Коррозия в гальванических парах

[skarabey 686]

Одна из лучших статей о электрохимических реакциях с нержавеющией сталью и о коррозии нержавейки была опубликована в 2004 году в журнале КАТЕРА И ЯХТЫ по материалам фирмы Quicksilver Marine Parts & Accessories. Приведем здесь частично текст и изображения из этой статьи... [spoiler=Щелевая коррозия]

ЩЕЛЕВАЯ КОРРОЗИЯ

Этому виду коррозии подвержены многие металлы, а в особенности — нержавеющая сталь. "Щель" в данном случае — это пространство под всевозможными отложениями (песка, ила и т.д.), под пластиковыми шайбами, фетровыми прокладками и т.д. — иначе говоря, место, из которого попавшая туда влага не может найти выхода и где образовалась застойная зона.

 

Нержавеющая сталь — это сплав на основе чугуна, в который входят хром и никель. Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома. При отсутствии кислорода оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной. Иными словами, "нержавейка" не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода. Самый простой способ предотвратить данную разновидность коррозии — ограничить доступ влаги в "щели", вовремя удалять образующиеся отложения и обеспечить хорошую вентиляцию "сомнительных" мест.

ВИДЫ МОРСКОЙ КОРРОЗИИ

Расположенные под водой металлические детали обычно подвергаются двум типам коррозии: гальванической и так называемой "коррозии от блуждающих токов".

 

Гальваническая коррозия представляет собой электрохимическую реакцию между двумя и более различными (или разнородными) металлами. Различными, потому что для того, чтобы началась реакция, один должен быть более химически активным (или менее стабильным), чем другой или другие. Когда мы говорим про гальваническую коррозию, то имеем в виду электрообмен. Все металлы обладают электрическим потенциалом, поскольку у всех атомов есть электроны, движение которых и есть электричество.

 

Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет (по этой причине корпуса судов, эксплуатирующихся в жарком климате, заметно больше подвержены коррозии, чем на Севере).

 

Процесс гальванической коррозии можно наиболее наглядно проиллюстрировать на примере алюминиевой подводной части подвесного мотора и гребного винта из нержавеющей стали. Алюминий — более химически активный металл — является в данном случае анодом, а менее активная нержавеющая сталь — катодом.

Вот что происходит, когда эта пара помещается в воду, играющую роль электролита (рис. 1):

1. На аноде:

a. Через место контакта (в нашем случае — через гребной вал) электроны перетекают с анода, металла более химически активного на катод — гребной винт. Происходит следующая реакция: Al ® Al+++ +3e.

b. При этом атомы более химически активного металла превращаются в ионы (этим термином обозначаются атомы с "недостатком" или "избытком" электронов), которые устремляются в воду и связываются с ионами кислорода, обмениваясь с ними электронами и образуя оксид алюминия. (Процесс этот ничем не отличается от того, что происходит с ионами железа при образовании оксида железа).

c. Образовавшиеся молекулы оксида алюминия либо уносятся потоком воды, либо оседают на алюминиевой поверхности. Таким образом, подводная часть вашего подвесника в результате гальванической коррозии буквально растворяется в воде.

 

2. На катоде:

a. С анода поступают электроны, причем они не просто накапливаются, а вступают в реакцию с ионами электролита.

b. Реакция обычно происходит такая:

11/2 О2 + 3 Н2О + 6 е ® 6 ОН—.

c. Ион гидроокиси ОН— — щелочной, поэтому в районе катода образуется щелочная среда. (Следует отметить, что это обстоятельство надо обязательно иметь в виду владельцам деревянных корпусов — щелочь разрушает целлюлозу).

 

Очень важно понять, что следствием освобождения каждого позитивного иона металла на аноде обязательно является формирование негативного иона электролита, образующегося вследствие реакции электронов катода. Электрически анодные и катодные реакции должны быть эквивалентны. Рост или снижение уровня катодной реакции вызывает ответные рост или снижение уровня анодной реакции. Это ключевой факт для понимания процесса коррозии и управления им. Его можно проиллюстрировать эффектом влияния размеров анода и катода. Если к очень большому аноду подключить маленький катод, процесс коррозии анода пойдет медленно. А если поступить наоборот, то анод очень быстро разрушится.

 

Алюминиевых деталей на катере или мотолодке полным-полно. И если не контролировать процесс гальванической коррозии, все они быстро выйдут из строя.

 

Гальваническая коррозия может протекать даже в том случае, если на вашей лодке нет ни одной детали из нержавеющей стали. Предположим, что и подводная часть мотора, и винт алюминиевые, но лодку вы обычно ставите у пирса со стальной стенкой и подключаетесь при этом к береговой системе электроснабжения. Провод заземления (так называемый "третий" — дань безопасности) соединяет при этом алюминиевые детали лодки с погруженной в воду стальной стенкой (рис. 2). Если учесть внушительную массу стальной стенки, то и подводной части мотора, и винту грозят серьезные повреждения. Предотвратить их можно при помощи гальванического изолятора — своеобразного фильтра, отсекающего токи низкого напряжения и позволяющего при этом заземляющему проводу в случае пробоя изоляции или короткого замыкания выполнить свою функцию — отвести ток в землю и спасти вам жизнь.

НА ЧТО ОБРАЩАТЬ ВНИМАНИЕ

Первый признак гальванической коррозии — вздутие краски на поверхностях, расположенных ниже ватерлинии, начинающееся обычно на острых гранях, и образование на обнажившемся металле белесого порошкообразного налета. Потом на поверхности металла начинают образовываться заметные углубления — словно кто-то выгрызает из него кусочек за кусочком.

Гальваническую коррозию подводных частей подвесных моторов и угловых колонок — или любых алюминиевых частей лодки — значительно ускоряет наличие деталей из нержавеющей стали, таких, как гребные винты, триммеры (особенно если они "заземлены" на двигатель), узлы дистанционного управления. Именно на них и уходят электроны алюминиевых деталей.

 

Другая причина, способная ускорить процесс гальванической коррозии — это уменьшение полезной площади анодных протекторов (о них тоже будет рассказано позже). Но и без наличия нержавеющей стали расположенные под водой алюминиевые детали все равно подвергаются воздействию гальванической коррозии — хотя и не столь интенсивной, как при контакте с иным металлом. При наличии электролита на большинстве однородных, вроде бы, металлических поверхностей все равно образуются крошечные аноды и катоды — в тех местах, где состав сплава неоднороден или имеются посторонние вкрапления или примеси — например, частицы металла с форм или штампов.

 

Нержавеющую сталь в качестве катода и алюминий в качестве анода мы использовали лишь в качестве одного из примеров; образовать "батарею" для запуска гальванической коррозии в паре с алюминием способен любой другой металл. К примеру, такая пара образуется и при контакте алюминия с цинком, только на сей раз катодом становится алюминий, а подвергается коррозии цинк — металл более химически активный. Один из худших врагов алюминия при образовании гальванической пары — это медь или медные сплавы (бронза).

 

Резюмируя сказанное рекомендуется всегда обращать внимание при монтаже на эту простую таблицу активности металлов. Чем дальше друг от друга стоят металлы в этом ряду, тем больше вероятность возникновения между ними электрохимической коррозии.

Например категорически не рекомендуется использовать нержавеющий крепеж в контакте с алюминием, особенно если этот узел может быть подвергнут влиянию влаги.

Еще один пример на основе этой таблицы - соединение электрических алюминиевых и медных проводов между собой. Для соединения всегда рекомендуется использовать переходные клеммные колодки, которые есть в продаже в любом электротехническом магазине.

 

Другая причина гальванической коррозии — подключение к береговой электросети. При этом алюминиевая подводная часть вашего мотора или колонки посредством заземляющего вывода подключается к подводным частям других лодок и становится частью огромной гальванической батареи, связанной с погруженным в воду береговым металлом. При этом не только на вашей лодке, но и на соседних коррозия значительно ускоряется.

КОРРОЗИЯ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ

Произойти подобное может в том случае, если металл, по которому течет электрический ток, поместить в любой заземленный водоем (в реку, озеро, море, океан — без разницы, не в счет разве что стеклянный аквариум). Ток через воду устремится в землю. Следствием этого явится интенсивная коррозия в том месте, где произошел "пробой". В наихудшем случае та же алюминиевая подводная часть мотора может разрушиться буквально за несколько дней.

 

Данная разновидность коррозии отличается от гальванической, хотя природа у них одна. Гальваническая коррозия вызывается соединением двух разнородных металлов и происходит за счет их электрических потенциалов. Один металл выступает в роли анода, другой — в роли катода. Здесь же электрический ток попадает на подводную часть лодки из внешнего источника и через воду уходит в землю.

К примеру, ваша лодка расположена между лодкой с утечкой постоянного тока и местом, являющимся хорошим заземлением для этого тока. Хотя ток могут уходить в землю и через воду, ваша лодка может явиться проводником со значительно меньшим сопротивлением. Таким образом, ток будет уходить в землю и с нее. Наиболее интенсивно коррозия будет развиваться в том месте лодки, откуда ток уходит в воду.

 

Блуждающие токи могут вызываться не только внешними, но и внутренними источниками — коротким замыканием в сети лодки, плохой изоляцией проводки, подмокшим контактом или неправильным подключением какого-либо элемента электрооборудования.

 

Наиболее распространенный внешний источник блуждающих токов — береговая сеть электроснабжения. Лодка с внутренним источником блуждающих токов (например, по причине повреждения изоляции одного из проводов) может стать причиной усиленной коррозии множества соседних лодок, подключенных к той же береговой электросети, если они обеспечивают лучшее заземление. Ток при этом передается на другие лодки посредством все того же "третьего" заземляющего провода.

 

Гораздо более неуловимый — но потенциально более опасный — случай коррозии блуждающих токов может происходить безо всяких проблем с электрооборудованием (и вашей лодки, и соседних). Предположим, что вы возвращаетесь на стоянку после выходных на воде, подсоединяетесь к береговому источнику, чтобы подзарядить аккумулятор, и спокойно уходите домой — автоматическое зарядное устройство само отключит зарядившуюся батарею. В понедельник по соседству с вашей лодкой причаливает большой стальной катер (с ободранной и поцарапанной краской). Владелец его тоже подключается к береговой сети и тоже оставляет свою посудину на несколько дней. Электрическая батарея готова — большой стальной корпус и небольшая подводная часть вашего мотора, соединенные заземляющим проводом. В зависимости от разделяющего их расстояния, разницы размеров и времени, которое ваш сосед решил провести на берегу, в следующие выходные вы можете обнаружить, что подводная часть вашего мотора либо просто покрыта белесым налетом, либо разрушилась чуть ли не полностью.

 

 

Источник: http://rostfrei.ru/e....nsf/pages/rost

Изменено 3 апреля, 2011 пользователем AL.WING
Добавил спойлер

[allex 12]

не очень статья понравилась как то все

очень упрошенно

особенно это - как то очень академично без цифр и выводов

на вопрос а что делать?

 

Нержавеющая сталь — это сплав на основе чугуна(конечно все стали из чугуна), в который входят хром и никель(нетолько еше много чего). Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома(а зачем все остальное). При отсутствии кислорода(только в космосе) оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной(намного меденее) не хуже обычной. Иными словами, “нержавейка” не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода. А это полный бред корозия следствие реакции

с кислородом какая корозия если нет кислорода с чем окисляться будет (автор сравнивает с обычной сталью)

А может я что то не понял.

Александр.

[skarabey 686]

Иными словами, "нержавейка" не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода. А это полный бред корозия следствие реакции

с кислородом какая корозия если нет кислорода с чем окисляться будет (автор сравнивает с обычной сталью)

А может я что то не понял.

Александр.

Цитата: "При отсутствии кислорода оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной не хуже обычной".

При разрушении оксидного слоя выделяется химически активный кислород, который участвует в процессе коррозии. ;)

[HaNTeR 12]

Skarabey: зря вы выложили эту статью. практических сведений в ней ноль. только поверхностная информация.

Слишком много "воды" и ничего конкретного. ни слова не говорится о корозии нержавейки например.. ни слова о том что алюминий и его сплавы имеют совершенно разные свойства...

[HaNTeR 12]

Нержавеющая сталь — это сплав на основе чугуна(конечно все стали из чугуна), в который входят хром и никель(нетолько еше много чего). Не ржавеет она благодаря образующейся на поверхности изделия тонкой пленке оксида хрома(а зачем все остальное). При отсутствии кислорода(только в космосе) оксидный слой разрушается, и нержавеющая сталь покрывается ржавчиной(намного меденее) не хуже обычной. Иными словами, “нержавейка” не ржавеет только до тех пор, пока имеется доступ кислорода. А это полный бред корозия следствие реакции

с кислородом какая корозия если нет кислорода с чем окисляться будет (автор сравнивает с обычной сталью)

А может я что то не понял. Александр.

 

подумал и решил еще написать. Полностью согласен с Александром. Мало того, хотел бы еще добавить - нет такого понятия как "нержавеющая сталь". это "народное" название. есть понятие "сталь повышенной корозонной стойкости". задумайтесь над смыслом.

мало того, почему например корпуса кораблей не делают из нержавеющей стали ???? никто не задумывался ??? ответ простой, нержавейка боится хлора содержащегося в морской воде. при длительном нахождении в ней (в морской воде) в нержавейке начинается и развивается так называемая "межкристалитная коррозия". в рузультате которой материал выглядит как кусок дерева изъеденый короедом.... с простой черной сталью такого не происходит.

справедливости ради нада отметить, что это происходит лишь при постоянном нахождении в морской воде. для стволов ружей это не актуально даже в теории.

[skarabey 686]

Skarabey: зря вы выложили эту статью. практических сведений в ней ноль. только поверхностная информация.

Слишком много "воды" и ничего конкретного. ни слова не говорится о корозии нержавейки например.. ни слова о том что алюминий и его сплавы имеют совершенно разные свойства...

Ну, что нашёл, то и выложил. А есть в наличии что-нить получше? Можно же и заменить, тока у меня не на что. А эту в форум про лодки отправим, там она больше к месту будет наверное.

[EugeneK 1]

Да, водномоторная статья поверхностная и не в тему - у нас совершенно другие условия эксплуатации.

Хорошая статья по коррозии нержавейки

http://www.stainlesssteel.ru/help/128

И очень хороший диспут (высококвалифицированный) по алюминию

http://www.sapr2k.ru/index.php?showtopic=16948

Кстати, Алексей, нержавеющий флот у нас есть и очень большой. Это подлодки. Прочные корпуса у них - нержавейка, насколько я помню - 30Х18. Вроде и ледоколы тоже, но тут я боюсь ошибиться. А прочий флот делают из чернушки, а не из нержавейки, в силу целого ряда недостатков последних, таких как стоимость, пониженная прочность, технологические проблемы. Кстати, и с подлодками тоже проблемы - сварка в аргоновой среде 11-метровых (в диаметре) обечаек - заготовок со стенкой в 0.5м, борьба с трещинами и пр.

Теперь о наших проблемах.

Конструирование - искусство компромиссов. Без них ничего путёвого не сделать. Так же компромиссны решения по выбору материалов для ружей. Требования к конструкции, прочность, технологичность, соответствие задачам, условия эксплуатации, коррозионная стойкость, стоимость, доступность - те аспекты, которые рассматриваются при выборе материалов. При этом задача качественно усложняется несерийным характером производства - не закажешь Дерипаске, чтобы он сварил нужный тебе дюраль , а вот для БУРАНА варили целую кучу разных, есть на на эту тему очень интересная статья

http://www.buran.ru/htm/inside.htm

Посмотрим на нашу задачу. Начнём с эксплуатационных требований. Одним из основных и принципиальных с точки зрения материалов является необходимость обеспечения плавучести ружья, хотя бы разряженного. Это исходит и из удобства эксплуатации и из того, что есть мощный конкурент - арбалет, проигрывать которому ни по одному параметру не хочется. Кроме того, плавучесть связана с массой, а минимизация массы необходима и для обеспечения балансировки и для удобства и т.д. При этом необходимо обеспечить и прочность конструкции. Вот возможности выбора материалов и сжимаются до алюминия, титана да тонкой нержавейки со стенкой 0.5мм.

Понятно, что наиболее пригодным по всем параметрам является алюминий (дюраль). У него минимальный удельный вес, технологичный, доступен (как минимум, стал доступен в последнее время). Алюминий позволяет практически без проблем сделать плавающее ружьё даже со стволом из нержавейки. Да и собственно алюминиевые стволы хорошо работают.

С титаном всё хуже. Удельный вес в полтора раза выше, чем у алюминия, не очень доступен, а калиброванных труб, кажется, нет вовсе, обрабатывается тяжело - очень вязкий. Сделать ствол, насколько я знаю, большая проблема. Плавающее ружьё со стволом из нержи можно сделать только при очень большом диаметре ресивера (как у НЕПТУНА)

Тонкая нержавейка - экзотика, хотя такое ружьё на ГАРПУНЕ присутствует (это того автора, которого ДМИТРИЙ 13 походя полил). Если бы не проблемы с прочностью и доступностью материалов, то данный материал был бы идеален, но наличие этих проблем и переводит его в разряд экзотики, ИМХО.

Вернёмся к дюралям. Есть вопрос коррозионной стойкости как химической, так и электрохимической, этакая страшилка из феодосийских легенд. Только надо здраво на него смотреть, тогда и не страшно станет. Тут и вступают в дело научные знания и опыт.

Научные знания - опубликованные материалы. Алексей (хантер) хорошо этим владеет - указал на выжимку научных знаний - специализированный справочник, откуда следует, что разность электрохимических потенциалов дюралей и нержавеек минимальна и слежит в диапазоне разности потенциалов самих дюралей. Я только добавлю, что и разнятся и эл.хим. потенциалы одного и того же дюраля из различных партий - в этом процессе играют значения любые отличия: примеси, загрязнения, вкрапления, микроскопические разницы хим. состава и пр. Т.е. научные знания говорят - использовать можно.

То же самое говорит и опыт - как человечества, так и личный. Опыт человечества - это всеобщая применимость дюралей в судо- и кораблестроении и морской авиации, а так же в ружьестроении. При этом вряд ли кто пользуется крепежём из чернушки - не вывернуь, а нержавейку с дюралем комбинируют совершенно точно (насколько я помню, крылья у судов на подводных крыльях из нержавейки). Срок эксплуатации при этом уменьшается, но это учитывают (как учитывают эксплуатационные особенности дюраля в Буранах и Шаттлах). В ружьях, как серийных, так и самодельных, пары дюраль-нержа применяют кругом да рядом. И очень немного информации о проблемах, хотя и есть (можно поговорить отдельно, чтобы не отклоняться от темы). По личному опыту - ни с Д16, ни с АМГ (непокрытыми) ничего особенного не происходит - незащищённые места немного сереют за сезон. А покрытый немецкий дюраль вообще как новенький. Могу выложить фото.

Конечно, безусловно, РЕЧЬ ИДЁТ О ПРАВИЛЬНО ВЫБРАНОМ КОМПЛЕКСЕ МАТЕРИАЛОВ!

Есть и современные пути уменьшения гальванокоррозии, открывшиеся с появлением пластиков. Надо просто разделить разные металлы пластиковыми деталями . Эл.цепь разомкнётся и эффект угаснет. Я так и сделал.

А блуждающих токов у нас нет! Вряд ли кто-нибудь охотится около оголённых проводов. Около атомных станций, правда, охотятся.

На этом заканчиваю. Понимаю, получилось сумбурно, но это затравка. Уж больно тема обширная.

Могу, конечно, в чём то ошибаться - давно я всем этим занимался, в частности, делал автоматизированный комплекс для исследования склонности сталей к межкристаллитной коррозии

[HaNTeR 12]

Материала очень много, но выложить его вряд ли удастся. в основном это справочники. проще поискать их в сети.

- Справочник технолога машиностроителя (Анурьев)

- Конструирование узлов и деталей машин

- Алюминий и алюминевые сплавы

- Защитные покрытия алюминиевых сплавов.

наверно еще куча есть, но мои запросы эти перекрывают.

[Alexx 4]

Всем привет! Ружья не делаю, но тема заинтересовала, хочу вставить слово как инженер-металлург. Гальванические пары могут сыграть роль, если ружье хранить в морской воде, но я думаю что большинство этим не занимаются, если после охоты промывать пресной, то их влияние будет минимальным. Межкристаллитная коррозия некоторых марок коррозионно стойких сталей имеет место быть, но это стали с низким содержанием хрома, при повышении его содержания и добавлении никеля в обычных условиях она нереальна. В общем, при нормальном уходе за оружием электрохимическая коррозия не является чем то жутким, а то что за оружием надо ухаживать думаю никто отрицать не будет :-) скинуть выдержки из умных книг возможности нет, пишу с телефона

[skarabey 686]

Гальванические пары могут сыграть роль, если ружье хранить в морской воде, но я думаю что большинство этим не занимаются, если после охоты промывать пресной, то их влияние будет минимальным.

И вот эту-то простую мысль я никак не могу внедрить в сознание уважаемого сообщества. И никак не могу понять почему г/к, нож и т. д. после охоты промывают обязательно, а ружьё -- нет.

[gul 0]

подумал и решил еще написать. Полностью согласен с Александром. Мало того, хотел бы еще добавить - нет такого понятия как "нержавеющая сталь". это "народное" название. есть понятие "сталь повышенной корозонной стойкости". задумайтесь над смыслом.

мало того, почему например корпуса кораблей не делают из нержавеющей стали ???? никто не задумывался ???

[trezubez 2]

подумал и решил еще написать. Полностью согласен с Александром. Мало того, хотел бы еще добавить - нет такого понятия как "нержавеющая сталь". это "народное" название. есть понятие "сталь повышенной корозонной стойкости". задумайтесь над смыслом.

мало того, почему например корпуса кораблей не делают из нержавеющей стали ???? никто не задумывался ???

 

подумал и решил еще написать. Полностью согласен с Александром. Мало того, хотел бы еще добавить - нет такого понятия как "нержавеющая сталь". это "народное" название. есть понятие "сталь повышенной корозонной стойкости". задумайтесь над смыслом.

мало того, почему например корпуса кораблей не делают из нержавеющей стали ???? никто не задумывался ???

Ну задумывался ! И что!???

[игорь удомля 1 380]

подумал и решил еще написать. Полностью согласен с Александром. Мало того, хотел бы еще добавить - нет такого понятия как "нержавеющая сталь". это "народное" название. есть понятие "сталь повышенной корозонной стойкости". задумайтесь над смыслом.

мало того, почему например корпуса кораблей не делают из нержавеющей стали ???? никто не задумывался ???

думать не о чем.цена.хотя была такая подлодка.золотая рыбка.стоила почти по цене веса в золоте.может и больше. а нержавейка сказать проще чем"повышенной....".и смысл тот-же.

[игорь удомля 1 380]

кстати о. у нас в городе решили как-то поставить на теплотрассы трубы из н\ж. через год поменяли. все как иголками пробиты. вихревые токи. обычная углеродистая стоит дольше. если сделана по технологии. а гальванические пары в ружьях актуально,как уже было написано для моря. а насчет межкристалитной коррозии. всё зависит от качества стали и, в большей степени, сварки. кислоты,щелочи,радиацию лучше нержи не держит не один сплав. так что в море на жизнь охотника хватит. просто промыть.

[Geogor76 325]

И почему корабли из нержавейки не делают?

[dedushka 1 711]

Некропостеры млин!