringarhættur“ í sjálfu sér; það er staða þess miðað við hinn málminn sem ræður.
Hvers vegna saltvatn og strandumhverfi flýta fyrir tæringu
Hreint vatn leiðir rafmagn illa. Um leið og það inniheldur uppleyst sölt - umfram allt klóríð úr sjávarsalti og vegasalti - eykst leiðni þess verulega. Betri leiðni þýðir meiri tæringarstraum, sem þýðir hraðari niðurbrot á rafskautinu. Það eru fyrstu og mikilvægustu áhrifin.
Önnur áhrifin eru að minnsta kosti jafn mikilvæg: klóríð brjóta niður óvirkar filmur. Málmar eins og ál og ryðfrítt stál eru venjulega varin með þunnri, sjálfgræðandi oxíðfilmu. Klóríðjónir komast í gegnum þessa filmu á staðnum og hefja hana hola — staðbundnar árásir sem bárust niður í efnið. Í galvanískri frumu styrkja áhrifin tvö hvort annað.
Strand-, hafnar-, sjávar- og vegasalt-útsett umhverfi getur aukið hættuna á galvanískri tæringu með meiri salthleðslu, lengri bleytu og endurteknum hita- og rakalotum. Nærvera og leiðni raflausnarinnar er breytileg eftir raka, saltstyrk, hitastigi, frárennsli og þurrkun; það er ekki alltaf til staðar eða jafn leiðandi. Tæringarhraði fer einnig eftir efnissamsetningu, málmblöndu, flatarhlutfalli rafskauts og bakskauts, rúmfræði samskeyti og raunverulegri útsetningu.
ISO 12944-2:1998 notaði C5-M fyrir mjög mikla tæringu í andrúmslofti sjávar, en ISO 12944-2:2017 notar C5 og CX. Flokkarnir lýsa tæringu andrúmslofts umhverfis innan ryðvarnar stálvirkja með hlífðar málningarkerfum; þetta eru ekki ljósaflokkar, vöruvottanir eða prófunaraðferðir. Lestu meira um merkingu tilnefninganna og skjölin sem krafist er í IP66, IK10 og C5-M. (ISO 12944-2:2017)
Flatarmálshlutfallið — lítið rafskaut, stór bakskaut
Einn af þeim þáttum sem mest er misskilið er rúmfræði. Það er ekki bara sem málmar mætast, en hversu stór yfirborð þeirra er miðað við annan. Tæringarstraumurinn sem bakskautið rekur verður að gleypa rafskautið. Ef rafskautið er lítið þá safnast allur straumurinn á lítið svæði - straumþéttleikinn verður mikill og efnið er étið í burtu mjög fljótt þarna.
Lítið óvarið rafskaut tengt stóru bakskauti getur orðið fyrir miklum tæringarstraumþéttleika og þéttu efnistapi. Stærra rafskaut miðað við bakskautið er oft hagstæðara en tryggir ekki hæga eða yfirborðslega árás. Raflausn, aðgerðaleysi, súrefnisaðgangur og rúmfræði liða hafa áhrif á útkomuna.
Þetta gefur einfalda hönnunarreglu: ef sameina þarf ólíka málma, láttu festingarnar (smáhlutana) vera úr göfugri málmur. Ryðfríir boltar í álbyggingu eru viðráðanlegir - litla bakskautið takmarkar hraðann. Álboltar í ryðfríu burðarvirki eru aftur á móti klassísk hönnunarvilla, því litla skautið étast hratt í burtu.
Galvanísk tæring í götulýsingu og innviðum
Innviðir utandyra eru fullir af málmsamsetningum og þar af leiðandi af galvanískum frumum. Ljósastaurar og ljósabúnaður eru utandyra allan sólarhringinn, allt árið um kring, oft í nákvæmlega því umhverfi við ströndina og við vegi þar sem salt er til staðar. Nokkrir dæmigerðir áhættupunktar:
- Festingar: ryðfríir boltar og skrúfur í álhúsum eða álstöngum - algengasta samsetningin af öllu og stöðug uppspretta staðbundinnar tæringar í kringum festingarnar.
- Stöng við grunn og aðgangshurðir: ólíkir málmar í staurhurðum, jarðtengingarbúnaði og festingum þar sem regn og vegasalt safnast saman.
- Kapaltengingar: koparstrengur sem er tengdur beint við ál (Al/Cu samskeyti) er alræmdur fyrir galvaníska tæringu ásamt oxíðsöfnun. Það rýrir snertingu, eykur viðnám og getur leitt til hita og truflana.
- Hafnir, brýr, iðnaður og sjávarinnviðir: umhverfi með stöðugri salthleðslu, þar sem sérhver málmbreyting er hugsanleg fruma.
Þetta eiga það sameiginlegt að tæring á sér sjaldan stað á miðju sléttu yfirborði, heldur einmitt við skiptingarnar - þar sem tvö efni, og oft rakavasi, mætast. Það er líka þar sem lampi eða staur byrjar venjulega að sýna aldur sinn fyrst. Meira um undirliggjandi kerfi í Af hverju lampahús tærast.
Ál og ryðfrítt stál
Ryðfrítt stál í óvirku ástandi er greinilega göfugra en ál. Álið verður því rafskautið og er fórnað. Samsetningin er mjög algeng - ryðfríar festingar í álbyggingum - og virkar þolanlega svo lengi sem ryðfríið (bakskautið) er lítið miðað við álið. Í saltumhverfi hraðar árásin hins vegar í kringum boltana og einangrun eða þéttingu er þörf fyrir langtíma endingu.
Ál og galvaniserað stál
Galvaniseruðu stál hefur yfirborð úr sinki, sem er minna göfugt en ál. Upphaflega er samsetningin því tiltölulega góðkynja: sinkið er fórnandi og tærist fyrst og verndar bæði stálið og álið. Áhættan kemur síðar - þegar sinklagið er neytt er aðeins stálið afhjúpað og stál er göfugra en ál. Þá snýst dæmið við og álið fer að fórna. Þannig að samsetningin er betri en margir gera ráð fyrir til skamms tíma, en ætti samt að fylgjast með til lengri tíma litið.
Ál og kopar
Kopar er talsvert göfugra en ál og mögulegur munur er mikill. Það gerir samsetninguna einna árásargjarnustu í verklegri rafmagnsverkfræði. Ál sem er tengt beint við kopar - sérstaklega í rafmagnstengingum utandyra - tærist fljótt og árásin er oft sameinuð einangrandi oxíði sem rýrir rafsnertingu. Því ætti að forðast bein Al/Cu tengingar eða gera þær með sérstökum umbreytingum og samskeyti.
| Efnissamsetning | Áhætta | Athugasemd |
|---|---|---|
| Ál – kopar | Hár | Mikill möguleikamunur. Klassískt vandamál í Al/Cu kapaltengingum; oxíð brýtur einnig niður snertingu. |
| Ál – ryðfríu stáli | Miðlungs–hátt | Ryðfrítt er bakskautið; álið tærir, mikið í salti. Lítið bakskaut / stórt rafskaut takmarkar hraðann. |
| Milt stál – kopar | Hár | Stálið verður rafskautið og ryðgar fljótt í raka þegar það er tengt við göfugri kopar. |
| Sink / galvaniseruðu – kopar | Hár | Sink er mjög anódískt fyrir kopar og eyðist hratt. |
| Ál – galvaniseruðu stál | Lágt (upphaflega) | Sinkið er fórnandi og nálægt áli í röðinni. Áhættan eykst þegar sinkið er neytt. |
| Ryðfrítt stál – kopar | Lágt | Náið saman í röðinni; lítill drifkraftur og hæg tæring. |
Hvernig er komið í veg fyrir galvaníska tæringu
Vegna þess að galvanísk tæring krefst þriggja skilyrða samtímis er nóg að brjóta aðeins eina þeirra til að stöðva ferlið. Þetta gefur nokkrar mögulegar aðferðir, sem oft eru sameinaðar:
| Aðferð | Áhrif |
|---|---|
| Rafmagns einangrun (einangrandi þvottavélar, ermar, þéttingar) | Brýtur rafeindaleiðina milli málmanna — engin galvanísk fruma getur myndast. |
| Velja málma nálægt í galvanískri röð | Lítill möguleikamunur gefur veikan drifkraft og hæga tæringu. |
| Húðun og þétting (málning, þéttiefni) | Kemur í veg fyrir að raflausnin nái til málmsins og loki hringrásinni — svo framarlega sem lagið er óslitið. |
| Fórnarskaut (kaþódísk vernd) | Enn síður göfugur málmur er tengdur og vísvitandi fórnað, sem verndar bygginguna. |
| Hagstætt flatarmálshlutfall (stór rafskaut, lítil bakskaut) | Dreifir árásinni yfir stærra svæði og lækkar tæringarhraðann. |
| Frárennsli og minni rakasöfnun | Án þráláts raflausnar flæðir enginn tæringarstraumur. |
| Málmlaust / einangrunarefni | Tekur alls ekki þátt í frumunni — vélbúnaðurinn getur ekki átt sér stað. |
Fórnarskaut eiga skilið að fá eigin athugasemd, vegna þess að meginreglan er svo skýr. Á bátum, í vatnshitara og á sjávarstálvirkjum eru kubbar úr sinki, áli eða magnesíum. Þetta verður vísvitandi mesta anodíska yfirborðið í kerfinu og er fórnað á meðan skrokkurinn, skrúfan eða tankurinn er varinn. Skipt er um rafskautið með millibili - það er neysluhlutur. Það er galvanísk tæring snúið að kostum.
Hvers vegna rafeinangrandi efni útrýma galvanískri tæringu
Rafeinangrandi glertrefja SMC virkar ekki sem rafskaut í galvanísku pari. Leiðandi samsett efni, þar á meðal koltrefjasamsett efni, geta tengt galvanískt við málma. Málmfestingar á SMC-lampahús krefjast samt eigin samhæfismats. (TWI)
Algjör rafeinangrun truflar galvaníska hringrásina á meðan hún er ósnortinn. Þvottavélar, múffur og húðun skal hanna og athuga þannig að engin önnur leiðandi tenging fari framhjá þeim. Einangrandi lampahús fjarlægir húsið frá hjónunum, en verndar ekki sjálfkrafa alla málmhluta í samsetningunni.
Forrit — POLAB VALDUR
Þetta er ein ástæða þess Hús VALDUR ljósabúnaðurer úr SMC-samsettu efni frekar en málmi. Hús sem ekki er úr málmi getur ekki verið hluti af galvanískum klefa, sem útilokar galvaníska tæringu í húsinu sjálfu frekar en að tefja það bara - sérstaklega dýrmætt í strand- og vegaumhverfi. Festingar eru úr sýruheldu 316 ryðfríu stáli. Meira um efnislega hugsun: SMC, ál og steypujárn og efnissíða.
Algengar ranghugmyndir
- „Ryðfrítt ryðgar aldrei.“ Ryðfrítt getur orðið fyrir gryfju- og sprungutæringu í klóríðumhverfi og sem göfugt bakskaut getur það einnig flýta fyrir tæringu á aðliggjandi minna göfugum málmum.
- „Ál ryðgar ekki, svo það tærist ekki.“ Ál myndar ekkert ryð (sem er járnoxíð), en það tærir - það myndar áloxíð og verður fyrir gryfju, sérstaklega galvanískt og í salti.
- „Galvanísk tæring er það sama og venjulegt ryð.“ Nei Ryð er oxun járns. Galvanísk tæring er vélbúnaður sem getur haft áhrif á málma sem ryðga ekki.
- „Aðeins gæði málmsins skipta máli.“ Samsetningin og rúmfræðin (flatarmálshlutfallið) eru að minnsta kosti jafn mikilvæg og gæði hvers málms.
- „Málning leysir allt.“ Galli í húðun á rafskautshliðinni getur skilið eftir lítið óvarið rafskaut tengt stóru bakskauti og einbeitt árásinni. Staðsetning húðunar, samfella og rafeinangrun þarf að meta saman. (TWI)
Samantekt
Galvanísk tæring er ekki efnisgalli heldur fyrirsjáanlegt rafefnafræðilegt ferli. Það gerist þegar tveir ólíkir málmar eru raftengdir í sameiginlegum raflausn og minna göfuga málminum er fórnað. Salt og raki gera það hraðari, rúmfræði ákvarðar hvar og hversu hart það slær, og það er alltaf hægt að koma í veg fyrir það með því að brjóta eitt af þremur skilyrðum.
Lykilatriði
- Þrjár skilyrði eru nauðsynlegar samtímis: tveir ólíkir málmar, rafmagnssnerting og raflausn. Brjóttu einn — stöðvaðu tæringuna.
- minna-göfugt málmi (skautinu) er fórnað; sú göfugri (bakskautið) er varið.
- Salt- og strandumhverfi flýta því verulega með betri leiðni og niðurbrotnum óvirkum filmum.
- Lítið rafskaut á móti stóru bakskauti gefur hröðustu árásina — hafðu í huga flatarhlutfallið í hönnuninni.
- Einangrunarefni geta truflað galvaníska hringrásina; leiðandi samsett efni og málmfestingar þurfa eigin mat.
Algengar spurningar
Getur ál ryðgað?
Ál ryðgar ekki í ströngum skilningi — ryð er járnoxíð. En ál tærir: það myndar áloxíð og getur orðið fyrir gryfju, sérstaklega galvanískt og í klóríðríku umhverfi eins og strandsvæðum og vegasöltuðum svæðum.
Er ryðfrítt stál alltaf betra?
Ekki alltaf. Ryðfrítt stál er göfugt og verður bakskaut í galvanískum klefa, sem getur flýtt fyrir tæringu á aðliggjandi minna göfugum málmum eins og áli. Ryðfrítt getur einnig orðið fyrir gryfju- og sprungutæringu í klóríðríku umhverfi þegar óvirka kvikmyndin brotnar niður.
Hvers vegna er ráðist á áli við hlið ryðfríu stáli?
Ál er minna göfugt (skautið) og ryðfrítt er göfugra (bakskautið). Þegar þeir eru í rafmagnssnertingu og raki eða salt lokar hringrásinni myndast galvanísk klefi þar sem álið er fórnað og tærist hraðar en það eitt og sér.
Þarf það að vera saltvatn fyrir galvaníska tæringu?
Nei. Sérhver raflausn - jónleiðandi vökvi sem lokar hringrásinni - er nóg. Rigning, þétting og rakt loft virkar allt, en hreint eða ferskt vatn leiðir illa, svo ferlið er hægt. Salt (klóríð) eykur leiðni verulega og brýtur einnig niður óvirkar hlífðarfilmur - þess vegna er galvanísk tæring mun hraðari í strand-, hafnar- og vegasaltuðu umhverfi. Salt er ekki skilyrði, heldur þáttur sem getur flýtt fyrir árás.
Hvernig forðastðu galvaníska tæringu?
Með því að rjúfa að minnsta kosti eitt af þremur skilyrðum: Rafeinangraðu málma (einangrandi skífur, múffur, þéttingar), veldu málma þétt saman í galvanískri röð, innsigli eða húðaðu yfirborð, notaðu fórnarskaut - eða veldu einangrandi efni sem ekki er úr málmi sem getur ekki tekið þátt í klefanum.
Getur samsett efni orðið fyrir galvanískri tæringu?
Það fer eftir samsetningunni. Rafeinangrandi glertrefja SMC virkar ekki sem rafskaut í galvanísku pari. Leiðandi samsett efni, þar á meðal koltrefjasamsett efni, geta tengt galvanískt við málma. Málmfestingar á SMC-lampahús krefjast samt eigin samhæfismats. (TWI)
Af hverju eru fórnarskaut notuð á báta?
Fórnarskaut er bútur úr enn minna göfugum málmi - venjulega sink, ál eða magnesíum - tengt við skrokk, skrúfu og drif. Rafskautið verður mest anodic yfirborðið og er fórnað, verndar dýrari uppbyggingu. Þetta er kallað kaþódísk vernd.
Er galvanísk tæring það sama og venjulegt ryð?
Nei. Ryð er sérstaklega oxun járns. Galvanísk tæring er vélbúnaður þar sem tveir ólíkir málmar mynda frumu og þeim sem er minna göfugt er fórnað. Það getur haft áhrif á málma sem ryðga ekki, eins og ál og sink.
Tengdar greinar