Galvanisk korrosion i aluminium og rustfrit stål: Forebyggelse og valg af fastgørelsesmidler

En vedligeholdelsesleder på en solfarm ved kysten bemærker, at der dannes hvid, pulveragtig korrosion omkring rustfri stålbolte på aluminiumsmonteringsskinner. Inden for måneder begynder aluminiumet omkring boltehullerne at gro. Boltene ser fine ud, men strukturen bliver ædt væk fra kontaktområdet. Dette er galvanisk korrosion mellem aluminium og rustfrit stål, og det er en af ​​de mest almindelige blandede metalbefæstelsesfejl i marken.

Det korte svar er, at rustfri stålbefæstelser kan bruges på aluminiumskonstruktioner, men kun når samlingen er designet med det galvaniske par i tankerne. Uden ordentlig isolering vil aluminiumet korrodere fortrinsvis, fordi det sidder lavere på den galvaniske serie end rustfrit stål. At forstå, hvorfor dette sker, og hvordan man kontrollerer det, afgør, om en samling varer ti år eller fejler om ti måneder.

Hvad er galvanisk korrosion?

Galvanisk korrosion, også kaldet bimetallisk korrosion, opstår, når to forskellige metaller er i elektrisk kontakt med hinanden, og begge udsættes for en elektrolyt. Jo mere aktive metal bliver anoden og korroderer hurtigere end det ville alene; jo mere ædle metal bliver katoden og modtager beskyttelse.

Den galvaniske serie rangerer metaller og legeringer efter deres korrosionspotentiale i et givet miljø. Rustfrit stål sidder nær den ædle ende af skalaen, mens aluminium sidder væsentligt lavere. Jo længere fra hinanden to metaller er på den skala, jo stærkere er drivspændingen for korrosion.

I en samling af aluminium og rustfrit stål fungerer aluminium som anode. Elektroner strømmer fra aluminium til rustfrit stål gennem den metalliske kontaktvej, mens ionstrøm fuldender kredsløbet gennem elektrolytfilmen på overfladen. Aluminiumet opløses på anodiske steder og producerer de hvide, kalkholdige aluminiumhydroxidaflejringer, som feltingeniører hurtigt lærer at genkende.

Det, der overrasker mange ingeniører, er, at selve det rustfrie stål forbliver stort set uberørt. Skaderne er alle på aluminiumssiden af ​​parret. Det gør problemet snigende: fastgørelseselementerne ser stadig nye ud, mens strukturen stille og roligt forringes omkring dem.

Hvorfor aluminium og rustfrit stål kræver omhyggelig håndtering

Det passive kromoxidlag på rustfrit stål er hovedårsagen til, at legeringen opfører sig så ædelt. Denne usynlige film er selvhelbredende og meget modstandsdygtig over for kloridangreb, især i kvaliteter som 304 og 316. Aluminium bærer også et beskyttende oxidlag, men denne film er mindre stabil i nærvær af klorider og beskadiges let af slid, værktøj eller ekstreme pH-værdier.

Tre faktorer bestemmer, hvor alvorligt det galvaniske angreb vil være på en aluminium-rustfri stålkonstruktion:

1. Potentielle forskel. For aluminium mod rustfrit stål falder den åbne kredsløbs potentialforskel i havvand typisk mellem 0,5 og 0,7 volt, hvilket er nok til at drive betydelig strøm.
2. Elektrisk kontinuitet. Direkte metal-til-metal-kontakt giver elektroner en vej med lav modstand fra anoden til katoden.
3. Katode-til-anode arealforhold. Dette er den faktor, der fanger de fleste designere ude af vagt. En stor overflade af rustfrit stål forbundet med et lille aluminiumsområde frembringer hurtig, koncentreret korrosion. En stor aluminiumsoverflade med en lille fastgørelsesanordning i rustfrit stål korroderer derimod meget langsommere, fordi anodestrømtætheden er spredt over et bredt område.

Arealforholdsprincippet forklarer, hvorfor zonen umiddelbart under og omkring fastgørelseshovedet normalt er det første område, der viser gruber. Det forklarer også, hvorfor et massivt rustfrit stålbeslag boltet til et tyndt aluminiumspanel er en langt farligere kombination end en lille rustfri stålbolt, der føres gennem en stor aluminiumsramme.

Forhold, der fremskynder angrebet

Ikke enhver samling af aluminium-rustfrit stål fejler. Mange tørre, indendørs installationer kører i årtier uden synlige galvaniske skader. Korrosionshastigheden afhænger i høj grad af miljøet og af samlingens geometri.

Det farligste servicemiljø kombinerer vedvarende fugt med klorider: kystnære udendørs strukturer, swimmingpool rammer, marine dæk hardware og vej-eksponerede komponenter. Indendørs, klimakontrollerede miljøer leverer sjældent nok elektrolyt til at opretholde betydelig galvanisk strøm, hvilket er grunden til, at blandede metalbefæstelser bruges i vid udstrækning inde i bygninger uden uheld.

Sådan forhindrer du galvanisk korrosion mellem aluminium og rustfrit stål

Det tekniske princip er ligetil: enten bryde den elektriske kontinuitet mellem de to metaller, eller forhindre elektrolytten i at danne bro mellem dem.

Adskil metallerne med en barriere

Placer et ikke-ledende materiale mellem aluminiumsoverfladen og fastgørelseselementet i rustfrit stål. Nylonskiver, plastikpakninger og isolerende muffer, der dækker boltskaftet, er alle effektive. Barrieren skal strække sig over hele kontaktzonen, inklusive området under bolthovedet og møtrikkens overflade.

En flad skive i rustfrit stål isolerer ikke de to metaller, men den har stadig en vigtig beskyttende opgave. Det fordeler spændetrykket jævnt og forhindrer bolthovedet eller møtrikken i at skære igennem aluminiumoxidlaget. Et beskadiget oxidlag skaber et lille aktivt anodested, der intensiverer lokaliseret angreb, så en flad skive i korrekt størrelse under både hovedet og møtrikken bevarer integriteten af ​​aluminiumsoverfladen og sænker risikoen for sprækkekorrosion.

SS304 DIN125/GB97 M10 flade skiver til aluminiumssamlinger Disse præcisions 304 flade skiver i rustfrit stål, dimensioneret til M10 fastgørelseselementer, fordeler klemmebelastningen jævnt og beskytter aluminiumoxidlaget. Ideel til at reducere spaltekorrosionsrisiko i eksisterende enheder. Se produkt →

Forsegl samlingen

Påfør en tætningsmasse eller mastik rundt om fastgørelseshullet for at udelukke fugt. Hvis ingen elektrolyt når krydset, kan den galvaniske celle ikke fungere. Dette er ofte den mest praktiske eftermontering til eksisterende samlinger, men tætningsmassen skal efterses med jævne mellemrum, fordi den nedbrydes under UV-eksponering og mekanisk bøjning.

Minimer katodeområdet

Hold overfladen af rustfrit stål lille i forhold til aluminiumsanoden. Undgå at samle store plader af rustfrit stål, beslag eller flere fastgørelseselementer i et begrænset område, fordi hver ekstra katodeoverflade øger behovet for aluminium.

Design til dræning

Fjern vandlåse ved fastgørelsespunkter. Vandrette overflader, hvor vand samler sig mod en fastgørelsesanordning, er højrisikosteder. Vip samlingen eller tilføj drænkanaler, så fugt ikke kan sidde mod fastgørelseselementet og det omgivende aluminium.

Valg af fastgørelseselementer i rustfrit stål til aluminiumssamlinger

Når beslutningen kommer ned til en rustfri stålbolt på en aluminiumskonstruktion, er kvalitet, standard og fastgørelsesgeometri lige så vigtige som installationsdetaljerne.

Til almindelige aluminiumsrammer i beskyttede eller indendørs miljøer er SS304 sekskantbolte, der leveres til DIN933 eller GB5783, et gennemprøvet og økonomisk valg. De giver pålidelig korrosionsbestandighed, hvor chlorider ikke er en væsentlig faktor, og deres mekaniske egenskaber er godt afstemt med standard aluminiumsekstruderinger.

SS304 DIN933 M10 sekskantbolte til almindelig indendørs brug Disse A2-70 rustfrit stål sekskantede bolte er et praktisk valg til beskyttet aluminiumsramme og tilbyder pålidelig korrosionsbestandighed og stærk belastningskapacitet uden de højere omkostninger ved 316 rustfrit stål. Se produkt →

Ved kyst-, hav- eller kemiske processer er SS316 sekskantbolte den sikreste specifikation. Molybdæntilsætningen på 2 til 3 procent forbedrer pitting-modstanden i kloridmiljøer, hvilket direkte reducerer risikoen for lokalt angreb ved befæstelses-til-aluminium-grænsefladen. De højere materialeomkostninger er trivielle sammenlignet med omkostningerne ved at skære ud og udskifte korroderede aluminiumssektioner i marken. Vores sammenligning af 304 versus 316 rustfrit stål sekskantbolte forklarer præstationskløften i praktiske termer.

SS316 DIN933 M10 sekskantet hovedbolte til marine miljøer Disse sekskantede bolte er fremstillet af A4-80 rustfrit stål med molybdæn og giver overlegen modstandsdygtighed over for pitting i kloridrige kystnære eller kemiske processer, hvilket reducerer lokal korrosion ved fastgørelsesgevind. Se produkt →

Købere overser også den gevindskårne del af fastgørelseselementet. Trådroden er en sprække af natur, og den fanger fugt mod aluminiumsoverfladen. I en marin atmosfære kan en 304 bolt udvikle lavvandede gruber og rustlignende misfarvninger fra indlejrede jernpartikler, mens 316 typisk forbliver ren. Denne forskel betyder mest, når fastgørelsesgevindene passerer direkte gennem et hul i aluminiumselementet.

Indkøb og specifikationsrådgivning

Ved bestilling af fastgørelseselementer i rustfrit stål til aluminiumskonstruktioner skal standard, materialekvalitet og overfladetilstand udtrykkeligt specificeres. DIN933 for sekskantbolte, DIN934 for sekskantede møtrikker og DIN125 for flade skiver er anerkendt på tværs af internationale projekter. Spørg leverandøren om materialeprøvningscertifikater, der dækker kemisk sammensætning og, hvor det er nødvendigt, mekaniske egenskaber.

Vær opmærksom på overfladefinish. Syltet og passiveret rustfrit stål modstår korrosion langt bedre end rullet eller forkert rengjort materiale. Billige fastgørelseselementer, der sælges som rustfrit, er nogle gange lavet af lavkvalitetsstål med et tyndt kromlag; passiveringstest eller et simpelt magnettjek kan afskærme de værste af disse.

For større projekter skal du arbejde med en producent, der kan levere bolte, møtrikker, skiver og gevindstænger fra én produktionslinje med ensartet sporbarhed. En pålidelig leverandør vil også anbefale de korrekte skivestørrelser, gevindlængder og drejningsmomentværdier, som alle påvirker den langsigtede ydeevne af en aluminiumsboltforbindelse. Den komplet fastgørelseskatalog dækker sekskantede bolte, møtrikker, spændeskiver, gevindstænger og andre fastgørelseselementer i rustfrit stål med fulddimensionelle data.