Korozja elektrochemiczna kontaktowa – jakie są przyczyny korozji połączeń różnych gatunków stali?

Kontakt między dwoma rodzajami metali o różnym potencjale elektrochemicznym może doprowadzić do tzw. korozji kontaktowej, zwanej również galwaniczną. Takie zjawisko występuje w przypadku łączenia stali nierdzewnej z materiałem, który jest mniej szlachetny i bardziej narażony na przyspieszoną korozję – np. z aluminium czy stalą węglową. Zjawiska korozyjne zachodzą w obszarach występowania elektrolitu, oddziałując najsilniej w miejscach poddanych działaniu wilgoci. W praktyce doprowadzają do miejscowego utleniania się słabszego materiału, a tym samym jego korodowania w miejscu łączenia.

Korozja elektrochemiczna

Korozja kontaktowa to jedna z odmian korozji elektrochemicznej, a więc spowodowanej procesami elektrochemicznymi. Jej występowanie uwarunkowane jest zachodzeniem różnych potencjałów na powierzchni obiektu korodującego, który znajduje się w środowisku elektrolitu. Ogniwa korozyjne na powierzchni metalu o niższym potencjale to anody, w których zachodzi utlenianie oraz przejście do roztworu. Za reakcje redukcji na katodach ogniw korozyjnych odpowiada tzw. depolaryzator, którym może być cząsteczkowy tlen lub ulegające redukcji do wodoru gazowego jony wodorowe. W zależności od składu chemicznego łączenia, rodzaju i zagęszczenia defektów, rodzaju i wielkości naprężeń oraz składu chemicznego elektrolitu, uzależnione są różnice między potencjałami fragmentów korodującej powierzchni. Na szybkość i kierunek przemian wpływają również inne czynniki, w tym oddziaływania fizyczne i mikrobiologiczne.

Korozja galwaniczna

Różne odmiany stali oraz ich stopy charakteryzują się odmiennymi potencjałami elektrod. W przypadku zetknięcia się dwóch z nich w elektrolicie, metal bardziej reaktywny działa jako anoda, a mniej reaktywny jako katoda. Ze względu na różnicę elektropotencjałową między reakcjami na dwóch elektrodach, następuje przyspieszony atak na metal anody oraz jego rozpuszczenie w elektrolicie. W rezultacie korozja metalu w anodzie następuje szybciej, a korozja na katodzie ulega zahamowaniu. Aby korozja kontaktowa zaistniała, oba metale muszą być odmienne elektromechanicznie, a także pozostawać w kontakcie elektrycznym między sobą oraz z elektrolitem. Zachowanie materiałów można przewidzieć, określając ich potencjał korozyjności. Przykładowo, duża powierzchnia anody w postaci stali węglowej przy małej powierzchni katody w formie stali nierdzewnej oznacza brak korozji na połączeniu, a także relatywnie niską korozję stali węglowej. W odwrotnej sytuacji, wystąpić może duża korozja galwaniczna łącznika. Z tego względu w elementach ze stali nierdzewnej nie jest zalecane stosowanie łączników ze stali węglowej. Duża powierzchnia tego pierwszego materiału w stosunku do drugiego spowoduje znaczną korozję kontaktową, a tym samym przyspiesza korozję połączenia. W konsekwencji, znacząco obniża się odporność korozyjna elementu ze stali węglowej.

Przykłady korozji kontaktowej

Korozja elektrochemiczna kontaktowa bardzo często występuje w wieloelementowych urządzeniach przemysłowych, takich jak instalacje okrętowe, systemy wodne, mosty czy sieci trakcyjne. Jeżeli ich elementy znajdują się na wilgotnym gruncie, powietrzu lub bezpośrednio w wodzie oraz wykonane są z różnych metali, w miejscach łączeń powstaje ogniwo stykowe. Zniszczeniu ulega w takiej sytuacji metal mniej szlachetny, szczególnie w najbliższej okolicy połączenia. Anodami ogniwa mogą stać się także śruby, nity czy spawy, które wykonane są ze stopu mniej szlachetnego niż łączone elementy stalowe. Takie zjawisko często występuje w przypadku części konstrukcji tworzonych z jednakowych materiałów, np. blach poszycia statków czy odcinków rurociągów. Niewielka powierzchnia elementów łączeń w stosunku do powierzchni katod sprawia, że natężenie prądu jest wyjątkowo duże i następuje przyspieszone rozpuszczanie złącza. Jeżeli części spajające wykonane są z bardziej szlachetnego metalu, stają się katodami ogniwa. W przypadku anod o bardzo dużej powierzchni, szybkość postępowania procesu korozji jest niższa.

Zapobieganie korozji galwanicznej

by zapobiec występowaniu korozji kontaktowej, należy zastosować odpowiednie metody izolowania od siebie metali o odmiennym potencjale elektrochemicznym. W tym celu wykorzystuje się specjalne podkładki z tworzyw sztucznych, pasty izolacyjne oraz malowanie elementów dodatkowymi powłokami ochronnymi. Potencjał galwaniczny obniżają też inhibitory korozji, takie jak molibdenian sodu czy azotyn sodu. Ich zastosowanie powinno być jednak dokładnie monitorowane, ponieważ może zwiększyć przewodność wody w systemie i podnieść potencjał korozji. Do czynników uwzględnianych podczas łączenia stali z innymi materiałami jest też ich kwasowość i zasadowość, czyli pH. Jeżeli jego współczynnik będzie nieprawidłowy, korozja galwaniczna może przyspieszać. W większości systemów ciepłowniczych, grzewczych, wentylacyjnych i gazowniczych nie stosuje się takich połączeń – znacząco zwiększają one ryzyko korozji, a także prowadzą do uwalniania cząsteczek powodujących uszkodzenia mechaniczne różnych komponentów – np. wymienników ciepła czy pomp obiegowych.

Źródła:

https://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/Euro_Inox/Contact_with_Other_PL.pdf

http://www.e-instalacje.pl/a/korozja-kontaktowa-3280.html

https://pl.wikipedia.org/wiki/Korozja_elektrochemiczna