Reaktion af aluminium og rustfrit stål: Sådan forhindres galvanisk korrosion

På en solcellegård fortalte vedligeholdelsesjournalerne en velkendt historie. Hvide, kalkholdige aflejringer spredte sig rundt om rustfri stålbolte på aluminiumsmonteringsskinner, og gruber var begyndt under hvert bolthoved. Dette er aluminium- og rustfrit stål-reaktionen i praksis, og det er en af ​​de mest almindelige årsager til for tidlig svigt i blandede metalkonstruktioner. Reaktionen betyder ikke, at de to metaller aldrig kan bruges sammen. Det betyder, at samlingen skal designes med en klar forståelse af galvanisk korrosion, hvilket er præcis, hvad denne artikel giver.

Hvad er reaktionen i aluminium og rustfrit stål faktisk

Reaktionen af aluminium og rustfrit stål er en form for galvanisk korrosion, også kaldet bimetallisk korrosion. Når de to metaller er i elektrisk kontakt, og begge udsættes for en elektrolyt, hvad enten det er havsprøjt, regnvand, kondens eller blot vedvarende fugt, danner de et galvanisk par. Aluminium, det mindre ædle metal, bliver anoden og begynder at frigive metalioner. Rustfrit stål, det mere ædle metal, bliver katoden. Elektroner rejser fra anoden til katoden gennem den metalliske forbindelse, og elektrolytten fuldender det elektriske kredsløb. Resultatet er, at aluminium korroderer langt hurtigere, end det ville gøre alene.

Dette er ikke et kemisk angreb fra rustfrit stål på aluminium. Det rustfri stål fungerer simpelthen som en stor, effektiv katode, der accelererer aluminiumets naturlige korrosion. De synlige tegn er karakteristiske: hvide eller grå korrosionsprodukter på aluminiumsoverfladen, gruber omkring fastgørelseshovedet eller skiven, og i alvorlige tilfælde et gradvist tab af klemkraft, når aluminiumet mister tykkelsen.

De tre betingelser, der skal være til stede

Galvanisk korrosion er ikke automatisk. Det kræver tre samtidige betingelser, og fjernelse af en af ​​dem stopper reaktionen.

• Elektrisk kontakt. De to metaller skal forbindes gennem en ledende bane. En bolt af rustfrit stål, der er drevet ind i en aluminiumsskinne, eller et aluminiumsbeslag fastspændt af en rustfri stålmøtrik, giver præcis den vej.
• En elektrolyt. En ledende væske skal bygge bro mellem de to overflader. Saltvand er den mest aggressive elektrolyt, men regnvand, kondensering og endda fugt absorberet under en belægning kan drive reaktionen med en meningsfuld hastighed.
• En forskel i elektrokemisk potentiale. Metallerne skal være forskellige i deres tendens til at korrodere. Aluminium og rustfrit stål adskiller sig med ca. en halv volt i havvand, hvilket er mere end nok til at opretholde betydelig korrosion.

Den praktiske konsekvens er ligetil: Hold metallerne tørre, hold dem elektrisk adskilt, eller accepter, at aluminiumet vil korrodere. Enhver effektiv forebyggelsesmetode angriber en af ​​disse tre tilstande.

Hvorfor aluminium altid er offermetallet

Hvert metal har en position på den galvaniske serie, som rangerer materialer efter deres korrosionspotentiale i et givet miljø. I havvand sidder rustfrit stål godt over aluminium. Det betyder, at rustfrit stål er katoden, og aluminium er anoden, når de to er forbundet i en våd samling.

En nuance er værd at kende. Rustfrit stål er kun ædelt, mens dets passive oxidlag er intakt. Inde i en iltfattig spalte, såsom mellemrummet under et bolthoved eller mellem tæt fastspændte overflader, kan rustfrit stål miste sit passive lag og blive aktivt. Derfor opstår sprækkekorrosion på rustfri fastgørelseselementer, selv uden aluminium til stede. I et vejrudsat aluminium-stål-par er det praktiske resultat dog konsekvent: aluminium er det metal, der taber materiale.

Når aluminium og rustfrit stål kan bruges sammen sikkert

Reaktionen af aluminium og rustfrit stål er ikke uundgåelig. Utallige blandede metalkonstruktioner har givet lange levetider, fordi betingelserne for galvanisk korrosion aldrig blev opfyldt.

• Indendørs, tørre miljøer. Et opvarmet, ventileret interiør giver sjældent nok elektrolyt til at opretholde galvanisk korrosion, så parret kan forblive inaktive i årtier.
• Forseglede samlinger. Hvis grænsefladen er belagt med et kompatibelt tætningsmiddel eller adskilt af en fugtudelukkende barriere, kan elektrolytten ikke nå krydset, og kredsløbet forbliver åbent.
• Et gunstigt arealforhold. Når aluminiumsdelen er stor, og rustfri ståldelen er lille, spredes den galvaniske strøm over en bred aluminiumsoverflade, så den lokale korrosionshastighed kan være acceptabel for den tilsigtede levetid. Det farlige tilfælde er det modsatte: En lille aluminiumskomponent fastgjort til en stor rustfri stålstruktur koncentrerer al korrosionen på en lille anode og svigter hurtigt.

For udendørs- eller marineservice er den konservative antagelse, at fugt i sidste ende vil være til stede. I solreoler, arkitektonisk beklædning, bådbeslag og industrielt udstyr udsat for vejret er forebyggelse et designkrav snarere end en mulighed.

Sådan forhindres galvanisk korrosion i blandede metalsamlinger

Den mest pålidelige måde at stoppe galvanisk korrosion på er at afbryde det elektriske kredsløb mellem de to metaller eller at holde elektrolytten væk fra krydset. Flere tiltag fungerer godt i kombination.

1. Isoler med ikke-ledende barrierer. En nylon- eller fiberskive under fastgørelseshovedet i rustfrit stål, kombineret med en isoleringsmuffe over boltskaftet, forhindrer direkte metal-til-metal-kontakt. Dette er den mest effektive metode.
2. Forsegl samlingen. En polysulfid-, polyurethan- eller butylforsegling påført rundt om fastgørelseshovedet og langs fugekanten udelukker fugt og adskiller overfladerne fysisk.
3. Brug belægninger med forsigtighed. Pulverlakering eller maling af aluminium før montering tilføjer en barriere, men enhver ridse eller chip kan skabe en lokal anode. Belægninger bør aldrig være den eneste forsvarslinje.
4. Design til dræning. Placer samlingen, så vandet løber væk fra fastgørelseselementet i stedet for at samle sig omkring det.

En flad skive i rustfrit stål har en dobbelt rolle i dette system. Det spreder spændebelastningen over et bredere område, hvilket betyder noget på blødt aluminium, og det giver en glat bæreflade til møtrikken eller bolthovedet. Det stopper ikke i sig selv galvanisk korrosion, medmindre det er adskilt fra aluminiumet med et isolerende lag. Når den er parret med en nylonskive eller en tætningsperle, giver en 304 rustfri stålskive en lang levetid og ensartet spændeydelse.

SS304 Flad Skive til M10 Bolte, DIN125/GB97 Denne flade skive i 304 rustfrit stål spreder klembelastninger på blødt aluminium og giver en glat bæreflade, selvom galvanisk isolering stadig kræver et adskillelseslag. Se produkt →

Valg af den rigtige fastgørelsesanordning i rustfrit stål

Hvis designet kræver rustfrit stålbefæstelser i kontakt med aluminium, er de to standardvalg 304 (A2) og 316 (A4) rustfrit stål. Begge er austenitiske kvaliteter med langt bedre korrosionsbestandighed end kulstofstål, og begge sidder på lignende positioner på den galvaniske serie. Udvælgelsen ændrer ikke på parrets galvaniske adfærd. Ingen af ​​kvaliteterne er meningsfuldt bedre end den anden til at beskytte aluminiumet, så beslutningen handler i virkeligheden om, hvor godt selve fastgørelseselementet overlever i servicemiljøet.

304 rustfrit stål er standard for det meste industrielt og arkitektonisk arbejde. Det modstår atmosfærisk korrosion, ferskvand og en lang række kemikalier. Til en indlandssolcelle eller en bygningsfacade er en rustfri stålbefæstelse i klasse 304 et gennemprøvet og omkostningseffektivt valg. Både 304 og 316 er produceret efter DIN 933, GB5783 og ISO 4017 standarder, og vores guide til 304 versus 316 rustfrit stål sekskantbolte sammenligner de to karakterer mere detaljeret.

SS304 M10 sekskantet hovedbolt, DIN933 Standard En gennemprøvet, omkostningseffektiv 304 rustfri stålbolt til indlands- eller generelle miljøer, der tilbyder atmosfærisk korrosionsbestandighed og pålidelig bærende ydeevne til strukturelle forbindelser. Se produkt →

316 rustfrit stål tilføjer molybdæn, som forbedrer modstanden mod klorider. Kystinstallationer, bådbeslag og ethvert miljø, der er udsat for vejsalt, bør bruge 316 til fastgørelseselementerne, fordi fastgørelseselementet skal overleve monteringen under de mest krævende forhold. Som hovedregel er række fastgørelsesanordninger i rustfrit stål til blandede metalprojekter bør udvælges på basis af klorideksponering, ikke ud fra den antagelse, at en anden kvalitet på en eller anden måde vil beskytte aluminiumet.

For en kystinstallation er parring af en 316 sekskantmøtrik med en 316 bolt den mest pålidelige mulighed, især for gevindforbindelser, der vil blive inspiceret over tid. Korrosionsbestandighedsforskellen mellem 304 og 316 i en marin atmosfære er betydelig nok til at retfærdiggøre de højere omkostninger ved 316.

SS316 M10 sekskantmøtrik, DIN934 Standard En 316 rustfrit stål sekskantmøtrik med A4-80 kvalitet, designet til marine og kloridrige miljøer, der giver sikker fastspænding og langsigtet korrosionsbestandighed, når den er parret med 316 bolte. Se produkt →

Praktiske monteringsvejledninger

Blandede metalsamlinger mislykkes, når det grundlæggende springes over. Følgende sekvens har vist sig effektiv til solcellemontering, marinedækshardware, industrielle rammer og arkitektoniske aluminiumskonstruktioner.

1. Rengør begge falsende overflader inden montering. Fedt, grus eller ledende forurening kan skabe en korrosionscelle, selv når designet er korrekt.
2. Installer det isolerende lag først. Placer en nylonskive eller en tætningsperle under det rustfri stålfastgørelseshoved og på møtrikkens lejeflade.
3. Spænd til det nominelle moment. Overdrejning knuser det isolerende lag, forvrænger aluminiumet og efterlader samlingen sårbar over for både galvanisk korrosion og spændingsafspænding.
4. Inspicer efter den første sæson af eksponering. Tidlig korrosion fremstår som hvidt pulver eller svage gruber. Hvis det fanges, er løsningen en erstatningsskive og en klat tætningsmiddel, ikke en strukturel reparation.

Intet af dette bør afholde ingeniører og fabrikanter fra at bruge aluminium og rustfrit stål sammen. De to materialer fungerer godt som et system, når ovenstående regler følges. Aluminiumet korroderer kun, hvis det galvaniske kredsløb forbliver komplet, og det kredsløb er let at afbryde.