Kierownik konserwacji w przybrzeżnej farmie fotowoltaicznej zauważa białą, proszkową korozję tworzącą się wokół śrub ze stali nierdzewnej na aluminiowych szynach montażowych. W ciągu kilku miesięcy aluminium wokół otworów na śruby zaczyna pękać. Śruby wyglądają dobrze, ale struktura jest zjadana od obszaru styku. Jest to korozja galwaniczna pomiędzy aluminium i stalą nierdzewną, będąca jedną z najczęstszych usterek połączeń metalowych w praktyce.
Krótka odpowiedź jest taka, że łączniki ze stali nierdzewnej można stosować w konstrukcjach aluminiowych, ale tylko wtedy, gdy połączenie jest zaprojektowane z uwzględnieniem pary galwanicznej. Bez odpowiedniej izolacji aluminium będzie preferencyjnie korodować, ponieważ znajduje się niżej w szeregu galwanicznym niż stal nierdzewna. Zrozumienie, dlaczego tak się dzieje i jak to kontrolować, decyduje o tym, czy montaż będzie trwał dziesięć lat, czy zakończy się niepowodzeniem w ciągu dziesięciu miesięcy.
Co to jest korozja galwaniczna?
Korozja galwaniczna, zwana także korozją bimetaliczną, występuje, gdy dwa różne metale stykają się ze sobą elektrycznie i oba są wystawione na działanie elektrolitu. Bardziej aktywny metal staje się anodą i koroduje szybciej niż sam metal; tym bardziej szlachetny metal staje się katodą i otrzymuje ochronę.
Seria galwaniczna klasyfikuje metale i stopy według ich potencjału korozyjnego w danym środowisku. Stale nierdzewne znajdują się blisko szlachetnego końca skali, podczas gdy aluminium znajduje się znacznie niżej. Im dalej od siebie znajdują się dwa metale w tej skali, tym silniejsze jest napięcie wywołujące korozję.
W połączeniu aluminium ze stalą nierdzewną aluminium pełni rolę anody. Elektrony przepływają z aluminium do stali nierdzewnej poprzez metaliczną ścieżkę styku, podczas gdy prąd jonowy zamyka obwód poprzez warstwę elektrolitu na powierzchni. Aluminium rozpuszcza się w miejscach anodowych, tworząc białe, kredowe osady wodorotlenku glinu, które inżynierowie terenowi szybko uczą się rozpoznawać.
Wielu inżynierów zaskakuje fakt, że sama stal nierdzewna pozostaje praktycznie nietknięta. Wszystkie szkody leżą po aluminiowej stronie pary. To sprawia, że problem jest podstępny: elementy złączne nadal wyglądają jak nowe, podczas gdy struktura wokół nich cicho ulega zniszczeniu.
Dlaczego aluminium i stal nierdzewna wymagają ostrożnego obchodzenia się
Pasywna warstwa tlenku chromu na stali nierdzewnej jest głównym powodem, dla którego stop zachowuje się tak szlachetnie. Ta niewidoczna powłoka jest samonaprawiająca się i wysoce odporna na atak chlorków, zwłaszcza w gatunkach takich jak 304 i 316. Aluminium zawiera również ochronną warstwę tlenku, ale ta powłoka jest mniej stabilna w obecności chlorków i łatwo ulega uszkodzeniu w wyniku ścierania, obróbki mechanicznej lub skrajnego pH.
Trzy czynniki decydują o tym, jak silny będzie atak galwaniczny na zespół aluminium-stal nierdzewna:
- Potencjalna różnica. W przypadku aluminium i stali nierdzewnej różnica potencjałów w obwodzie otwartym w wodzie morskiej zwykle mieści się w zakresie od 0,5 do 0,7 wolta, co wystarcza do wygenerowania znacznego prądu.
- Ciągłość elektryczna. Bezpośredni kontakt metal-metal zapewnia elektronom ścieżkę o niskim oporze od anody do katody.
- Stosunek powierzchni katody do anody. Jest to czynnik, który zaskakuje większość projektantów. Duża powierzchnia stali nierdzewnej połączona z małą powierzchnią aluminium powoduje szybką i skoncentrowaną korozję. Natomiast duża powierzchnia aluminiowa z małym łącznikiem ze stali nierdzewnej koroduje znacznie wolniej, ponieważ gęstość prądu anodowego jest rozłożona na dużym obszarze.
Zasada proporcji powierzchni wyjaśnia, dlaczego strefa bezpośrednio pod i wokół łba elementu złącznego jest zwykle pierwszym obszarem, w którym widoczne są wżery. Wyjaśnia również, dlaczego masywny wspornik ze stali nierdzewnej przykręcony do cienkiego panelu aluminiowego jest znacznie bardziej niebezpieczną kombinacją niż mała śruba ze stali nierdzewnej przełożona przez dużą aluminiową ramę.
Warunki przyspieszające atak
Nie każdy montaż aluminium-stal nierdzewna zawiedzie. Wiele suchych instalacji wewnętrznych działa przez dziesięciolecia bez widocznych uszkodzeń galwanicznych. Szybkość korozji zależy w dużym stopniu od środowiska i geometrii złącza.
| Czynnik | Wpływ na korozję galwaniczną |
|---|---|
| Wilgoć lub elektrolit | Wymagane do transportu jonowego; ciągłe zwilżanie przyspiesza atak |
| Stężenie chlorków | Słone powietrze, sole odladzające i woda morska rozkładają ochronne warstwy tlenków |
| Temperatura | Wyższe temperatury zwiększają kinetykę reakcji i prąd korozji |
| Stosunek powierzchni katody do anody | Większa powierzchnia katody powoduje szybsze rozpuszczanie anody |
| Stan powłoki | Uszkodzona farba lub anodowanie powoduje powstawanie małych aktywnych miejsc anodowych |
| Styk galwaniczny | Główną ścieżką prądu jest bezpośredni kontakt metal-metal na gwintach i łbach śrub |
Najbardziej niebezpieczne środowisko usług łączy trwałą wilgoć z chlorkami: przybrzeżne konstrukcje zewnętrzne, ramy basenów, okucia pokładów morskich i elementy narażone na działanie dróg. W pomieszczeniach o kontrolowanym klimacie rzadko dostarczana jest wystarczająca ilość elektrolitu, aby wytrzymać znaczny prąd galwaniczny, dlatego elementy złączne z różnych metali są powszechnie stosowane wewnątrz budynków bez żadnych incydentów.
Jak zapobiegać korozji galwanicznej pomiędzy aluminium i stalą nierdzewną
Zasada inżynierii jest prosta: albo przerwać ciągłość elektryczną między dwoma metalami, albo zapobiec ich mostkowaniu przez elektrolit.
Oddziel metale barierą
Umieść nieprzewodzący materiał pomiędzy powierzchnią aluminiową a łącznikiem ze stali nierdzewnej. Podkładki nylonowe, plastikowe uszczelki i tuleje izolacyjne zakrywające trzpień śruby są skuteczne. Bariera musi rozciągać się na całą strefę styku, łącznie z obszarem pod łbem śruby i powierzchnią czołową nakrętki.
Płaska podkładka ze stali nierdzewnej nie izoluje dwóch metali, ale nadal pełni ważną funkcję ochronną. Rozkłada równomiernie siłę docisku i zapobiega przecinaniu się łba śruby lub nakrętki przez warstwę tlenku glinu. Uszkodzona warstwa tlenku tworzy małe aktywne miejsce na anodę, które intensyfikuje miejscowy atak, dlatego płaska podkładka o odpowiednim rozmiarze zarówno pod łbem, jak i nakrętką chroni integralność powierzchni aluminium i zmniejsza ryzyko korozji szczelinowej.
Podkładki płaskie SS304 DIN125/GB97 M10 do zespołów aluminiowych Te precyzyjne podkładki płaskie ze stali nierdzewnej 304, dopasowane do łączników M10, równomiernie rozkładają obciążenie zacisku i chronią warstwę tlenku glinu. Idealny do zmniejszania ryzyka korozji szczelinowej w istniejących zespołach. Zobacz produkt → Uszczelnij złącze
Nałóż uszczelniacz lub masę uszczelniającą wokół otworu łącznika, aby wykluczyć wilgoć. Jeśli elektrolit nie dotrze do złącza, ogniwo galwaniczne nie będzie mogło działać. Jest to często najbardziej praktyczna modernizacja istniejących zespołów, ale szczeliwo należy okresowo sprawdzać, ponieważ ulega degradacji pod wpływem promieni UV i zginania mechanicznego.
Zminimalizuj obszar katody
Utrzymuj małą powierzchnię stali nierdzewnej w stosunku do anody aluminiowej. Unikaj grupowania dużych płytek, wsporników lub wielu elementów złącznych ze stali nierdzewnej w ciasnym obszarze, ponieważ każda dodatkowa powierzchnia katody zwiększa zapotrzebowanie na aluminium.
Projekt drenażu
Wyeliminować pułapki wodne w punktach mocowania. Poziome powierzchnie, na których gromadzi się woda na łączniku, są miejscami wysokiego ryzyka. Przechyl złącze lub dodaj kanały drenażowe, aby wilgoć nie osadzała się na łączniku i otaczającym aluminium.
Wybór elementów złącznych ze stali nierdzewnej do zespołów aluminiowych
Kiedy decyzja dotyczy śruby ze stali nierdzewnej na konstrukcji aluminiowej, gatunek, standard i geometria łącznika są tak samo ważne, jak szczegóły montażu.
W przypadku ram aluminiowych ogólnego przeznaczenia w środowiskach osłoniętych lub zamkniętych, śruby sześciokątne SS304 dostarczane zgodnie z normą DIN933 lub GB5783 są sprawdzonym i ekonomicznym wyborem. Zapewniają niezawodną odporność na korozję tam, gdzie chlorki nie są głównym czynnikiem, a ich właściwości mechaniczne są dobrze dopasowane do standardowych profili aluminiowych.
Śruby z łbem sześciokątnym SS304 DIN933 M10 do ogólnego użytku w pomieszczeniach zamkniętych Te śruby sześciokątne ze stali nierdzewnej A2-70, stanowiące praktyczny wybór do osłoniętych ram aluminiowych, zapewniają niezawodną odporność na korozję i dużą nośność bez wyższych kosztów stali nierdzewnej 316. Zobacz produkt → W przypadku narażenia na działanie czynników przybrzeżnych, morskich lub chemicznych bezpieczniejsze są śruby sześciokątne SS316. Dodatek molibdenu w ilości 2–3 procent poprawia odporność na wżery w środowisku chlorkowym, co bezpośrednio zmniejsza ryzyko miejscowego ataku na styku łącznika z aluminium. Wyższy koszt materiału jest niewielki w porównaniu z kosztem wycinania i wymiany skorodowanych profili aluminiowych w terenie. Nasze porównanie Śruby sześciokątne ze stali nierdzewnej 304 i 316 wyjaśnia lukę w wydajności w praktyce.
Śruby z łbem sześciokątnym SS316 DIN933 M10 do zastosowań morskich Te śruby sześciokątne, wykonane ze stali nierdzewnej A4-80 z molibdenem, zapewniają doskonałą odporność na wżery w środowiskach przybrzeżnych bogatych w chlorki lub w procesach chemicznych, zmniejszając miejscową korozję na gwintach elementów złącznych. Zobacz produkt → Kupujący pomijają również gwintowaną część łącznika. Korzeń gwintu jest z natury szczeliną, która zatrzymuje wilgoć na powierzchni aluminium. W atmosferze morskiej na śrubie 304 mogą pojawić się płytkie wżery i rdzawe przebarwienia spowodowane osadzonymi cząsteczkami żelaza, podczas gdy śruba 316 zazwyczaj pozostaje czysta. Ta różnica ma największe znaczenie, gdy gwinty łączników przechodzą bezpośrednio przez otwór w elemencie aluminiowym.
Doradztwo w zakresie zakupów i specyfikacji
Zamawiając łączniki ze stali nierdzewnej do konstrukcji aluminiowych, należy wyraźnie określić normę, gatunek materiału i stan powierzchni. DIN933 dla śrub sześciokątnych, DIN934 dla nakrętek sześciokątnych i DIN125 dla podkładek płaskich są uznawane w projektach międzynarodowych. Poproś dostawcę o certyfikaty badań materiałów obejmujące skład chemiczny i, jeśli jest to wymagane, właściwości mechaniczne.
Zwróć uwagę na wykończenie powierzchni. Trawiona i pasywowana stal nierdzewna jest znacznie bardziej odporna na korozję niż surowiec walcowany lub niewłaściwie oczyszczony. Niedrogie elementy złączne sprzedawane jako nierdzewne są czasami wykonane ze stali niskiej jakości z cienką warstwą chromu; Testowanie pasywacji lub proste sprawdzenie magnesu może wyeliminować najgorsze z nich.
W przypadku większych projektów należy współpracować z producentem, który może dostarczać śruby, nakrętki, podkładki i pręty gwintowane z jednej linii produkcyjnej ze stałą identyfikowalnością gatunku. Niezawodny dostawca zaleci również odpowiednie rozmiary podkładek, długości gwintów i wartości momentu obrotowego, a wszystko to wpływa na długoterminową wydajność aluminiowego złącza śrubowego. The kompletny katalog elementów złącznych obejmuje śruby sześciokątne, nakrętki, podkładki, pręty gwintowane i inne elementy złączne ze stali nierdzewnej z pełnymi danymi wymiarowymi.
Most nr 2, Chuangxin Road, miasto Dainan, miasto Xinghua, miasto Taizhou, prowincja Jiangsu 
+86-17315333748(Wechat)
+86-17315333748(Wechat/Whatsapp)
