Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия (также называемая биметаллической коррозией или разнородной металлической коррозией ) представляет собой электрохимический процесс, при котором один металл корродит преимущественно, когда он находится в электрическом контакте с другим, в присутствии электролита . Аналогичная гальваническая реакция используется в первичных ячейках для генерации полезного электрического напряжения для мощности портативных устройств. Это явление названо в честь итальянского врача Луиджи Гальвани (1737–1798).

Обзор

Разнообразные металлы и сплавы имеют разные потенциалы электродов , и когда два или более вступают в контакт в электролите, один металл (который более реактивный ) действует как анод , а другой (который менее реактивный ) как катод . Разница в электропотенциале между реакциями на двух электродах является движущей силой для ускоренной атаки на металлический анод, который растворяется в электролите. Это приводит к металлу в анодном коррозии быстрее, чем в противном случае, и коррозия при ингибировании катода. Присутствие электролита и электрический проводящий путь между металлами необходимы для гальванической коррозии. Электролит предоставляет средства для ионов миграции , в результате чего ионы движутся для предотвращения наращивания заряда, которые в противном случае остановили бы реакцию. Если электролит содержит только ионы металлов, которые нелегко уменьшить (например, NA ⁺, Ca ²⁺К. ⁺, Мг ²⁺, или Zn ²⁺), катодная реакция - это восстановление растворенного H ⁺ до h ₂ или o ₂ до OH ⁻. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

В некоторых случаях этот тип реакции намеренно поощряется. Например, недорогие бытовые батареи обычно содержат углеродные клетки . В рамках закрытой цепи (электронный путь) цинк внутри ячейки будет корродировать преимущественно (ионный путь) как неотъемлемая часть батареи, производящей электроэнергию. Другим примером является катодная защита похороненных или погруженных в погружение конструкций, а также резервуары для хранения горячей воды . В этом случае жертвенные аноды работают как часть гальванической пары, способствуя коррозии анода, при защите катодного металла.

В других случаях, таких как смешанные металлы в трубопроводах (например, медь, чугун и другие литые металлы), гальваническая коррозия будет способствовать ускоренной коррозии частей системы. Ингибиторы коррозии, такие как нитрит натрия или молибдат натрия, могут вводить в эти системы для уменьшения гальванического потенциала. Однако применение этих ингибиторов коррозии должно быть внимательно следить. Если применение ингибиторов коррозии повышает проводимость воды в системе, потенциал гальванической коррозии может быть значительно увеличен.

Кислотность или щелочность ( рН ) также являются основным фактором в отношении биметаллических систем циркуляции с замкнутой петлей. Если дозы ингибирования pH и коррозии неверны, гальваническая коррозия будет ускорена. В большинстве систем HVAC использование жертвенных анодов и катодов не является вариантом, так как их необходимо применить в рамках сантехники системы и со временем будет коррозировать и высвобождать частицы, которые могут вызвать потенциальное механическое повреждение циркулирующих насосов, теплообменники и т. Д. ^{[ 5 ]}

Примеры

Общий пример гальванической коррозии происходит в оцинкованном железе , листе железа или стали, покрытого цинковым покрытием. Даже когда защитное покрытие цинка сломано, базовая сталь не подвергается нападению. Вместо этого цинк коррозируется, потому что он менее «благородный». Только после того, как он был употреблен, может быть ржавым из основного металла. Напротив, с обычной оловянной банкой возникает противоположность защитного эффекта: поскольку олово более благородно, чем подходящая сталь, когда оловое покрытие сломано, сталь под ним сразу же подвергается нападению.

Статуя Свободы

Захватывающий пример гальванической коррозии произошел в статуи свободы , когда регулярные проверки обслуживания в 1980 -х годах показали, что коррозия имела место между внешней медной кожей и структурой поддержки кованого железа . Хотя проблема была предназначена, когда структура была построена Гюставом Эйфелем для дизайна Фредерика Бартольди в 1880 -х годах, изоляционный слой Shellac между двумя металлами со временем вышел из строя и привел к ржавчине железных опор. Была проведена обширная реконструкция с заменой первоначальной изоляции PTFE . Структура была далеко не небезопасной из -за большого количества незатронутых связей, но она рассматривалась как меры предосторожности для сохранения национального символа Соединенных Штатов. ^{[ 6 ]}

Королевский флот и тревога HMS

В 1681 году Сэмюэл Пепис (тогда служил министром адмиралтейства ) согласился с удалением лидерства из английских судов Королевского флота , чтобы предотвратить таинственное распад их руля и иронов вызвал коррозию. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Проблема повторилась, когда сосуды были обшиты в медь, чтобы уменьшить накопление морских сорняков и защитить от судовода . В эксперименте Королевский флот в 1761 году попытался установить корпус фрегата HMS тревоги с помощью медного покрытия на 12 унций. По возвращении из путешествия в Вест -Индию было обнаружено, что, хотя медь оставалась в прекрасном состоянии и действительно сдерживала судовой червя, она также стала отделенной от деревянного корпуса во многих местах, потому что железные ногти, используемые во время его установки, были Найден растворенные в своего рода ржавую пасту ». ^{[ 9 ]} Однако, к удивлению инспекционных команд, некоторые железные гвозди были практически не повреждены. Более тщательное рассмотрение показало, что водостойкая коричневая бумага, пойманная под головку для ногтей, непреднамеренно защитила некоторые из ногтей: «Где это покрытие было идеальным, железо было сохранено от травмы». Медная обшивка была доставлена на верфи, завернутую в бумагу, которая не всегда была удалена до того, как листы были прибиты к корпусу. Таким образом, заключение сообщено в Адмиралтействе в 1763 году, что железо не должно быть допущено прямым контактом с медной в морской воде. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

боевого корабля военно -морского флота США Независимость

Серьезное гальваническую коррозию была зарегистрирована в последнем прибрежном судно -боевом судне ВМС США. США Независимость , вызванная движущей силовой двигателями стальной воды, прикрепленными к алюминиевому корпусу. Без электрической изоляции между сталью и алюминием алюминиевый корпус действует как анод для нержавеющей стали, что приводит к агрессивной гальванической коррозии. ^{[ 12 ]}

Корродирование светильников

Неожиданное падение в 2011 году тяжелого света с потолка туннеля Big Dig в Бостоне показало, что коррозия ослабила его поддержку. Неправильное использование алюминия при контакте с нержавеющей сталью вызвало быструю коррозию в присутствии соленой воды. ^{[ 13 ]} Разница в электрохимических потенциалах между нержавеющей сталью и алюминием находится в диапазоне от 0,5 до 1,0 В, в зависимости от точных сплавов, и может вызвать значительную коррозию в течение нескольких месяцев в неблагоприятных условиях. Тысячи неудачных огней должны быть заменены по оценкам, в размере 54 миллионов долларов. ^{[ 14 ]}

Лазанья

« Лазанья » случайно производится, когда соленая влажная пища, такая как лазанья, хранится в стальной противень и покрыта алюминиевой фольгой. Через несколько часов фольга развивается небольшие отверстия, где она касается лазанья, а поверхность пищи покрыта небольшими пятнами, состоящими из корродированного алюминия. ^{[ 15 ]} В этом примере соленая пища (лазанья) представляет собой электролит, алюминиевая фольга - анод, а стальная кастрюля - катод. Если алюминиевая фольга касается электролита только на небольших площадях, гальваническая коррозия концентрируется, и коррозия может происходить довольно быстро. Если алюминиевая фольга не использовалась с разнородным металлическим контейнером, реакция, вероятно, была химической. Возможно для тяжелых концентраций соли, уксуса или некоторых других кислых соединений, чтобы заставить фольгу распадаться. Продукт любой из этих реакций - алюминиевая соль . Это не вредит пище, но любое месторождение может придать нежелательный вкус и цвет. ^{[ 16 ]}

Электролитическая чистка

Общая техника очистки серебра путем погружения серебра или серебряного серебра (или даже просто серебряных объектов) и куска алюминия (фольга предпочтительнее из -за ее гораздо большей площади поверхности, чем у слиток, хотя, если фольга имеет "" Неприщепленная "лицо, это должно быть снято сначала со стальной шерстью) в горячей электролитической ванне (обычно состоит из воды и бикарбоната натрия , то есть бытовая пищевая сода) является примером гальванической коррозии. Серебро темнеет и корректирует в присутствии воздушных молекул серы, а медь в серебре корродирует в различных условиях. Эти слои коррозии могут быть в значительной степени удалены путем электрохимического восстановления молекул сульфида серебра: присутствие алюминия (который менее благородный, чем серебро или медь) в ванне бикарбоната натрия с положительным и тем самым корректирует кусок алюминиевой фольги (гораздо более реактивный металл), оставляя элементарное серебро. В процессе не теряется серебро. ^{[ 17 ]}

Профилактика

Алюминиевые аноды, установленные на стальной шерстичной конструкции

Есть несколько способов сокращения и предотвращения этой формы коррозии:

Электрически изолируйте два металла друг от друга. Если они не находятся в электрическом контакте, гальванической связи не произойдет. Это может быть достигнуто с помощью непроводящих материалов между металлами различных электропотенциал. Трубопроводы могут быть изолированы с катушкой из трубы из пластиковых материалов или изготовлены из металлического материала, покрытого внутри, или на подкладке. Важно, чтобы катушка была достаточной длиной, чтобы быть эффективной. По причинам безопасности это не следует пытаться, когда система электрического заземления использует трубопровод для своей земли или имеет эквипотенциальное соединение .
Металлические лодки, соединенные с электрической подачей на берег, обычно должны иметь корпус, подключенный к Земле по соображениям безопасности. Однако конец этого земного соединения, вероятно, будет медным стержнем, похороненным в пристани для яхт, что приведет к «стальной батареи» около 0,5 В. Кроме того, корпус каждой лодки соединен с корпусом всех других лодок, приводя к дальнейшим «батареям» между пропеллерами (которые могут быть изготовлены из бронзы) и стальных корпус, что может вызвать коррозию дорогих винтов. Для таких случаев использование гальванического изолятора имеет важное значение, как правило, два полупроводниковых диода последовательно, параллельно с двумя диодами, проводящимися в противоположном направлении (антипараллель). Это устройство вставлено в защитную землю между корпусом и защитной проводником береговой линии. Это предотвращает любой ток в защитном проводнике, в то время как приложенное напряжение составляет менее 1,4 В (т.е. 0,7 В на диод), но допускает полный ток в случае электрической ошибки. По -прежнему будет очень незначительная утечка тока через диоды, что может привести к немного быстрее коррозии, чем обычно.
Убедитесь, что нет контакта с электролитом. Это можно сделать с помощью водоотталкивающих соединений, таких как смазки, или заполнив металлы непроницаемым защитным слоем, таким как подходящая краска, лак или пластик. Если невозможно покрыть оба, покрытие должно быть применено к более благородным, материал с более высоким потенциалом. Это рекомендуется, потому что, если покрытие применяется только на более активном материале, в случае повреждения покрытия будет большая область катода и очень небольшая область анода, а для обнаженной анодной области скорость коррозии будет соответственно высокой Полем
Использование антиоксидантной пасты полезно для предотвращения коррозии между меди и электрическими соединениями алюминия. Паста состоит из более низкого дворянского металла, чем алюминий или медь.
Выберите металлы, которые имеют аналогичные электропотенциалы. Чем более близко соответствуют индивидуальные потенциалы, тем меньше разность потенциалов и, следовательно, тем меньше гальванический ток. Использование одного и того же металла для всех конструкций - самый простой способ сопоставления потенциалов.
Объем или другое покрытие также может помочь. Это имеет тенденцию использовать больше благородных металлов , которые лучше сопротивляются коррозии. Хром , никель , серебро и золото можно использовать. Гальванизирование с цинком защищает стальной базовый металл за счет жертвенного анодного действия.
Катодная защита использует один или несколько жертвенных анодов из металла, который более активен, чем защищенный металл. Сплавы металлов, обычно используемых для жертвенных анодов, включают цинк, магний и алюминий . Этот подход является обычным явлением в водонагревателях и многих похороненных или погруженных металлических конструкциях.
Катодная защита также может быть применена путем подключения постоянного тока (DC), электроэнергии чтобы противостоять коррозийному гальваническому току. (См. Катодная защита § впечатленной текущей катодной защиты (ICCP) .)

Гальваническая серия

Кабельная лестница из оцинкованной мягкой стали с коррозией вокруг болтов из нержавеющей стали

Все металлы могут быть классифицированы в гальваническую серию, представляющую электрический потенциал, который они разрабатывают в данном электролите против стандартного электрода справки. Относительное положение двух металлов в такой серии дает хороший признак того, какой металл с большей вероятностью будет корродировать быстрее. Однако другие факторы, такие как водоснабжение и скорость потока, могут заметно влиять на скорость процесса.

Анодный индекс

Совместимость двух разных металлов может быть предсказана с учетом их анодного индекса. Этот параметр является мерой электрохимического напряжения, которое будет разработано между металлом и золотом. Чтобы найти относительное напряжение пары металлов, необходимо только вычитать их анодные индексы. ^{[ 18 ]}

Чтобы уменьшить гальваническую коррозию для металлов, хранящихся в нормальных средах, таких как хранение на складах или нетемпературные и контролируемые влажными средами, в анодном индексе двух металлов не должно быть более 0,25 В в анодном индексе двух металлов. Для контролируемых сред, в которых контролируются температура и влажность, можно переносить 0,50 В. Для суровых сред, таких как на открытом воздухе, высокая влажность и соленая среда, в анодном индексе должна быть не более 0,15 В. Например: золото и серебро имеют разницу в 0,15 В, поэтому два металла не будут испытывать значительную коррозию даже в суровой среде. ^{[ 19 ]}^{[ страница необходима ]}

Когда соображения дизайна требуют, чтобы разнородные металлы вступали в контакт, разница в анодном индексе часто управляется отделкой и покрытием. Выбранная отделка и покрытие позволяют контактам разнородных материалов, защищая при этом более базовые материалы от коррозии более благородными. ^{[ 19 ]}^{[ страница необходима ]} Это всегда будет металл с наиболее негативным анодным индексом, который в конечном итоге будет страдать от коррозии, когда в игре в игре в игре. Вот почему стерлинговое серебро и посуду из нержавеющей стали никогда не следует помещать вместе в посудомоечную машину одновременно, так как стальные предметы, вероятно, будут испытывать коррозию к концу цикла (мыло и вода служили химическим электролитом, а тепло ускорил процесс).

Анодный индекс ^{[ 19 ]}^{[ страница необходима ]}
Металл	Индекс (V)
Самый катодный
Золото , твердое и покрытое ; Золотой платиновый сплав	−0.00
Rhodium, начиная с серебряной медной	−0.05
Серебро , твердое или покрытое; Monel Metal; Высокие никель-сплавы	−0.15
Никель , твердый или покрытый; титан и его сплавы; монель	−0.30
Медный , твердый или покрытый; низкие латуни или бронзы; Серебряный пая; Немецкие серебристые сплавы с медными никелевыми сплавами; Никель-хромий сплавы	−0.35
Латунь и бронзы	−0.40
Высокие латуни и бронзы	−0.45
18%-хромий-тип коррозионных устойчивых сталей	−0.50
Хромовый ; оловянный; 12%-хромий-тип коррозионных устойчивых сталей	−0.60
Олово -пластин; оловянный припой	−0.65
Свинец , твердый или покрытый; Высокие сплавы	−0.70
2000 серии серии алюминий	−0.75
Железо , кованое, серое или податливое ; низкий сплав и простые углеродистые стали	−0.85
Алюминиевые, кованые сплавы, отличные от алюминия серии 2000, литые сплавы кремния типа	−0.90
Алюминий, литые сплавы (кроме типа кремния); кадмий , покрытый и хромат	−0.95
Горячий цинк- тарелка; оцинкованная сталь	−1.20
Цинк, кованый; цинковая база- ликовая сплава; цинковый	−1.25
Магниевые и магниевые сплавы; бросить или сделать	−1.75
Бериллий	−1.85
Самый анодный

Смотрите также

Коррозия
Гальванический анод
Гальваническая изоляция в электрических/электронных цепях
Гальваническая серия
Гальванизация
Диаграмма Pourbaix - график термодинамически стабильной фазы водной электрохимической системы

Ссылки

^ Декер, Франко Лан (январь 2005 г.). «Вольта и« куча » » . ЭЛЕКТРОХЕМИЯ ЭНСИКЛОПЕДИЯ . Кейс Западный резервный университет. Архивировано из оригинала 16 июля 2012 года.
^ Тернер, Эдвард (1841). Либиг, Юстус; Грегори, Уильям (ред.). Элементы химии: включая фактическое состояние и распространенные доктрины науки (7 изд.). Лондон: Тейлор и Уолтон. п. 102. Во время действия простого круга, как на цинк и медь, возбужденную разбавленной серной кислотой, весь водород, развитый в вольтахном действии, развивается на поверхности меди.
^ Глубика, Джерри (2001). «Наблюдения на лимонных клетках» . Журнал химического образования . 78 (4): 516–518. Bibcode : 2001jched..78..516g . doi : 10.1021/ed078p516 . Goodisman отмечает, что многие учебники по химии используют неправильную модель для клетки с цинком и медными электродами в кислотном электролите.
^ Грэм-Камминг, Джон (2009). "Tempio Voltiano" . Geek Atlas: 128 мест, где наука и технология оживают . О'Рейли СМИ. п. 97. ISBN 9780596523206 .
^ M. Houser, Corrosion Control Services, Inc., Руководство по введению
^ «Повторите первую леди металлов - ремонт деталей» . Ассоциация развития меди . Получено 16 августа 2019 года .
^ Брайант, Артур (1935). Сэмюэль Пепис: годы опасности . Кембридж: Макмиллан. п. 370.
^ «Электрохимическая защита от коррозии» . Corrosion-doctors.org . Получено 25 мая 2023 года .
^ «Гальваническая коррозия ... что это такое и как это бороться» . Моторное оборудование . 82 (1). Hearst Magazines Inc.: 50 июля 1948 года.
^ «Кли Хьюстон» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2010 года . Получено 15 января 2011 года .
^ Трешеуи, Кр; Chamberlain, J. (1988). «Исторические уроки коррозии» . Коррозионные врачи . Получено 27 февраля 2014 года .
^ Дэвид Акс. «Строитель обвиняет ВМФ как совершенно новый военный корабль распадается» . Проводной .
^ Маллан, Джефф (6 апреля 2011 г.). «Обновление светильника потолка туннеля» (PDF) . Отчет в Совет директоров MassDOT . Массовый. Архивировано из оригинала (PDF) 1 июля 2013 года . Получено 9 апреля 2012 года .
^ Мерфи, Шон П. (5 апреля 2012 г.). «Big Dig нуждается в легком исправлении 54 млн долларов» . Boston.com . Бостонский глобус. Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 года . Получено 9 апреля 2012 года .
^ Вода . HEMAT, RAS EDITOR: UROTEXT. ISBN 1-903737-12-5 . п. 826
^ «Образование в области безопасности пищевых продуктов | для потребителей | FAQ» . 20 января 2024 года.
^ «Гальваническая чистка серебряных монет - учебник» . www.metalletectingworld.com .
^ Wheeler, Gerson J., Проект электронного оборудования: руководство по производству и производству, Prentice-Hall, 1972
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в «Справочник по коррозионной инженерии» . www.corrosion-doctors.org .

Внешние ссылки

[Decker-1] Декер, Франко Лан (январь 2005 г.). «Вольта и« куча » » . ЭЛЕКТРОХЕМИЯ ЭНСИКЛОПЕДИЯ . Кейс Западный резервный университет. Архивировано из оригинала 16 июля 2012 года.

[Turner-2] Тернер, Эдвард (1841). Либиг, Юстус; Грегори, Уильям (ред.). Элементы химии: включая фактическое состояние и распространенные доктрины науки (7 изд.). Лондон: Тейлор и Уолтон. п. 102. Во время действия простого круга, как на цинк и медь, возбужденную разбавленной серной кислотой, весь водород, развитый в вольтахном действии, развивается на поверхности меди.

[Goodisman-3] Глубика, Джерри (2001). «Наблюдения на лимонных клетках» . Журнал химического образования . 78 (4): 516–518. Bibcode : 2001jched..78..516g . doi : 10.1021/ed078p516 . Goodisman отмечает, что многие учебники по химии используют неправильную модель для клетки с цинком и медными электродами в кислотном электролите.

[Graham-4] Грэм-Камминг, Джон (2009). "Tempio Voltiano" . Geek Atlas: 128 мест, где наука и технология оживают . О'Рейли СМИ. п. 97. ISBN 9780596523206 .

[5] M. Houser, Corrosion Control Services, Inc., Руководство по введению

[6] «Повторите первую леди металлов - ремонт деталей» . Ассоциация развития меди . Получено 16 августа 2019 года .

[7] Брайант, Артур (1935). Сэмюэль Пепис: годы опасности . Кембридж: Макмиллан. п. 370.

[8] «Электрохимическая защита от коррозии» . Corrosion-doctors.org . Получено 25 мая 2023 года .

[9] «Гальваническая коррозия ... что это такое и как это бороться» . Моторное оборудование . 82 (1). Hearst Magazines Inc.: 50 июля 1948 года.

[10] «Кли Хьюстон» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2010 года . Получено 15 января 2011 года .

[corrdocs-11] Трешеуи, Кр; Chamberlain, J. (1988). «Исторические уроки коррозии» . Коррозионные врачи . Получено 27 февраля 2014 года .

[12] Дэвид Акс. «Строитель обвиняет ВМФ как совершенно новый военный корабль распадается» . Проводной .

[Mullan-Light-13] Маллан, Джефф (6 апреля 2011 г.). «Обновление светильника потолка туннеля» (PDF) . Отчет в Совет директоров MassDOT . Массовый. Архивировано из оригинала (PDF) 1 июля 2013 года . Получено 9 апреля 2012 года .

[54m-fix-14] Мерфи, Шон П. (5 апреля 2012 г.). «Big Dig нуждается в легком исправлении 54 млн долларов» . Boston.com . Бостонский глобус. Архивировано из оригинала 6 апреля 2012 года . Получено 9 апреля 2012 года .

[15] Вода . HEMAT, RAS EDITOR: UROTEXT. ISBN 1-903737-12-5 . п. 826

[16] «Образование в области безопасности пищевых продуктов | для потребителей | FAQ» . 20 января 2024 года.

[17] «Гальваническая чистка серебряных монет - учебник» . www.metalletectingworld.com .

[18] Wheeler, Gerson J., Проект электронного оборудования: руководство по производству и производству, Prentice-Hall, 1972

[pierre-19] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в «Справочник по коррозионной инженерии» . www.corrosion-doctors.org .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]