خوردگی گالوانیکی در اتصالات استیل و راه های جلوگیری از آن

خوردگی گالوانیکی اتصالات استیل یکی از خطرهایی است که دوام، ماندگاری و عملکرد آنها را تحت تاثیر قرار می دهد. این نوع خوردگی زمانی ایجاد می شود که اتصالات استیل با فلزی متفاوت در تماس باشد و همزمان آب، رطوبت یا یک سیال رسانای دیگر در محیط وجود داشته باشد. در این شرایط، فلزی که از نظر الکتروشیمیایی فعال تر است، دچار خوردگی و زنگ زدگی می شود. در این مطلب از نوین صنعت پارس، خوردگی گالوانیکی در استیل، علائم و روش های جلوگیری از آن را بررسی می کنیم.

خوردگی گالوانیکی چیست؟

اگر دو فلز متفاوت مانند استیل و فولاد با هم در تماس باشند و یک مایع یا رسانا بین آنها وجود داشته باشد، این دو فلز با یکدیگر واکنش الکتروشیمیایی انجام می دهند. در اثر این واکنش دو فلز دچار خوردگی گالوانیکی می شوند. اگر این دو فلز در حالت طبیعی در تماس با یکدیگر باشند، خوردگی اتفاق نمی افتد و برای واکنش حتما باید یک رسانا مانند نم و رطوبت وجود داشته باشد. به همین دلیل، در محیط های مرطوب و دریایی و نقاطی که آب در اطراف اتصالات باقی می ماند، احتمال این نوع خوردگی زیاد است و در زمان خرید پیچ باید به آن توجه داشت.

چرا اتصالات استیل دچار خوردگی گالوانیکی می شوند؟

بر اساس تعریفی که ارائه دادیم، برای خوردگی گالوانیکی سه شرط اصلی لازم است:

• دو فلز با پتانسیل الکتروشیمیایی متفاوت باشند و یکی نقش آند و دیگری کاتد داشته باشد.
• امکان عبور الکترون ها یا تماس الکتریکی بین دو فلز وجود داشته باشد.
• الکترولیت هایی مانند آب، رطوبت، آب شور و یا محلول رسانا در محیط وجود داشته باشد تا امکان انتقال یون ها فراهم شود.

به عبارت دیگر، رابطه ساده زیر برای ایجاد خوردگی گالوانیکی وجود دارد:

دو فلز متفاوت + تماس الکتریکی + الکترولیت = خوردگی گالوانیکی

مثلا، اگر پیچ استیل با قطعه فولاد کربنی که هر دو کاملا خشک هستند، در تماس باشند، خوردگی ایجاد نمی شود. اما اگر در معرض رطوبت یا آب شور باشند، شرایط برای خوردگی فراهم شده و قطعه فولاد کربنی نقش آند را دارد و نسبت به استیل بیشتر در معرض خوردگی قرار می گیرد.
دقت داشته باشید که برای این نوع خوردگی، نباید حتما یک لایه آب بین دو فلز مشاهده شود. حتی رطوبت سطحی و بسیار نازک می تواند نقش الکترولیت را بازی کند. به همین دلیل، اتصالات استیل در محیط های مرطوب حتی بدون تماس مستقیم با آب ممکن است در معرض خوردگی گالوانیکی قرار بگیرند.

تفاوت خوردگی گالوانیکی با سایر انواع خوردگی اتصالات استیل

خوردگی در اتصالات استیل به شکل های مختلفی ایجاد می شود و هر نوع، علت متفاوتی دارد. به همین دلیل ممکن است برخی از انواع خوردگی در ظاهر شبیه به هم باشند. برای آشنایی بهتر با تفاوت انواع خوردگی استیل، در جدول زیر با یکدیگر مقایسه شده اند:

کدام ترکیب فلزات بیشترین خطر خوردگی گالوانیکی را دارد؟

در حالت کلی، هر چه اختلاف رفتار الکتروشیمیایی دو فلز بیشتر باشد، در شرایط دارای رطوبت و الکترولیت رسانا احتمال و شدت خوردگی افزایش پیدا می کند. علاوه براین، نسبت سطح دو فلز نیز در میزان و شدت خوردگی نیز تاثیر می گذارد. به طوریکه، هرچه سطح فلز فعال تر کوچکتر باشد، خوردگی در آن بخش با سرعت بیشتری اتفاق می افتد.
برخی از فلزاتی که در تماس با اتصالات استیل شرایط را برای خوردگی گالوانیکی فراهم می کنند عبارتند از:

• استیل و آلومینیوم: در یک مقایسه کلی، آلومینیوم در بسیاری از شرایط نسبت به استیل فعال تر است. در نتیجه، اگر شرایط گالوانیکی برقرار باشد، بیشتر دچار خوردگی می شود.
• استیل و روی: در شرایط گالوانیکی، چون روی نسبت به استیل فعال تر است، نقش آند دارد و زودتر دچار خوردگی می شود.
• استیل و مس: اگر در محیط نم و رطوبت و رسانا وجود دارد، دو فلز مس با اتصالات استیل زوج گالوانیکی را تشکیل می دهند و خوردگی اتفاق می افتد. مس در این شرایط سریع تر از استیل دچار خوردگی می شود.
• استیل و استیل: اگر دو قطعه از گریدهای مشابه استیل باشند، اختلاف پتانسیل آنها بسیار کم است و احتمال خوردگی گالوانیکی کاهش پیدا می کند. اگر گریدها با هم اختلاف داشته باشند و رسانای قوی در محیط وجود داشته باشد، احتمال خوردگی گالوانیکی نیز افزایش پیدا می کند.

علائم خوردگی گالوانیکی در اتصالات استیل

خوردگی گالوانیکی به مرور رخ می دهد و از همان ابتدا باعث آسیب به اتصالات نمی شود. علائم و نشانه های این نوع خوردگی، یک زنگ خطر است و نباید نسبت به مواردی از قبیل تغییر رنگ، تشکیل رسوب و زنگ زدگی فلز مجاور اتصالات استیل بی توجه بود. البته دقت داشته باشید که هیچ از این علائم به تنهایی نمی توانند نشانه قطعی از خوردگی گالوانیکی باشند و باید جنس فلزات، تماس الکتریکی و رطوبت و رسانا همگی همزمان بررسی شوند.
از مهم ترین نشانه های خوردگی گالوانیکی اتصالات استیل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تغییر رنگ و ایجاد لکه در اطراف اتصال
• ایجاد رسوبات سفید، خاکستری، قهوه ای و رنگ زنگ زدگی (رنگ رسوبات به نوع فلزات بستگی دارد)
• زنگ زدگی فلز مجاور اتصال استیل؛ در بسیاری از مواقع اتصالات استیل دچار خوردگی نمی شوند، اما فلز مجاور آن به تدریج زنگ می زند.
• ایجاد حفره و خوردگی موضعی روی سطح
• کاهش ضخامت و تخریب قطعه فلزی و کم شدن استحکام
• شل شدن یا آسیب دیدن اتصال به دلیل تغییر ابعاد قطعات بعد از خوردگی
• خوردگی شدید در یک فلز و آسیب کم در فلز دیگر

روش های جلوگیری از خوردگی گالوانیکی

برای جلوگیری از این نوع خوردگی اتصالات استیل، باید یکی از شرایط لازم برای تشکیل سلول گالوانیکی را حذف کرد. همان طور که اشاره کردیم، نوع فلز، ایجاد تماس بین دو فلز و وجود رسانا از اصلی ترین شرایط برای ایجاد این نوع خوردگی هستند. در نتیجه، با روش های زیر می توان مانع از خوردگی گالوانیکی شد:

انتخاب فلزات سازگار

یکی از مهم ترین کارهایی که می توانید انجام دهید، انتخاب فلزاتی است که با استیل اختلاف الکتروشیمیایی زیادی نداشته باشد. هر چه اختلاف پتانسیل لکتروشیمیایی دو فلز کمتر باشد، احتمال خوردگی کاهش پیدا می کند.

عایق کردن فلزات متفاوت

اگر دو فلز متفاوت هستند و اختلاف الکتروشیمیایی دارند، بهترین کار استفاده از لایه عایق است. با استفاده از واشر، بوش و گسکت و پوشش های عایق می توان مانع از عبور جریان الکتریکی بین آنها شد و سلول گالوانیکی تشکیل نمی شود.

جلوگیری از تماس آب و رطوبت با اتصال

آب و رطوبت رسانای قوی هستند و احتمال خوردگی را تا حد زیادی افزایش می دهند. در نتیجه، با آب بندی و کاهش نم و رطوبت در محل اتصال و تماس با دو فلز با هم می توان از ایجاد خوردگی جلوگیری کرد. این روش برای اتصالات در فضای باز و محیط های دریایی اهمیت بسیار زیادی دارد.

انتخاب صحیح پیچ و مهره

پیچ و مهره را متناسب با اتصالات استیل انتخاب کنید. اگر پیچ و مهره و اتصالات استیل هستند، بهتر است تا حد امکان هم گرید باشند. چون اختلاف گرید در پیچ و مهره های استیل احتمال خوردگی گالوانیکی را افزایش می دهد.

جلوگیری از جمع شدن آب در شکاف و درزها

در محیط های دریایی و فضای باز احتمال جمع شدن آب زیر واشر، گسکت و پیچ و رزوه ها و سایر بخش های اتصالات وجود دارد. باید قطعات و محل اتصال طوری طراحی شود که آب و رطوبت تخلیه شود تا خطر خوردگی گالوانیکی کم شود.

انتخاب گرید مناسب استیل

برخی از گریدهای استیل در برابر خوردگی مقاومت بالاتری دارند. اگر در محیط کلراید زیادی وجود دارد، استیل 316 بهتر از 304 عمل می کند.

بازرسی و نگهداری دوره ای

حتی اتصالات با طراحی مناسب با گذشت زمان به دلیل تماس با نم و رطوبت، آسیب دیدگی پوشش عایق و شل شدن قطعات ممکن است دچار آسیب شوند. با بررسی دوره ای و شناسایی نشانه ها وو علائم خوردگی، در زمان مناسب می توان ترمیم را انجام داد و از خسارت جلوگیری کرد.

خوردگی گالوانیکی در انواع اتصالات استیل

به دلیل تفاوت هایی که در ساختار اتصالات استیل وجود دارد، احتمال خوردگی در آنها همیشه مشابه و یکسان نیست. در ادامه چند مورد از مهم ترین اتصالات استیل را از نظر خوردگی گالوانیکی و شرایط آنها بررسی می کنیم:

خوردگی گالوانیکی در فلنج استیل

در خطوط لوله ممکن است فلنج استیل به فلنج های فولاد کربنی متصل شوند که از نظر الکتروشیمیایی با هم فرق دارند. اگر بین این دو فلنج نم و رطوبت و رسانا وجود داشته باشد، سلول گالوانیکی بین آنها بوجود می آید و خوردگی اتفاق می افتد. در صنعت، برای محافظت از این اتصالات در برابر خوردگی از گسکت، واشر و بوش عایق استفاده می شود و پیچ و مهره های متصل به آن را از جنس های مناسب انتخاب می کنند.

خوردگی گالوانیکی در پیچ و مهره استیل

در بسیاری از مواقع به جنس پیچ و مهره و اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی با قطعات فلزی متصل به آنها توجه نمی شود. این پیچ و مهره ها به قطعات فولاد کربنی، آلومینیومی و سایر فلزات متصل شده و نم و رطوبت باعث خوردگی می شود.

خوردگی گالوانیکی در اتصالات رزوه ای

اتصالات رزوه ای به دلیل وجود تعداد زیاد شیار و تماس گسترده بین سطوح فلزی نسبت به سایر اتصالات بیشتر در معرض خوردگی است. اگر اتصال رزوه ای با فلز متفاوت ایجاد شود و بین آنها نم و رطوبت وجود داشته باشد، خوردگی اتفاق می افتد. در این اتصالات، استفاده از عایق الکتریکی، پوشش مناسب و طراحی صحیح محل اتصال اهمیت زیادی دارد.

جمع بندی

بر اساس آنچه در مطلب بررسی شد، نوع اتصال، جنس فلز و شرایط محیط همگی بر احتمال خوردگی گالوانیکی تاثیر می گذارند. در حالت کلی، همیشه فلز فعال تر بیشتر در معرض خوردگی است و با استفاده از پوشش های عایق، گسکت و بوش می توان خوردگی را در آنها کاهش داد.

سوالات متداول

آیا تماس استیل با فولاد کربنی باعث خوردگی گالوانیکی می شود؟

در صورت وجود رطوبت یا یک مایع رسانا، اتصال استیل و فولاد کربنی باعث تشکیل زوج گالوانیکی می شود.

آیا استیل و آلومینیوم را می‌توان به یکدیگر متصل کرد؟

بله، اما در محیط های مرطوب یا شور باید از تماس مستقیم آنها جلوگیری شود. استفاده از عایق الکتریکی، آب بندی مناسب و جلوگیری از تجمع آب، خطر خوردگی گالوانیکی را کاهش می دهد.

آیا پیچ استیل باعث خوردگی گالوانیکی می شود؟

اگر پیچ استیل در تماس با فلزی متفاوت و در حضور رطوبت و سیال رسانا قرار گیرد، احتمال ایجاد خوردگی گالوانیکی وجود دارد. میزان و محل خوردگی به جنس قطعات، شرایط محیط و نسبت سطح آنها بستگی دارد.

آیا گسکت عایق از خوردگی گالوانیکی جلوگیری می کند؟

گسکت عایق تماس الکتریکی بین دو فلز را می تواند قطع کند و خطر خوردگی را کاهش دهد. در اتصالات فلنجی باید پیچ، مهره، واشر و سایر مسیرهای احتمالی تماس نیز عایق شوند.

از کجا بفهمیم خوردگی اتصال استیل گالوانیکی است؟

زنگ زدگی یا خوردگی بیشتر یکی از فلزات در محل اتصال یک نشانه است، اما به‌ تنهایی نمی توان با این نشانه خوردگی را تشخیص داد. جنس فلزات، وجود رطوبت و نحوه تماس آنها نیز باید بررسی شود.