Nerūdijantis plienas ir anglinis plienas negali būti naudojami tiesiogiai liečiantis vienas kitą, o tai yra esminis medžiagų mokslo ir inžinerijos praktikos principas. Daugiausia dėl „galvaninės korozijos“, dar vadinamos „galvanine korozija“ arba „nevienalyte metalo korozija“, atsiradimo. Tai tarsi anglinio plieno gabalas, kuris aukojasi, kad apsaugotų nerūdijantį plieną, todėl anglinis plienas greitai rūdija.
Nerūdijantis plienas nesuderinamas su anglinio plieno šerdimi, nes: galvaninė korozija
1. Potencialų skirtumas yra varomoji jėga
Skirtingi metalai elektrolituose (pvz., vandenyje, drėgname ore, rūgštyse, bazėse, druskose ir kt.) pasižymi skirtingu elektrocheminiu aktyvumu, kurį galima suprasti kaip skirtingą jų elektronų praradimo laipsnį. Šis aktyvumo skirtumas matuojamas elektrodo potencialu.
Reaktyvieji metalai, tokie kaip anglinis plienas, turi mažesnį elektrodų potencialą ir yra labiau linkę prarasti elektronus, todėl yra mažiau atsparūs korozijai.
Inertiniai metalai (pvz., nerūdijantis plienas) turi didesnį elektrodų potencialą ir yra mažiau linkę prarasti elektronus. Nerūdijantis plienas yra „nerūdijantis“, nes chromas jo paviršiuje sudaro tankią chromo oksido pasyvavimo plėvelę, kuri apsaugo nuo tolesnės korozijos.
Kai šie du metalai tiesiogiai liečiasi elektrolite, susidaro visa pirminė akumuliatoriaus grandinė.
2. Korozijos procesas
Anodas (koroduotas galas): Anglinis plienas, kaip aktyvus metalas, tampa akumuliatoriaus anodu. Jis aktyviai tirpsta (koroduoja) ir išskiria elektronus. Reakcija yra: Fe → Fe²⁺+2e⁻
Katodas (apsaugotas galas): Nerūdijantis plienas, kaip inertinis metalas, tampa akumuliatoriaus katodu. Jis nerūdija, o tik priima iš anodo tekančius elektronus ir naudoja juos reakcijai su elektrolitais (pvz., deguonimi vandenyje). Reakcija yra: O₂+2H₂ O+4e⁻ → 4OH⁻
Rezultatas: Šioje akumuliatorių sistemoje srovė teka iš anglinio plieno (anodo) į nerūdijantį plieną (katodą), todėl staigiai padidėja anglinio plieno korozijos greitis, o nerūdijantis plienas yra apsaugotas „katodinės apsaugos“ ir beveik nėra korozijos paveiktas.
Ryški metafora:
Tai tarsi „sąžiningas žmogus“ (anglinis plienas) ir „protingas žmogus“ (nerūdijantis plienas) bendradarbiautų verslui. Susidūrę su sunkumais (korozine aplinka), sąžiningi žmonės nuolat aukoja savo interesus (koroziją), kad protingi žmonės nenukentėtų.
Nerūdijantis plienas negali atitikti pagrindinių įtakos veiksnių, susijusių su angliniu plienu
Galvaninės korozijos sunkumas priklauso nuo šių veiksnių:
Aplinka (elektrolitas):Tai yra svarbiausias veiksnys. Sausame ore galvaninė korozija nevyksta, nes nėra elektrolito, kuris sudarytų grandinę. Tačiau drėgnoje aplinkoje, jūros vandenyje, pramoninėse zonose ir druskos purslų aplinkoje korozija gali būti labai greita ir stipri.
Potencialo skirtumas:Kuo didesnis potencialų skirtumas tarp dviejų metalų, tuo stipresnė korozijos varomoji jėga. Potencialų skirtumas tarp anglinio plieno ir nerūdijančio plieno yra pakankamai didelis, kad sukeltų didelę koroziją.
Anodo ir katodo ploto santykis:Tai viena pavojingiausių situacijų. Jei katodo (nerūdijančio plieno) plotas yra didelis, o anodo (anglinio plieno) plotas – mažas, korozijos srovė bus labai koncentruota ties mažu anglinio plieno sluoksniu, todėl jis per labai trumpą laiką visiškai surūdys ir prakiurs. Pavyzdžiui, jei nerūdijančio plieno bakas pritvirtintas anglinio plieno varžtu, anglinio plieno varžtas greitai surūdys ir sulūš.
Kaip išvengti ir išspręsti nerūdijančio plieno jungimosi su angliniu plienu problemą?
Praktiškai dažnai reikia sujungti nerūdijantį plieną ir anglinį plieną, todėl reikia imtis izoliacijos priemonių:
1. Elektros izoliacija:Tai yra efektyviausias ir dažniausiai naudojamas metodas. Įdėkite nelaidžią izoliacinę medžiagą tarp dviejų metalų, kad nutrauktumėte srovės grandinę.
- Naudokite izoliacines tarpines / poveržles: flanšų jungtyse naudokite plastikines (pvz., PVC, nailono), gumines arba sintetines tarpines.
- Naudokite izoliuotas įvores ir poveržles: Varžtinėse jungtyse tarp varžtų ir anglinio plieno skylių naudokite plastikines įvores, o po veržlėmis – izoliuotas poveržles.
- Izoliacinio sluoksnio padengimas: užpurkškite epoksidinės dervos, dažykite arba naudokite kitas dangas ant kontaktinio paviršiaus. Paprastai rekomenduojama padengti abu paviršius arba bent jau katodo (nerūdijančio plieno) paviršių, nes jei padengiamas tik anodas (anglinis plienas), pažeidus dangą, korozija pažeistoje vietoje sustiprės.
2. Kontrolės aplinka:Kad nesikauptų elektrolitas, jungiamąsias dalis laikykite kuo sausesnes ir švaresnes.
3. Naudojant pereinamąsias medžiagas:pridedant metalą su elektrodo potencialu tarp dviejų metalų (pvz., aliuminio), tačiau šis metodas naudojamas rečiau ir reikalauja kruopštaus projektavimo.
4. Katodinė apsauga:Visa konstrukcija dirbtinai paverčiama katodu, naudojant išorinę srovę arba aukojant anodą (pvz., cinko bloką), tačiau tai paprastai naudojama didelėms konstrukcijoms, tokioms kaip laivai ir vamzdynai.
Išvada
Nerūdijantis plienas ir anglinis plienas negali tiesiogiai liestis, nes drėgnoje elektrolitų aplinkoje jie gali sudaryti pirmines baterijas, dėl kurių pagreitėja anglinio plieno, kaip anodo, galvaninė korozija. Siekiant išvengti šios situacijos, projektuojant ir montuojant reikia imtis elektros izoliacijos priemonių, pavyzdžiui, naudoti izoliacines tarpines, įvores ir dangas, kad būtų užtikrintas įrangos saugumas ir ilgalaikis tarnavimo laikas.
Įrašo laikas: 2025 m. spalio 29 d.