Bimetallikorroosio
Bimetallikorroosio (myös kosketuskorroosio , galvaaninen korroosio ) on standardin DIN EN ISO 8044 mukainen korroosio, joka johtuu kahden eri metallimateriaalin tai muun elektroniä johtavan kiinteän aineen sähkökemiallisesta reaktiosta . Edellytys on erilainen sijainti sähkökemiallisissa sarjoissa , erilainen materiaalien korroosionkestävyys, niiden suora kosketus ja yleinen kostutus vesipitoisella korroosioväliaineella . Tämä luo galvaaninen korroosio-elementin , joka on verrattavissa oikosulkuun akku : Tämän seurauksena sähkön, vähemmän jalo (eli vähemmän korroosiota kestäviä) tuhotaan sähkökemiallinen poistaminen .
Tämän tyyppinen korroosio on havaittavissa esimerkiksi jokapäiväisessä elämässä
- kun ruuveja, muttereita, nauloja tai niittejä, jotka on valmistettu vähemmän jaloista metallimateriaaleista, ruostumattomasta teräksestä , messingistä tai kuparista valmistetuille osille
- kun kuparilangat kiinnitettiin yhteen alumiinijohtimien kanssa sähkövirran johtamiseksi. Myös metallien välisillä yhdisteillä , jotka johtuvat metallien kosketuksesta, on vaikutusta korroosioon.
- Kun vesiputkeen tai lämmitysjärjestelmään asennetaan erilaisia metallimateriaaleja (esimerkiksi kattilan lämmönvaihtimen putkien, syöttöjohtojen, lämpöpatterien ja aurinkokeräinten tapauksessa).
- Kattoon kiinnitetty kuparilevy on siis aina kiinnitetty kuparikynnillä.
Vaikka syyt ovat olleet tiedossa 1800-luvun alusta lähtien, bimetallikorroosio on toistuvasti johtanut vahinkoihin ja onnettomuuksiin.
reaktio
Kaksi erilaista sähkökosketuksessa olevaa metallia ovat nestemäisessä väliaineessa, koska elektrolyytti voi toimia normaalisti veteen liuenneiden suolojen kanssa elektrodeina . Koska eri elektrodin potentiaali , sähköjännite kerääntyy niiden välillä, niin että elektroneja atomeista vähemmän jalon metallin kulkeutumaan jalomman metallin ja sieltä johtaa reaktio elektrolyytin kanssa. Vastineeksi vähemmän jalometallin ionit reagoivat elektrolyytin kanssa. Oikosulku välillä metallien ja ionivirran elektrolyytissä luo suljetun piirin , joka määrittää, missä määrin hapetus : anodi on hapetettu ja vähitellen tuhoutuu, kun taas katodi on vähentää ja siten suojattu.
Sähköinen jännite materiaalien välillä riippuu ensisijaisesti eroa niiden standardi mahdollisuuksia, mikä voidaan nähdä siitä sähkökemiallisessa sarjassa , ja myös pitoisuudet komponenttien liuoksen ( Nernstin yhtälön ). Korroosio riippuu tosiasiallisesti virtaavasta virrasta , ts . Virrantiheydestä suhteessa pintoihin . Tasavirtaa ulkoisesta lähteestä voi vahvistaa tämän virran, mikä on tärkeää mikroelektroniikan .
Bimetallikorroosiota varten on täytettävä kolme edellytystä: sähkökosketin, elektrolyyttiliitäntä ja näiden kahden metallin välinen potentiaaliero. Suuren pinta-alan anodit ovat vähemmän alttiita korroosiolle kuin pienet katodit kuin päinvastoin. Suurempi potentiaaliero, jalo- ja perusmateriaalin kasvava pinta-ala, korkeammat lämpötilat ja lisääntyvä elektrolyytin aggressiivisuus (katso pH-arvo ) lisäävät korroosiovaikutusta.
Muita ilmenemismuotoja
Bimetallikorroosiota voi esiintyä myös seoksen komponenttien välillä, jos saostumat kiteiden raerajoille muodostavat paikalliselementin tai mikroelementin pinnalle . Esimerkki on grafiitti ja rauta valuraudassa : verrattuna rautaan, grafiitti toimii kuin jalometalli ja voi johtaa spongioosiin .
Jos jaloille ja perusmateriaaleille käytetään vuorotellen leikkaustyökaluja , perusmateriaalit voivat syöpyä jäljellä olevilla tai sisäänpuristetuilla hiukkasilla, kuten jauhamalla pölyä .
Materiaalin "siirtäminen" on myös korroosion perusta, joka on estettävä putkille tarkoitetulla ns. Virtaussäännöllä DIN 1988-7: Jos eri materiaalista valmistetut putket on kytketty ja putkessa on tarpeeksi happea , kuten esimerkiksi juomavedessä kerrostavat liuenneet kupari-ionit galvanoidulle teräkselle ja aiheuttavat siten bimetallikorroosiota. Tämän estämiseksi vähemmän jalometallit tulisi järjestää jalometallien eteen virtaussuuntaan.
suojaa
Bimetallikorroosion estämiseksi on kaksi strategiaa: joko yritetään estää elektrolyysi (passiivinen korroosiosuojaus ), tai sitä käytetään hallitusti (aktiivinen korroosiosuojaus).
Elektrolyysin estäminen
Elektrolyysiä ei voi tapahtua, jos materiaalien välinen sähköä johtava yhteys estetään eristämällä tai metallin ja elektrolyytin välinen kontakti estetään tiivisteellä .
Eri materiaaleista valmistettujen putkistojen suora kosketus estetään esimerkiksi ns. Erotus- tai eristysliittimillä tai erottamalla ruuviliitokset. Vastaavasti on olemassa alumiini-kupari-liittimiä sähköasennuksiin. Ne estävät alumiinin hajoamisen, mikä johtaa sähköisen vastuksen lisääntymiseen .
Suojaus sähköä johtavia nesteitä ( elektrolyyttejä ) vastaan voidaan tarjota pinnoitteella . Vaihtoehtoisesti kemikaalit ( korroosionestoaineet ) voivat vähentää elektrolyyttien tehokkuutta .
Jos elektrolyytti muodostuu ilmankosteuden vaikutuksesta , voidaan ilmankuivata tai estää kosteuden tiivistyminen .
Valitsemalla sopiva materiaali olemassa olevia potentiaalieroja voidaan vähentää alusta alkaen (katso putkilinjan rakentamisen virtaussääntö).
Jalometallikerroksella päällystys on tehokasta vain niin kauan kuin tämä kerros pysyy ehjänä; Jos vaurio on vähäinen, korroosiota esiintyy voimakkaammin. Tämä on ongelma, esimerkiksi kanssa peltiä ja ruoka-astiat tai kultaamiseksi vuonna hammastekniikan . Toisaalta, kun terästä suojaa vähemmän jalo sinkki (katso seuraava osa), paljas teräs on suojattu korroosiolta, vaikka sinkkikerros olisi hieman vaurioitunut.
Aktiivinen korroosiosuojaus
Elektrolyysin hallittu käyttö tapahtuu "aktiivisilla" suojatoimilla:
- Bimetallikorroosio rajoittuu tähän käyttämällä esimerkiksi ankkia , joka on valmistettu sinkistä tai magnesiumista . Suojattavasta materiaalista tehdään siten katodi ( katodisuoja ). Uhri-anodeja käytetään tyypillisesti alusten ulkopinnalla sekä putkistojen ja nestesäiliöiden sisäseinillä .
- Samoin aktiivisen päällysteen seurauksena vähemmän jalometallilla (kuten galvanointiteräs ) päällystetty metalli hyökkää vain, kun pinnoite on täysin syöpynyt.
- Vaikutusvirta-anodeille toimitetaan pysyvästi käytetty sähköjännite materiaalien aiheuttamien potentiaalierojen kompensoimiseksi. Niitä käytetään usein suuremmissa nestesäiliöissä.
Passivointi
Passivointi on sekoitus molempia strategioita : Korroosio on sallittua tai sitä edistetään, jos se saa aikaan suojaavan oksidikerroksen muodostumisen vähemmän jalometallille. Suojattava materiaali tehdään anodiksi ja muodostaa oksidikerroksen, joka voi olla korroosionkestävämpi kuin monet muut jalometallit. Pilling-Bedworth-suhdetta käytetään tämän suojaavan vaikutuksen laskemiseen . Kromiteräs on suojattu seosterästä , kromista, muodostaen oksidikerroksen. Passivointi voidaan myös luoda kohdennetulla tavalla: anodisointi on yleinen suoja korroosiota vastaan erityisesti kevyiden metallien, kuten alumiinin ja sen seosten, kanssa . Vakaamman oksidikerroksen ansiosta titaania käytetään, kun se altistuu suurille kuormille .
Sopivat materiaaliyhdistelmät
Kiinnittimet rakentamisessa
Jos metallikomponentti on vähemmän jalo ja samalla sen pinta-ala on pienempi kuin viereisen komponentin, se on yleensä korroosion vaarassa.
Vuonna rakentaminen , enemmän kuin muilla teknologian aloilla, nyrkkisääntöjä voidaan olettaa. Seuraavia suosituksia sovelletaan seuraavin ehdoin:
- Ensin mainittu materiaali liittyy kussakin tapauksessa ruuveihin ja muihin kiinnittimiin ja liittimiin, joiden pinta-ala on vähintään 10-40 kertaa pienempi kuin vastaanottokomponentti
- Kohtalaisen aggressiivinen syövyttävä aine (kondenssivesi, sadevesi jne.). Ylimääräisiä suojatoimenpiteitä voidaan tarvita meriveden läheisyydessä .
- Kohtalainen ympäristön ja materiaalin lämpötila
Ruostumatonta terästä voidaan yhdistää hyvin suurempien kuparista , messingistä ja teräksestä valmistettujen komponenttien kanssa sekä erittäin suurten alumiinista valmistettujen komponenttien kanssa .
Alumiini voidaan yhdistää hyvin suurempien osien kanssa, jotka on valmistettu ruostumattomasta teräksestä, kuparista ja messingistä. Tämä koskee yleensä myös suurempia paljaasta teräksestä valmistettuja komponentteja.
Kupari voidaan yhdistää hyvin suurempien messinkikomponenttien kanssa. Tämä koskee yleensä myös suurempia osia, jotka on valmistettu ruostumattomasta teräksestä, alumiinista ja teräksestä.
Messinki voidaan yhdistää hyvin suurempien kuparista valmistettujen komponenttien kanssa. Tämä koskee yleensä myös suurempia osia, jotka on valmistettu ruostumattomasta teräksestä, alumiinista ja teräksestä.
Sinkitty ja sitten musta passivoitu teräs voidaan yhdistää hyvin sinisen ja keltaisen passiivisen , galvanoidun teräksen kanssa. Tämä koskee yleensä myös suurempia paljaasta teräksestä valmistettuja komponentteja. Yhdistämistä suurempien kuparista, messingistä, alumiinista ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen komponenttien kanssa ei suositella.
Galvanoitu ja sitten keltainen passivoitu teräs voidaan yhdistää hyvin suurempien komponenttien kanssa, jotka on valmistettu sinisestä passivoidusta, galvanoidusta teräksestä. Tämä pätee yleensä myös suurempiin komponentteihin, jotka on valmistettu paljaasta teräksestä ja mustapassivoidusta galvanoidusta teräksestä. Yhdistämistä suurempien kuparista, messingistä, alumiinista ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen komponenttien kanssa ei suositella.
Galvanoitu ja sitten sinipassivoitu teräs voidaan yleensä yhdistää suurempien paljaasta teräksestä valmistettujen komponenttien sekä mustan ja keltaisen passivoidun, galvanoidun teräksen kanssa. Yhdistämistä suurempien kuparista, messingistä, alumiinista ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen komponenttien kanssa ei suositella.
Paljaan teräksen ja suurempien galvanoidusta teräksestä valmistettujen komponenttien yhdistelmää ei suositella, ja yhdistelmää suurempien kuparista, messingistä, alumiinista ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen komponenttien kanssa tulisi välttää.
Putkiasennus
Virtaussääntö juomavesilaitoksille
In putkistojen että kuljettaa happea runsaasti vettä, kuten juomaveden , esimerkiksi kupari-ionien liuotetaan kupari putket voidaan kuljettaa veden ja sitten tallettaa galvanoitu teräs ja johtaa pistekorroosiota .
DIN 1988-7: n ns. Virtaussäännössä todetaan, että väliaineen virtaussuunnassa on käytettävä yhä enemmän jalometalleja.
On erityisen tärkeää varmistaa, että kupariputkien taakse ei asenneta teräs- tai galvanoituja teräsputkia virtaussuuntaan (emaloitu kuumavesivaraaja!). Sinkittyjen putkien takana olevat kuparijohdot eivät kuitenkaan yleensä ole ongelma.Jos paluuvirtauksia ei voida sulkea pois paineen vaihtelujen takia, näitä kahta materiaalia ei tulisi yhdistää suoraan, vaan pikemminkin erottaa pistoolista tai messingistä valmistetulla adapterilla tai, paremminkin, erotusruuviliitoksella.
Lämmityspiirit
Suljetussa lämmityspiirit , happisaturaation vedessä on pieni. Sopivia materiaaleja käytettäessä sähkökemiallista korroosiota tuskin tapahtuu, kun vedessä oleva happi on käytetty. Sitä vastoin aiemmin käytetyissä avoimissa lämmitysjärjestelmissä ja hapettomien muoviputkien kautta happi voisi toistuvasti päästä piiriin.
Sisäisesti galvanoitujen teräsputkien käyttöä ei tule käyttää lämmityspiireissä, koska syntyneet reaktiotuotteet kertyvät lietteenä lämmitysjärjestelmään. Sitä vastoin paljaasta teräksestä ja kuparista valmistettujen putkien yhdistelmä on osoittautunut hyväksi. Messinkistä , pistoolista , ruostumattomasta teräksestä ja alumiinista valmistettujen komponenttien käyttö on yleensä mahdollista ilman ongelmia lämmityspiirissä. Alumiinin käyttö vaatii kuitenkin pH: n säätämistä ja säätämistä .
tarina
Bimetallikorroosio on yhtä vanha kuin metallin työstö , mutta sitä voidaan systemaattisesti torjua vasta, kun sen muodostumisen mekanismi on ymmärretty. Roomalaiset puiset alukset olivat noin 500 eaa. EKr (ks . Antiikin alukset ) peitetty lyijykalvolla, joka oli kiinnitetty kuparikynnillä. Tämän seurauksena bimetalli korroosio välille kehittynyt puoli- arvokas kupari ja pohja johtoon on voimakkaasti elektrolyyttinen merivettä . Lyijypäällysteisillä kuparikynsillä on havaintoja lievittävän tätä ongelmaa.
Kuninkaallisen laivaston toimeksiannosta ensimmäinen bimetallikorroosiotutkimus tehtiin vuonna 1763, koska rautakynnet, joita käytettiin kuparilevyjen kiinnittämiseen fregatin HMS-hälytyksen runkoon, syövyttivät epätavallisen nopeasti. Kuitenkin syitä ei voitu ymmärtää ennen perustamista teoria sähköä vuoteen Alessandro Volta ja elektrolyysin jonka Alexander von Humboldt 1795. Johann Wilhelm Ritter huomasi vuonna 1798, että metallien jännitesarja on identtinen niiden korroosionkestävyyssarjan kanssa. Vain brittiläinen kemisti Humphry Davy pystyi perustamaan kokeilunsa teoreettisiin näkökohtiin ja huomasi vuonna 1824, että sota-alusten rungossa olevaa kuparia voidaan suojata kiinnittämällä sinkki- ja valurautalevyt uhrautuviksi anodeiksi. Vuonna 1833 hänen oppilaansa Michael Faraday löysi laskentaperusteen korroosiosuojan parantamiseksi toteamalla, että syöpyneen aineen massa on verrannollinen sähkövaraukseen (katso Faradayn lait ). Vaikuttavat virta-anodit , jotka vaativat sähkönsyötön , ovat saaneet vähitellen hyväksynnän 1900-luvun alusta lähtien.
Kun kunnostettiin Vapaudenpatsasta 100-vuotisjuhlaa varten 1980-luvun puolivälissä, havaittiin, että sellakasta ja asbestista tehty pinnoite , jonka piti eristää rautakehys sähköisesti kuparipäällysteestään, oli tullut huokoiseksi ja tarjonnut tilaa elektrolyytteille, joten bimetallikorroosio oli edistynyt .
Tapauksessa NATO helikopterin NH90 , todettiin, että grafiitti kaltainen hiilikuituja on hiili kuituvahvisteisesta muovista käyttäytyä kuten jalometallia ja johtaa bimetalli korroosiota, kun ne joutuvat kosketuksiin metallien kanssa.
kirjallisuus
- DIN EN ISO 8044: 2015-12 Metallien ja seosten korroosio - Perustermit ja määritelmät .
- Helmut Kaesche: Metallien korroosio: fysikaalis-kemialliset periaatteet ja ajankohtaiset ongelmat . 3. painos, Springer, Berliini 2011, ISBN 978-3642184284 .
- Elsbeth Wendler-Kalsch, Hubert Graefen: Korroosiovaurioiden teoria . Springer, Berliini 2012, ISBN 978-3642304316 .
nettilinkit
- Harald Schreckenberger: Kosketuskorroosioriski CFRP-komponenteissa , Stuttgart 2013 , PDF, käytetty 4. kesäkuuta 2016
Yksittäiset todisteet
- ↑ Vrt. R.Schneider ym.: Alumiini-kupariyhdisteiden pitkäaikainen käyttäytyminen sähköenergiatekniikassa , julkaisussa: Metall , 63: 2009, nro 11, s.591–594, URL: https://www.kupferinstitut.de /fileadmin/user_upload/kupferinstitut.de/de/Documents/techUnterstuetzung/KS/Artikel/2009/591_Cu_Schneider.pdf , käytetty 2. syyskuuta. 2018.
- ^ Friedrich Ostermann: Soveltamistekniikan alumiini , 3. painos, Springer, Wiesbaden 2014, s. 233. ISBN 978-3-662-43806-0
- ↑ Klaus Mörbe, Wolfgang Morenz, Hans-Werner Pohlmann, Helmut Werner: Käytännöllinen korroosiosuojaus: Vesipitoisten järjestelmien korroosiosuojaus . Springer, Berliini 2013, s. 25. ISBN 978-3709188941
- ↑ Herbert Beneke: Korroosion ja korroosiosuojan sanasto . 2. painos, Vulkan, Essen 2000, s. 251. ISBN 3-8027-2918-8
- ^ Franz-Josef Heinrichs, Bernd Rickmann: Juomavesiasennusten tekniset säännöt: Asennus. Kommentti standardiin DIN EN 806-4. Beuth, Berliini 2012, s. 64. ISBN 978-3410224891
- ^ Heinrich F. Kappert, Karl Eichner: Hammashoitomateriaalit ja niiden käsittely. 1. Perusteet ja käsittely. Thieme, Stuttgart 2005, s. 168. ISBN 978-3131271488
- ^ Andreas Kalweit, Christof Paul, Sascha Peters, Reiner Wallbaum: Käsikirja tekniselle tuotesuunnittelulle: Materiaali ja tuotanto . Springer, Berliini 2006, s. 532. ISBN 978-3540214168
- ↑ Luettelo rakennusmateriaalivalmistajan Würthin suositelluista materiaalipareista: https://wueko.wuerth.com/medien/produktinfo0000/pdfNEW/07570.pdf , käytetty 14. huhtikuuta 2018.
- ↑ Selitys bosy-online.de-sivun virtaussäännöstä [1] . Haettu 13. toukokuuta 2019.
- ↑ b Walter on Baeckmann, W. Schwenk: Handbook Katodisuojauslaitteet: teoria ja käytäntö sähkökemiallisten suojan menetelmiä . 4. painos, Wiley, Weinheim 1999, s. 2-4. ISBN 978-3527625734
- ^ KR Trethewey, J. Chamberlain: Korroosio: luonnontieteiden ja tekniikan opiskelijoille . Longman, Harlow 1992, s. 4-5. ISBN 978-0582450899
- ↑ Robert Baboian, E.Blaine Cliver, E.Lawrence Bellante: Vapaudenpatsaan palauttaminen: Vapaudenpatsas, tänään huomenna -konferenssi, 20.-22.10.1986 . National Association of Corrosion Engineers, New York 1990, s. 94. ISBN 978-1877914126
- ↑ http://augengeradeaus.net/2014/07/korrosion-beim-niederlaendischen-marine-nh90-der-bericht-zum-nachlesen/comment-page-1/ katsottu 4. kesäkuuta 2016