Менеджер по техническому обслуживанию завода по розливу напитков обратился к нам с практической проблемой. В его линии промывки на конце шланга использовались алюминиевые фитинги с эксцентриковым замком, и он хотел заменить соединение со стороны насоса на нержавеющую сталь для большей долговечности. Вопрос был простым: не создадут ли эти два металла проблему коррозии в линии, по которой ежедневно поступает хлорированная вода? Это один из наиболее распространенных вопросов совместимости материалов при работе с промышленными жидкостями. Ответ зависит от электрохимического потенциала, площади открытой поверхности и окружающей среды, а не от простого «да» или «нет».

Короткий ответ: Да, с контролируемыми условиями.

Нержавеющая сталь и алюминий совместимы при правильном обращении с гальванической парой. Прямой ответ: да, вы можете использовать их вместе, но только если вы контролируете три переменные: соотношение площади поверхности катода к аноду, наличие электролита и целостность любого слоя изоляции или покрытия.

В реальных установках такие узлы, как крепеж из нержавеющей стали на алюминиевых конструкциях, надежно работают на протяжении десятилетий в строительстве, солнечной энергетике и транспортировке. Слово, на котором следует сосредоточиться, — «контролируется». Когда любая из этих трех переменных игнорируется, гальваническая коррозия вызывает быстрое локальное воздействие на алюминиевую сторону соединения.

Почему возникает гальваническая коррозия между нержавеющей сталью и алюминием?

Гальваническая коррозия – это электрохимический процесс. Когда два разных металла соединяются через электролит — воду с растворенными солями, влажность, конденсат или технологические химикаты — электроны перетекают от более активного металла к менее активному. Алюминий находится вблизи анодного конца гальванического ряда, а нержавеющая сталь — возле катодного конца. Согласно данным гальванических рядов, опубликованным в справочнике ASM Metals Handbook, разница потенциалов между алюминием 6061 и нержавеющей сталью 316 в морской воде составляет примерно 0,85 вольт .

В результате алюминий становится жертвенным анодом. Он выделяет ионы металлов в электролит и преимущественно корродирует, чтобы защитить нержавеющую сталь. Видимыми симптомами являются точечная коррозия, образование белого порошка и постепенное истончение стенок алюминиевого компонента, что иногда сопровождается неожиданным выходом из строя резьбовых или зажимных соединений.

Чем больше разница потенциалов, тем сильнее движущая сила гальванической атаки. Разница в 0,85 В между алюминием и нержавеющей сталью 316 считается существенной; сравните это с разницей примерно в 0,17 В между алюминием и углеродистой сталью, которая по-прежнему представляет риск, но вызывает более медленную реакцию в той же среде.

Соотношение площади поверхности определяет, насколько быстро происходит повреждение

Соотношение площади катода (нержавеющая сталь) и площади анода (алюминий) является единственным наиболее важным фактором в прогнозировании коррозионного повреждения. Когда анод велик по сравнению с катодом, один и тот же ток коррозии распространяется по большой площади, поэтому скорость проникновения остается низкой. Когда анод мал по сравнению с катодом, этот ток концентрируется в небольшой зоне и приводит к быстрому образованию питтинга или перфорации.

Болт из нержавеющей стали, удерживающий алюминиевую пластину, является подходящим вариантом. Маленькая головка из нержавеющей стали действует как небольшой катод, а большая алюминиевая пластина — как большой анод; распределенная атака обычно незначительна, особенно в помещении. Обратное расположение — большая поверхность из нержавеющей стали с алюминиевыми креплениями — опасно. Морские инженеры, в частности, предостерегают от использования алюминиевых болтов или заклепок на конструкциях из нержавеющей стали, поскольку большой катод из нержавеющей стали ускоряет воздействие на маленькие алюминиевые крепежные детали, пока они не выйдут из строя.

Условия окружающей среды решают, будет ли ускоряться реакция

Электропроводность окружающей среды является ускорителем. Совершенно сухое соединение нержавеющей стали и алюминия практически не обладает гальванической активностью, поскольку их не соединяет электролит. В тот момент, когда влага, конденсат или химические остатки образуют проводящий путь, клетка активируется.

Прерывистые циклы «влажное-сухое» особенно разрушительны, поскольку электролит концентрирует соли и загрязнения по мере испарения воды, повышая проводимость при каждом последующем смачивании. Это объясняет, почему промывочные линии, морское оборудование и наружные технологические агрегаты подвергаются коррозии гораздо раньше, чем защищенные внутренние установки.

Три реальных случая, когда нержавеющая сталь и алюминий работают вместе

Это не все плохие новости. Некоторые устоявшиеся отрасли промышленности каждый день сочетают нержавеющую сталь и алюминий, и их методы проектирования достойны копирования.

• Стойки для крепления солнечных панелей — Производители используют болты из нержавеющей стали на алюминиевых экструдированных рамах в миллионах установок на крышах и в коммунальных сетях. Этот метод работает, поскольку крепеж имеет небольшие размеры по отношению к поверхности рамы, а изолирующие шайбы разрывают электрический путь между головкой болта и алюминиевой направляющей.
• Алюминиевые лодки с фурнитурой из нержавеющей стали. — На окрашенных алюминиевых корпусах регулярно имеются нержавеющие утки, рельсовые крепления и гребные винты. Важнейшими деталями являются полное покрытие алюминия краской, толстый слой герметика под фитингом из нержавеющей стали и отсутствие оголенного алюминия на кромке соединения.
• Фланцы приборов из нержавеющей стали на алюминиевых технологических трубопроводах — На химических заводах и предприятиях по производству полупроводников переходные соединения работают при установке диэлектрической прокладки между торцами фланцев и использовании изолирующих втулок на всех болтах.

Что объединяет эти примеры, так это преднамеренное прерывание электрической цепи. Металлы соприкасаются физически, но не связаны электрохимически, поскольку между ними находится изолирующий или покрывающий слой.

Шесть способов предотвратить гальваническую коррозию между нержавеющей сталью и алюминием

Если ваша система требует использования обоих металлов, примените любую комбинацию этих элементов управления. Чем больше мерок вы объедините, тем дольше прослужит сборка.

1. Вставьте диэлектрический барьер — Нейлоновые шайбы, резиновые прокладки, лента из ПТФЭ и пластиковые втулки предотвращают контакт металла с металлом. Это самый прямой и недорогой метод.
2. Покройте поверхность нержавеющей стали — Порошковое покрытие, покраска или гальванопокрытие катодной стороны уменьшает эффективную площадь катода и значительно снижает движущую силу.
3. Нанесите герметик на стык — Сплошной валик полиуретанового или силиконового герметика блокирует попадание воды в щель, где встречаются два металла. Герметик необходимо периодически проверять, поскольку УФ-излучение и термоциклирование разрушают его.
4. Выбирайте в серии материал крепежа ближе к алюминию. — Крепеж из оцинкованной стали, оцинкованной стали или алюминия уменьшает разность потенциалов по сравнению с крепежом из нержавеющей стали, замедляя реакцию на алюминиевую конструкцию.
5. Катод должен быть меньше анода. — Спроектируйте сборку так, чтобы площадь поверхности нержавеющей стали была меньше площади прилегающей поверхности алюминия. Это фундаментальное правило проектирования морского оборудования.
6. Создайте дренажный путь — Не допускайте скопления воды вокруг шва. Расположите сборку так, чтобы вода стекала из области контакта, и при необходимости добавьте дренажные отверстия.

Что это означает для муфт Camlock и шланговых фитингов

Вопрос совместимости возникает ежедневно при перекачке промышленных жидкостей. Алюминиевые муфты Camlock доминируют в перекачке воды и топлива в сельском хозяйстве, поскольку они легкие, недорогие и устойчивы к коррозии в пресной воде. Кулачковые замки из нержавеющей стали являются стандартом в химической промышленности, морских линиях и пищевой промышленности, где важны контроль загрязнения и устойчивость к хлоридам.

Если вы в настоящее время запускаете алюминиевая муфта Camlock типа A на шланге для перекачки воды и хотите подсоединить его к выпускному отверстию насоса из нержавеющей стали, остановитесь и рассмотрите точку контакта. Влажная хлорированная среда создаст гальваническую активность на этом интерфейсе. Одним из практических решений является хранение алюминиевого шланга в сборе отдельно и использование короткого перехода из нержавеющей стали в алюминий, защищенного диэлектрической прокладкой, или выбор соединительного материала, который полностью изолирует два металла.

Оптовая продажа алюминиевой муфты типа А Поставщики, Фабрика - Нинбо Чили Хар Ningbo Chili Hardware Co., Ltd - это оптовая продажа в Китае алюминиевой муфты типа А. Поставщики и фабрики. Стандарт: Наша муфта камлока ... Посмотреть продукт →

Со стороны насоса кулачковая муфта из нержавеющей стали типа A является правильным долгосрочным выбором для агрессивных жидкостей, контакта с морской водой и частой промывки. Для переходной зоны нейлоновая муфта Camlock типа A действует как электрический и тепловой изолятор между двумя металлами, полностью разрывая гальваническую цепь, сохраняя при этом высокие механические характеристики.

Оптовые нейлоновые муфты типа A с камлоком Поставщики, Фабрика - Ningbo Chili Hardwa Ningbo Chili Hardware Co., Ltd - оптовая продажа Китая нейлоновой муфты типа А. Поставщики и фабрики, стандарт: Наша муфта камлока ... Посмотреть продукт →

Оптовая продажа муфты из нержавеющей стали типа A Поставщики, Фабрика - Нинбо Ch Ningbo Chili Hardware Co., Ltd - оптовая продажа в Китае муфты с камлоком из нержавеющей стали типа A. Поставщики и фабрики. Стандарт: Наш камлок... Посмотреть продукт →

Помимо эксцентриков, та же логика применима к фланцам, соединениям Storz и муфтам с проушинами. Если вы разрабатываете новую систему, просмотрите руководство по выбору правильной муфты Camlock прежде чем выбирать материалы. А если вы уже привержены фитингам из нержавеющей стали, ознакомившись с Основы установки камлока из нержавеющей стали поможет вам заранее обнаружить потенциальные точки соприкосновения. Отдельное сравнение Преимущества камлока из нержавеющей стали перед другими материалами также поясняет, когда стоит обновление.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать болты из нержавеющей стали с алюминием?

Да, болты из нержавеющей стали обычно используются в алюминиевых узлах, включая стойки для солнечных батарей, велосипедные рамы и автомобильные детали. Небольшая площадь поверхности болта по сравнению с алюминиевой конструкцией снижает скорость коррозии. Для достижения наилучших результатов установите нейлоновую или пластиковую шайбу под головку болта и гайку и используйте состав для фиксации резьбы, который также действует как барьер для влаги.

Что произойдет, если нержавеющая сталь коснется алюминия в соленой воде?

Морская вода является наиболее агрессивным электролитом для пары нержавеющий алюминий. Высокое содержание хлоридов разрушает пассивные пленки на обоих металлах, в результате чего скорость коррозии алюминия может быть очень серьезной — измеряемой миллиметрами в год. Руководящие принципы судостроительной отрасли рекомендуют полную изоляцию между оборудованием из нержавеющей стали и алюминиевыми корпусами или компонентами с использованием толстых неметаллических опорных пластин и прокладок из герметика.

Противостоит ли анодированный алюминий гальванической коррозии нержавеющей стали?

Анодирование помогает, но не устраняет риск. Слой анодного оксида является хорошим электроизолятором, но он тонкий и легко царапается в местах контакта крепежа. На практике анодированный алюминий с крепежом из нержавеющей стали хорошо работает в сухой или умеренно влажной среде, но анодированный слой должен быть неповрежденным. Там, где покрытие повреждено, все еще может возникнуть локальная гальваническая атака.

Допустимо ли прямое соединение алюминиевой трубы с трубой из нержавеющей стали?

Непосредственное нарезание резьбы металл по металлу или фланцевое соединение алюминиевой трубы с трубой из нержавеющей стали не рекомендуется при эксплуатации во влажных условиях или на открытом воздухе. Фланец из нержавеющей стали действует как большой катод, а конец алюминиевой трубы — как концентрированный анод. Практическое решение — это диэлектрическая муфта, неметаллическая муфта, такая как нейлон или полипропилен, или короткая катушка с изолирующими прокладками с обеих сторон.

Через какое время станет заметна гальваническая коррозия?

Универсального графика не существует. В морской среде видимый белый порошок оксида алюминия и язвы могут появиться на незащищенном суставе в течение 6–12 недель. В сухом помещении одна и та же пара может не подвергаться коррозии в течение десятилетий. Решающими факторами являются воздействие электролита, соотношение площади поверхности и конкретные используемые сплавы.

Заключительный вывод

Нержавеющая сталь и алюминий совместимы, если гальванический элемент намеренно сломан. Контролируйте соотношение площадей поверхностей, следите за тем, чтобы соединение было сухим или герметичным, и используйте изолирующие компоненты, такие как нейлоновые шайбы, диэлектрические прокладки или неметаллические муфты. При работе с промышленными жидкостями самый простой способ вообще избежать этой проблемы — выбрать один металл для непрерывной линии или использовать полимерную муфту в точке перехода. При соблюдении этих мер предосторожности эти два металла могут безопасно сосуществовать практически в любой сфере применения.