Вы когда-нибудь использовали обычный стальной крепеж или даже крепеж из нержавеющей стали в алюминиевой детали? Тогда вопрос гальванической коррозии должен вас волновать.

Этот часто игнорируемый тип коррозии может внешне напоминать обычную ржавчину. Гальваническая коррозия, также известная как коррозия разнородных или биметаллических металлов, возникает, когда два металла с разным составом находятся в контакте, что ускоряет разрушение одного из них. Именно эта коррозия угрожала Статуе Свободы и потребовала масштабной реконструкции в 1980-х годах! Для начала процесса достаточно двух металлов разных сплавов и электролита (чаще всего это соленая или неочищенная вода либо высокая влажность воздуха).

Ниже мы рассмотрим особенности этого сложного и часто упускаемого из виду типа коррозии, а также дадим рекомендации по ее предотвращению. Перед тем как заказать изготовление металлических деталей, убедитесь, что они не будут подвержены этому опасному явлению.

Что такое гальваническая коррозия?

Механизм гальванической коррозии напоминает работу батареи. Один металл обладает более высоким электрическим потенциалом, чем другой, в результате чего между ними возникает электрический ток. Хотя этот процесс возможен между любыми разнородными металлами, он становится особенно заметным и опасным при сильной разнице потенциалов или уровня благородства металлов (см. таблицу ниже).

Благородство металла — это его склонность к реакциям, а значит, и к коррозии. Например, коррозия Статуи Свободы возникла, когда железный каркас пришёл в контакт с медной обшивкой. Эти металлы достаточно различны, чтобы создать значительный риск гальванической коррозии и резко ускорить разрушение конструкции.

Более распространённый пример — использование оцинкованных стальных крепежей в деталях из нержавеющей стали, как показано на изображении ниже. Даже если металлы покрыты защитным слоем, покрытие может быть повреждено или поцарапано при установке или эксплуатации, что приведёт к прямому контакту и быстрой гальванической коррозии. Достаточно минимального контакта между металлами, чтобы потек ток — особенно если конструкция полностью погружена в воду. Если планируется защитное покрытие, оно должно быть прочным и нанесено очень тщательно.

На приведённом примере видно, что оцинкованный крепёж (анод) практически полностью разрушен коррозией, и выемка под отвертку едва различима. В то же время деталь из нержавеющей стали (катод) практически не пострадала — только на небольшой площади образовалась тонкая плёнка ржавчины. Эта плёнка недостаточна для образования язв, однако крепёж уже практически невозможно демонтировать из-за сильной коррозии, что может создать дополнительные риски для конструкции.

Гальваническая коррозия сильно разрушила крепёж (анод) на изображении выше, тогда как на листовом металле (катоде) остался лишь слабый поверхностный налёт ржавчины.

Ниже представлен список металлов от наиболее активных к наиболее благородным. Чем дальше друг от друга находятся металлы в этом списке, тем быстрее развивается гальваническая коррозия.

Способы предотвращения гальванической коррозии

Существует три основных способа предотвратить гальваническую коррозию: выбирать совместимые металлы, электрически изолировать разнородные металлы или нанести защитное покрытие. Наиболее эффективным решением считается правильный выбор материалов, так как это обеспечивает постоянную защиту. Электрическая изоляция достигается с помощью непроводящих шайб, прокладок или других изолирующих элементов между металлами, чтобы не допустить прохождения тока.

Существует множество покрытий, которые снижают риск гальванической коррозии, каждое со своими преимуществами и недостатками. Главное условие — покрытие должно быть непроводящим (за исключением цинковых покрытий). Все покрытия могут быть повреждены во время сборки, обслуживания или эксплуатации, что приведёт к контакту металлов и быстрому развитию коррозии. Часто применяется покрытие цинком — методом гальванизации или цинкования.

Цинк — очень активный металл, он не изолирует электрически, а действует как жертвенное покрытие, защищая другие детали от коррозии. Такое покрытие называется жертвенным анодом, подробнее о нём — ниже.

Жертвенные аноды: использование гальванической коррозии во благо

Умышленное крепление более активного металла защищает менее реактивные материалы от разрушения — это и есть жертвенный анод. Хотя гальваническая коррозия обычно считается нежелательной, ей можно воспользоваться в интересах конструкции.

Отличный пример — мост Говард Франклин в Тампе, штат Флорида. Стальные элементы быстро разрушались из-за солёной воды, а полная замена конструкции была чрезвычайно дорогой. Были установлены жертвенные аноды из цинка, что позволило продлить срок службы моста более чем на сорок лет! Подобная технология давно используется и в судостроении для защиты корпусов из железа и стали.

У жертвенных анодов есть недостаток — за ними нужен постоянный уход, чтобы анод полностью не разрушился. Тем не менее, этот метод эффективен там, где постоянная защита невозможна.

Композиты и гальваническая коррозия

Хотя чаще всего гальваническая коррозия возникает в металлических конструкциях, её причиной могут быть и углепластиковые композиты. Это особенно важно, поскольку углеволокно часто сочетают с алюминиевыми деталями или заклёпками для снижения веса. Углерод в составе композита — проводящий материал с выраженными катодными свойствами. Например, применение алюминиевых заклёпок в углепластике может серьёзно ослабить заклёпки всего за несколько лет, а при высокой влажности — и быстрее, что чревато авариями. Решение аналогично металлическим соединениям: использовать совместимые материалы или изолировать углепластик от анодных металлов. Например, один слой стеклоткани между разнородными деталями предотвратит реакцию между углеволокном и алюминием.