Reactie op aluminium en roestvrij staal: galvanische corrosie voorkomen

Op een zonnepark vertelden de onderhoudsgegevens een bekend verhaal. Witte, kalkachtige afzettingen verspreidden zich rond roestvrijstalen bouten op aluminium montagerails, en onder elke boutkop was putvorming begonnen. Dit is in de praktijk de reactie van aluminium en roestvrij staal, en het is een van de meest voorkomende oorzaken van voortijdig falen in gemengde metaalconstructies. De reactie betekent niet dat de twee metalen nooit samen kunnen worden gebruikt. Het betekent dat de verbinding moet worden ontworpen met een duidelijk begrip van galvanische corrosie, en dat is precies wat dit artikel biedt.

Wat de reactie van aluminium en roestvrij staal eigenlijk is

De reactie van aluminium en roestvrij staal is een vorm van galvanische corrosie, ook wel bimetaalcorrosie genoemd. Wanneer de twee metalen elektrisch contact maken en beide worden blootgesteld aan een elektrolyt, of het nu zeewater, regenwater, condensatie of gewoon aanhoudende vochtigheid is, vormen ze een galvanisch koppel. Aluminium, het minder edele metaal, wordt de anode en begint metaalionen vrij te geven. Roestvrij staal, het edelere metaal, wordt de kathode. Elektronen reizen van de anode naar de kathode via de metalen verbinding, en de elektrolyt voltooit het elektrische circuit. Het resultaat is dat aluminium veel sneller corrodeert dan op zichzelf.

Dit is geen chemische aantasting door RVS op aluminium. Het roestvrij staal fungeert eenvoudigweg als een grote, efficiënte kathode die de natuurlijke corrosie van het aluminium versnelt. De zichtbare tekenen zijn onderscheidend: witte of grijze corrosieproducten op het aluminiumoppervlak, putjes rond de kop of ring van de sluiting en, in ernstige gevallen, een geleidelijk verlies van klemkracht naarmate het aluminium dikte verliest.

De drie voorwaarden die aanwezig moeten zijn

Galvanische corrosie is niet automatisch. Er zijn drie gelijktijdige omstandigheden nodig, en het verwijderen van een van deze omstandigheden stopt de reactie.

• Elektrisch contact. De twee metalen moeten via een geleidend pad met elkaar verbonden zijn. Een roestvrijstalen bout die in een aluminium rail wordt geslagen, of een aluminium beugel die wordt vastgeklemd door een roestvrijstalen moer, zorgt voor precies dat traject.
• Een elektrolyt. Een geleidende vloeistof moet de twee oppervlakken overbruggen. Zout water is de meest agressieve elektrolyt, maar regenwater, condensatie en zelfs vocht dat onder een coating wordt geabsorbeerd, kunnen de reactie in een aanzienlijk tempo aandrijven.
• Een verschil in elektrochemisch potentieel. De metalen moeten verschillen in hun neiging tot corroderen. Aluminium en roestvrij staal verschillen ongeveer een halve volt in zeewater, wat meer dan genoeg is om aanzienlijke corrosie te veroorzaken.

De praktische consequentie is eenvoudig: houd de metalen droog, houd ze elektrisch gescheiden, of accepteer dat het aluminium gaat corroderen. Elke effectieve preventiemethode valt een van deze drie aandoeningen aan.

Waarom aluminium altijd het offermetaal is

Elk metaal heeft een positie in de galvanische reeks, die materialen rangschikt op basis van hun corrosiepotentieel in een bepaalde omgeving. In zeewater zit roestvrij staal ver boven aluminium. Dat betekent dat roestvrij staal de kathode is en aluminium de anode wanneer de twee in een natte montage met elkaar worden verbonden.

Eén nuance is de moeite waard om te weten. Roestvast staal is alleen edel als de passieve oxidelaag intact is. In een zuurstofarme spleet, zoals de opening onder een boutkop of tussen strak geklemde oppervlakken, kan roestvrij staal zijn passieve laag verliezen en actief worden. Dat is de reden waarom spleetcorrosie optreedt bij roestvrijstalen bevestigingsmiddelen, zelfs zonder dat er aluminium aanwezig is. Bij een aan weersinvloeden blootgesteld aluminium-staalpaar is de praktische uitkomst echter consistent: aluminium is het metaal dat materiaal verliest.

Wanneer aluminium en roestvrij staal veilig samen kunnen worden gebruikt

De reactie van aluminium en roestvrij staal is niet onvermijdelijk. Talloze gemengde metaalconstructies hebben een lange levensduur gehad omdat nooit aan de voorwaarden voor galvanische corrosie werd voldaan.

• Binnen, droge omgevingen. Een verwarmd, geventileerd interieur levert zelden voldoende elektrolyt om galvanische corrosie in stand te houden, waardoor het koppel tientallen jaren inactief kan blijven.
• Afgedichte verbindingen. Als de interface is gecoat met een compatibel afdichtmiddel of wordt gescheiden door een vochtdichte barrière, kan de elektrolyt de verbinding niet bereiken en blijft het circuit open.
• Een gunstige oppervlakteverhouding. Wanneer het aluminium onderdeel groot is en het roestvrijstalen onderdeel klein, verspreidt de galvanische stroom zich over een breed aluminium oppervlak, zodat de lokale corrosiesnelheid acceptabel kan zijn voor de beoogde ontwerplevensduur. Het gevaarlijke geval is het tegenovergestelde: een klein aluminium onderdeel bevestigd aan een grote roestvrijstalen structuur concentreert alle corrosie op een kleine anode en faalt snel.

Voor gebruik buitenshuis of op zee is de conservatieve aanname dat er uiteindelijk vocht aanwezig zal zijn. Bij zonne-energiestellingen, architectonische bekledingen, hardware voor boten en industriële apparatuur die aan het weer wordt blootgesteld, is preventie eerder een ontwerpvereiste dan een optie.

Hoe galvanische corrosie in gemengde metaalconstructies te voorkomen

De meest betrouwbare manier om galvanische corrosie te stoppen is door het elektrische circuit tussen de twee metalen te onderbreken, of door de elektrolyt uit de buurt van de verbinding te houden. Verschillende maatregelen werken goed in combinatie.

1. Isoleer met niet-geleidende barrières. Een nylon- of vezelring onder de roestvrijstalen bevestigingskop, gecombineerd met een isolatiehuls over de boutschacht, voorkomt direct metaal-op-metaal contact. Dit is de meest effectieve methode.
2. Dicht de verbinding af. Een polysulfide-, polyurethaan- of butylafdichtmiddel dat rond de bevestigingskop en langs de voegrand wordt aangebracht, sluit vocht uit en scheidt de oppervlakken fysiek.
3. Gebruik coatings met voorzichtigheid. Het poedercoaten of verven van het aluminium vóór de montage voegt een barrière toe, maar elke kras of chip kan een plaatselijke anode veroorzaken. Coatings mogen nooit de enige verdedigingslinie zijn.
4. Ontwerp voor drainage. Plaats de verbinding zo dat het water wegloopt van de bevestiger in plaats van eromheen te verzamelen.

Een roestvrijstalen platte sluitring speelt in dit systeem een ​​dubbele rol. Het verdeelt de klemkracht over een groter gebied, wat van belang is bij zacht aluminium, en zorgt voor een glad draagoppervlak voor de moer- of boutkop. Het stopt op zichzelf de galvanische corrosie niet, tenzij het door een isolerende laag van het aluminium wordt gescheiden. In combinatie met een nylon sluitring of een kitrups zorgt een platte sluitring van 304 roestvrij staal voor een lange levensduur en consistente klemprestaties.

SS304 platte sluitring voor M10 bouten, DIN125/GB97 Deze platte ring van roestvrij staal 304 verdeelt de klembelasting op zacht aluminium en zorgt voor een glad draagoppervlak, hoewel galvanische isolatie nog steeds een scheidingslaag vereist. Bekijk Product →

Het selecteren van de juiste kwaliteit roestvrijstalen bevestigingsmiddelen

Als het ontwerp roestvrijstalen bevestigingsmiddelen vereist die in contact komen met aluminium, zijn de twee standaardkeuzes roestvrij staal 304 (A2) en 316 (A4). Beide zijn austenitische staalsoorten met een veel betere corrosieweerstand dan koolstofstaal, en beide bevinden zich op vergelijkbare posities in de galvanische reeks. De selectie verandert het galvanische gedrag van het koppel niet. Geen van beide kwaliteiten is betekenisvol beter dan de andere in het beschermen van het aluminium, dus de beslissing gaat eigenlijk over hoe goed het bevestigingsmiddel zelf overleeft in de gebruiksomgeving.

304 roestvrij staal is de standaard voor de meeste industriële en architecturale werkzaamheden. Het is bestand tegen atmosferische corrosie, zoet water en een breed scala aan chemicaliën. Voor een zonnepaneel in het binnenland of een gevel van een gebouw is een roestvrijstalen bevestiging van klasse 304 een beproefde en kosteneffectieve keuze. Zowel 304 als 316 worden geproduceerd volgens de normen DIN 933, GB5783 en ISO 4017, en onze gids voor 304 versus 316 roestvrijstalen zeskantbouten vergelijkt de twee kwaliteiten in meer detail.

SS304 M10 zeskantbout, DIN933 standaard Een beproefde, kosteneffectieve 304 roestvrijstalen bout voor binnenlandse of algemene omgevingen, die weerstand biedt tegen atmosferische corrosie en betrouwbare dragende prestaties voor structurele verbindingen. Bekijk Product →

316 roestvrij staal voegt molybdeen toe, wat de weerstand tegen chloriden verbetert. Kustinstallaties, bootbeslag en elke omgeving die wordt blootgesteld aan strooizout moeten 316 gebruiken voor de bevestigingsmiddelen, omdat de bevestigingsmiddelen de montage moeten overleven in de meest veeleisende omstandigheden. Als algemene regel geldt dat de assortiment roestvrijstalen bevestigingsmiddelen voor gemengde metaalprojecten moet worden gekozen op basis van de blootstelling aan chloride, en niet op basis van de veronderstelling dat een andere kwaliteit het aluminium op de een of andere manier zal beschermen.

Voor een installatie aan de kust is het combineren van een 316 zeskantmoer met een 316 bout de meest betrouwbare optie, vooral voor schroefdraadverbindingen die na verloop van tijd zullen worden geïnspecteerd. Het verschil in corrosieweerstand tussen 304 en 316 in een maritieme atmosfeer is groot genoeg om de hogere kosten van 316 te rechtvaardigen.

SS316 M10 zeskantmoer, DIN934 standaard Een 316 roestvrijstalen zeskantmoer met kwaliteit A4-80, ontworpen voor maritieme en chloorrijke omgevingen, die veilige klemming en langdurige corrosieweerstand biedt in combinatie met 316 bouten. Bekijk Product →

Praktische montagerichtlijnen

Gemengde metalen assemblages mislukken als de basisprincipes worden overgeslagen. De volgende volgorde is effectief gebleken voor montage op zonne-energie, scheepsdekbeslag, industriële frames en architecturale aluminiumconstructies.

1. Reinig beide verkleurde oppervlakken vóór montage. Vet-, gruis- of geleidende vervuiling kan een corrosiecel veroorzaken, zelfs als het ontwerp correct is.
2. Breng eerst de isolatielaag aan. Plaats een nylon sluitring of een kitrups onder de roestvrijstalen bevestigingskop en op het lagervlak van de moer.
3. Draai vast tot het nominale koppel. Te veel aandraaien verplettert de isolerende laag, vervormt het aluminium en maakt de verbinding kwetsbaar voor zowel galvanische corrosie als spanningsrelaxatie.
4. Inspecteer na het eerste seizoen van blootstelling. Vroege corrosie verschijnt als wit poeder of zwakke putjes. Als je het probleem dan opmerkt, is de oplossing een vervangende sluitring en een beetje afdichtmiddel, en geen structurele reparatie.

Niets van dit alles mag ingenieurs en fabrikanten ervan weerhouden aluminium en roestvrij staal samen te gebruiken. De twee materialen presteren goed als systeem als de bovenstaande regels worden gevolgd. Het aluminium corrodeert alleen als het galvanische circuit compleet blijft, en dat circuit is gemakkelijk te onderbreken.