Нержавеючая і вугляродзістая сталь не могуць выкарыстоўвацца ў непасрэдным кантакце, што з'яўляецца найважнейшым прынцыпам у матэрыялазнаўстве і інжынернай практыцы. У асноўным з-за ўзнікнення «гальванічнай карозіі», якую таксама звычайна называюць «гальванічнай карозіяй» або «гетэрагеннай карозіяй металу». Гэта падобна на тое, як кавалак вугляродзістай сталі ахвяруе сабой, каб абараніць нержавеючую сталь, што прыводзіць да хуткай іржы вугляродзістай сталі.
Нержавеючая сталь не можа спалучацца з стрыжнем з вугляродзістай сталі, прычына: гальванічная карозія
1. Розніца патэнцыялаў з'яўляецца рухаючай сілай
Розныя металы маюць розную электрахімічную актыўнасць у электралітах (такіх як вада, вільготнае паветра, кіслоты, асновы, солі і г.д.), што можна разумець як розную ступень страты імі электронаў. Гэтая розніца ў актыўнасці вымяраецца патэнцыялам электрода.
Рэактыўныя металы, такія як вугляродзістая сталь, маюць ніжэйшыя электродныя патэнцыялы і больш схільныя да страты электронаў, што робіць іх менш устойлівымі да карозіі.
Інэртныя металы (напрыклад, нержавеючая сталь) маюць больш высокія электродныя патэнцыялы і радзей губляюць электроны. Прычына, па якой нержавеючая сталь называецца «нержавеючай», заключаецца ў тым, што хром на яе паверхні ўтварае шчыльную пасівацыйную плёнку аксіду хрому, якая прадухіляе далейшую карозію.
Калі гэтыя два металы ўступаюць у непасрэдны кантакт у электраліце, утвараецца поўны першасны ланцуг акумулятара.
2. Працэс карозіі
Анод (карозія на канцы): Вугляродзістая сталь, як актыўны метал, становіцца анодам батарэі. Яна будзе актыўна растварацца (карозіяваць) і вызваляць электроны. Рэакцыя выглядае наступным чынам: Fe → Fe² ⁺+2e⁻
Катод (абаронены канец): Нержавеючая сталь, як інэртны метал, становіцца катодам батарэі. Яна не кародзіруе, а толькі атрымлівае электроны, якія паступаюць ад анода, і выкарыстоўвае гэтыя электроны для рэакцыі з электралітамі (напрыклад, кіслародам у вадзе). Рэакцыя выглядае наступным чынам: O ₂+2H ₂ O+4e ⁻ → 4OH ⁻
Вынік: У гэтай акумулятарнай сістэме ток цячэ ад вугляродзістай сталі (анод) да нержавеючай сталі (катод), што выклікае рэзкае павелічэнне хуткасці карозіі вугляродзістай сталі, у той час як нержавеючая сталь абаронена «катаднай абаронай» і амаль не падвяргаецца карозіі.
Яскравая метафара:
Гэта як калі б «сумленны чалавек» (вугляродзістая сталь) і «разумны чалавек» (нержавеючая сталь) аб'ядналіся ў бізнес. Сутыкнуўшыся з цяжкасцямі (каразійнае асяроддзе), сумленныя людзі пастаянна ахвяруюць сваімі інтарэсамі (карозіяй), каб разумныя людзі не пацярпелі.
Нержавеючая сталь не можа параўнацца з вугляродзістай сталлю, ключавымі фактарамі ўплыву.
Ступень гальванічнай карозіі залежыць ад наступных фактараў:
Навакольнае асяроддзе (электраліт):Гэта найбольш важны фактар. У сухім паветры гальванічная карозія не адбываецца, бо няма электраліта, які ўтварае ланцуг. Але ў вільготным асяроддзі, марской вадзе, прамысловых зонах і асяроддзі салянога туману карозія можа быць вельмі хуткай і моцнай.
Розніца патэнцыялаў:Чым большая розніца патэнцыялаў паміж двума металамі, тым мацнейшая рухаючая сіла карозіі. Розніца патэнцыялаў паміж вугляродзістай сталлю і нержавеючай сталлю дастаткова вялікая, каб выклікаць значную карозію.
Суадносіны плошчы анода да плошчы катода:Гэта адна з самых небяспечных сітуацый. Калі плошча катода (нержавеючая сталь) вялікая, а плошча анода (вугляродзістая сталь) малая, то ток карозіі будзе моцна сканцэнтраваны на тонкай вугляродзістай сталі, што прывядзе да яе поўнай карозіі і перфарацыі за вельмі кароткі прамежак часу. Напрыклад, калі рэзервуар з нержавеючай сталі замацаваны балтам з вугляродзістай сталі, балт з вугляродзістай сталі хутка заржавее і зламаецца.
Як прадухіліць і вырашыць праблему злучэння нержавеючай сталі з вугляродзістай сталлю?
На практыцы нам часта трэба злучаць нержавеючую і вугляродзістую сталь разам, і неабходна прыняць меры ізаляцыі:
1. Электрычная ізаляцыя:Гэта найбольш эфектыўны і распаўсюджаны метад. Дадайце неправодзячы ізаляцыйны матэрыял паміж двума металамі, каб разарваць токавы ланцуг.
- Выкарыстоўвайце ізаляцыйныя пракладкі/шайбы: выкарыстоўвайце пластыкавыя (напрыклад, ПВХ, нейлон), гумовыя або сінтэтычныя пракладкі на фланцавых злучэннях.
- Выкарыстоўвайце ізаляваныя ўтулкі і шайбы: у балтавых злучэннях выкарыстоўвайце пластыкавыя ўтулкі паміж балтамі і адтулінамі з вугляродзістай сталі, а пад гайкамі — ізаляваныя шайбы.
- Ізаляцыйны пласт пакрыцця: распыліце эпаксідную смалу, пафарбуйце або выкарыстоўвайце іншыя пакрыцці на кантактную паверхню. Звычайна рэкамендуецца пакрываць абедзве паверхні, або хаця б паверхню катода (нержавеючая сталь), таму што калі пакрываць толькі анод (вугляродзістая сталь), то пасля пашкоджання пакрыцця карозія ў пашкоджанай зоне стане больш моцнай.
2. Кантрольнае асяроддзе:Падтрымлівайце дэталі злучэння максімальна сухімі і чыстымі, каб пазбегнуць назапашвання электраліта.
3. Выкарыстанне пераходных матэрыялаў:даданне металу з электродным патэнцыялам паміж двума металамі (напрыклад, алюмініем), але гэты метад выкарыстоўваецца радзей і патрабуе стараннага праектавання.
4. Катодная абарона:Уся канструкцыя штучна пераўтвараецца ў катод шляхам падачы знешняга току або ахвяравання анодам (напрыклад, цынкавым блокам), але звычайна гэта выкарыстоўваецца для буйных збудаванняў, такіх як караблі і трубаправоды.
Выснова
Нержавеючая і вугляродзістая сталь не могуць уступаць у непасрэдны кантакт, бо ў вільготным асяроддзі з электралітам яны могуць утвараць першасныя батарэі, што прыводзіць да паскоранай гальванічнай карозіі вугляродзістай сталі ў якасці анода. Каб пазбегнуць гэтай сітуацыі, падчас праектавання і мантажу неабходна прыняць меры па электраізаляцыі, такія як выкарыстанне ізаляцыйных пракладак, утулак і пакрыццяў, каб забяспечыць бяспеку і працяглы тэрмін службы абсталявання.
Час публікацыі: 29 кастрычніка 2025 г.