خوردگی گالوانیکی و راه های پیشگیری

خوردگی گالوانیکی یکی از انواع خوردگی الکتروشیمیایی است که می تواند به تجهیزات و سازه های فلزی آسیب وارد کند. این پدیده زمانی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ با رفتار الکتروشیمیایی متفاوت، در تماس الکتریکی با یکدیگر و در حضور یک محیط رسانا مانند آب یا رطوبت قرار بگیرند. در چنین شرایطی، یکی از فلزات به عنوان آند عمل کرده و سریع تر دچار خوردگی می شود، در حالی که فلز دیگر نقش کاتد را دارد.

شناخت این نوع خوردگی در انتخاب مواد و روش های حفاظت از قطعات فولادی اهمیت زیادی دارد. برای مثال، استفاده از پوشش روی در محصولات گالوانیزه یکی از روش های متداول حفاظت از فولاد در برابر عوامل خورنده است و در پروژه هایی که این محصولات مورد استفاده قرار می گیرند، شرایط محیطی، کیفیت پوشش و قیمت ورق گالوانیزه از عوامل مؤثر در انتخاب محصول مناسب هستند.

شدت خوردگی گالوانیکی فقط به نوع دو فلز وابسته نیست و عواملی مانند اختلاف پتانسیل، نوع الکترولیت، رطوبت، شرایط محیطی و نسبت سطح آند به کاتد نیز در آن نقش دارند. در ادامه، مفهوم خوردگی گالوانیکی، عوامل مؤثر بر آن و مهم ترین راه های پیشگیری را بررسی می کنیم.

مفهوم خوردگی گالوانیکی

خوردگی گالوانیکی که گاهی با عنوان خوردگی دوفلزی (Bimetallic Corrosion) نیز شناخته می شود، در اثر تشکیل یک سلول الکتروشیمیایی میان دو فلز غیرهمجنس ایجاد می شود.

در این شرایط، فلزی که از نظر الکتروشیمیایی فعال تر است به عنوان آند عمل می کند و طی واکنش اکسیداسیون به تدریج دچار خوردگی می شود. فلز نجیب تر نیز نقش کاتد را بر عهده دارد و معمولاً خوردگی آن در مقایسه با فلز آندی کمتر است.

برای شکل گیری این نوع خوردگی معمولاً سه شرط باید هم زمان وجود داشته باشد:

• دو فلز یا آلیاژ با رفتار الکتروشیمیایی متفاوت
• تماس الکتریکی میان دو فلز
• حضور یک الکترولیت مانند آب، رطوبت یا محلول های حاوی یون

بنابراین صرف تماس دو فلز متفاوت الزاماً به معنای ایجاد خوردگی شدید گالوانیکی نیست و شرایط محیطی نیز در شکل گیری و شدت آن تأثیر دارد.

علل و عوامل مؤثر در خوردگی گالوانیکی

میزان خوردگی گالوانیکی تحت تأثیر مجموعه ای از عوامل الکتروشیمیایی، محیطی و طراحی قرار دارد. بررسی این عوامل کمک می کند احتمال تشکیل جفت گالوانیکی و شدت آسیب بهتر ارزیابی شود.

تفاوت پتانسیل الکتریکی

فلزات مختلف دارای رفتار و پتانسیل خوردگی متفاوتی هستند. هنگامی که دو فلز غیرهمجنس در یک محیط الکترولیتی با یکدیگر تماس پیدا می کنند، اختلاف پتانسیل میان آن ها می تواند باعث ایجاد جریان گالوانیکی شود.

برای مثال، تماس فولاد و مس در حضور رطوبت می تواند شرایطی ایجاد کند که فولاد نقش آند را داشته باشد و سریع تر دچار خوردگی شود.

وجود الکترولیت

وجود یک محیط رسانا از شرایط اصلی تشکیل سلول گالوانیکی است. آب، رطوبت، آب شور و برخی محلول های شیمیایی می توانند نقش الکترولیت را ایفا کنند و انتقال یون ها را امکان پذیر سازند.

هرچه هدایت الکتریکی محیط بیشتر باشد، در شرایط مشابه امکان افزایش جریان گالوانیکی نیز بیشتر می شود. به همین دلیل، خوردگی گالوانیکی در محیط های دریایی و محیط های دارای رطوبت و نمک اهمیت بیشتری دارد.

دما و شرایط محیطی

دما می تواند سرعت واکنش های الکتروشیمیایی را تغییر دهد؛ با این حال، اثر آن باید در کنار عواملی مانند رطوبت، شوری، pH، اکسیژن محلول و نوع الکترولیت بررسی شود.

آلودگی های محیطی و باقی ماندن طولانی مدت آب در نقاط اتصال نیز می توانند احتمال و شدت خوردگی را افزایش دهند.

سری گالوانیکی فلزات

سری گالوانیکی یک روش برای مقایسه رفتار فلزات در برابر خوردگی در یک محیط مشخص است. این سری نشان می دهد وقتی دو فلز متفاوت در تماس با یکدیگر قرار می گیرند، کدام یک تمایل بیشتری به تبدیل شدن به آند و در نتیجه خوردگی دارد.

برای مثال، در تماس فولاد و مس و در حضور یک محیط رسانا مانند آب یا رطوبت، فولاد معمولاً نسبت به مس فعال تر است و می تواند سریع تر دچار خوردگی شود. هرچه تفاوت رفتار الکتروشیمیایی دو فلز بیشتر باشد، احتمال ایجاد خوردگی گالوانیکی نیز می تواند افزایش پیدا کند.

البته رفتار فلزات در همه محیط ها یکسان نیست؛ برای مثال، شرایط آب شیرین، آب دریا یا محیط های صنعتی می تواند بر رفتار یک جفت فلزی اثر بگذارد. به همین دلیل، سری گالوانیکی بیشتر برای ارزیابی سازگاری دو فلز در شرایط مشخص استفاده می شود و نباید آن را به تنهایی معیار قطعی شدت خوردگی دانست.

نسبت سطح آند به کاتد

یکی از عوامل مهمی که در بررسی خوردگی گالوانیکی گاهی نادیده گرفته می شود، نسبت سطح آند به کاتد است.

ترکیب یک آند کوچک با یک کاتد بزرگ معمولاً شرایط نامطلوب تری ایجاد می کند؛ زیرا جریان خوردگی در سطح کوچکتری از فلز آندی متمرکز شده و می تواند نرخ تخریب موضعی آن را افزایش دهد.

به همین دلیل، هنگام طراحی اتصال فلزات غیرهمجنس، علاوه بر جنس مواد باید مساحت نسبی سطوح در تماس نیز مورد توجه قرار گیرد.

راه‌های پیشگیری از خوردگی گالوانیکی

برای کاهش خطر خوردگی گالوانیکی می توان یکی از عوامل لازم برای تشکیل سلول گالوانیکی را حذف یا شرایط واکنش را محدود کرد. انتخاب روش مناسب به جنس قطعات، شرایط محیط و نوع کاربرد بستگی دارد.

استفاده از مواد مقاوم

انتخاب مواد سازگار و استفاده از پوشش های محافظ می تواند تماس مستقیم فلز با عوامل خورنده را کاهش دهد.

برای نمونه، پوشش روی در محصولات گالوانیزه از فولاد در برابر عوامل محیطی محافظت می کند و در بسیاری از کاربردهای صنعتی و ساختمانی می تواند عمر مفید قطعه را افزایش دهد. البته گالوانیزه کردن یک راهکار عمومی برای تمام جفت های گالوانیکی نیست و انتخاب آن باید متناسب با شرایط واقعی پروژه انجام شود.

عایق‌بندی

یکی از روش های مؤثر برای جلوگیری از تشکیل سلول گالوانیکی، قطع تماس الکتریکی بین دو فلز غیرهمجنس است.

استفاده از واشرها، بوش ها، گسکت ها یا لایه های عایق مناسب می تواند مسیر انتقال الکترون بین دو فلز را قطع کند. پوشش های پلیمری و سیستم های رنگ نیز در صورت طراحی و اجرای صحیح می توانند تماس سطح فلز با محیط خورنده را محدود کنند.

کنترل رطوبت

کاهش ماندگاری رطوبت در نقاط اتصال می تواند احتمال ایجاد خوردگی گالوانیکی را کاهش دهد.

در محیط های صنعتی، استفاده از تهویه مناسب، جلوگیری از تجمع آب و طراحی صحیح مسیر تخلیه مایعات اهمیت زیادی دارد. در برخی تجهیزات بسته نیز کنترل رطوبت محیط می تواند بخشی از برنامه حفاظت در برابر خوردگی باشد.

طراحی مناسب

طراحی سازه و اتصال باید به گونه ای باشد که آب یا الکترولیت در نقاط حساس تجمع پیدا نکند. همچنین بهتر است در اتصال فلزات غیرهمجنس از ایجاد وضعیت آند کوچک و کاتد بزرگ تا حد امکان جلوگیری شود.

در مواردی که امکان تغییر جنس قطعات وجود ندارد، جداسازی الکتریکی دو فلز و انتخاب صحیح پوشش می تواند ریسک خوردگی را کاهش دهد.

استفاده از آندهای فداشونده

یکی دیگر از روش های کنترل خوردگی، استفاده از آند فداشونده است. در این روش، فلزی فعال تر مانند روی، منیزیم یا آلیاژ مناسب دیگری به سیستم اضافه می شود تا به جای سازه اصلی دچار خوردگی شود.

این اصل یکی از روش های مورد استفاده در حفاظت کاتدی خطوط لوله، مخازن و برخی تجهیزات دریایی است.

استانداردهای مرتبط با خوردگی گالوانیکی

برای اطمینان از رعایت بهترین روش‌های پیشگیری از خوردگی گالوانیکی، رعایت استانداردهای زیر الزامی است:

• ASTM G1: این استاندارد به بررسی خوردگی و روش‌های آزمایش آن می‌پردازد.
• NACE RP0176: این استاندارد به روش‌های پیشگیری از خوردگی در محیط‌های مرطوب و الکترولیتیک اشاره دارد.
• ISO 12944: این استاندارد برای محافظت از سازه‌های فولادی در برابر خوردگی و تعیین الزامات پوشش‌های ضدزنگ طراحی شده است.

نکته مهم این است که انتخاب استاندارد باید متناسب با نوع سازه، شرایط سرویس و روش حفاظت مورد استفاده انجام شود.

انتخاب محصول متناسب با شرایط پروژه

در پروژه هایی که شرایط محیطی و احتمال خوردگی در انتخاب محصول فولادی اهمیت دارد، توجه به نوع پوشش، شرایط تماس فلزات و محیط سرویس می تواند از بروز مشکلات بعدی جلوگیری کند. فولاد حامیران مجموعه ای از محصولات فولادی مورد استفاده در پروژه های صنعتی و ساختمانی را عرضه می کند و برای بررسی مشخصات و انتخاب محصول متناسب با نیاز پروژه می توان از مشاوره کارشناسان مجموعه استفاده کرد.