Korozja galwaniczna: co z czym łączyć

Ogniwo działa tylko wtedy, gdy naraz spełnione są trzy warunki: metale mają różny potencjał korozyjny, łączy je przewodzący styk i oba zwilża ten sam elektrolit — film wilgoci, kondensat, woda deszczowa. Brak któregokolwiek wyklucza korozję galwaniczną. Stąd biorą się wszystkie sposoby zapobiegania: izolacja przerywa styk, sucha lokalizacja usuwa elektrolit, a powłoka na metalu szlachetniejszym wyłącza katodę.

Woda morska przewodzi prąd kilkaset do tysiąca razy lepiej niż deszczówka. Im lepiej przewodzi elektrolit, tym dalej sięga ogniwo i tym szybciej koroduje anoda. Dlatego para metali, która na wsi nie sprawia kłopotu, na wybrzeżu, w zakładzie przemysłowym czy w hali basenowej koroduje wyraźnie szybciej. W ogrzewanym, przewietrzanym wnętrzu bez kondensacji elektrolitu zwykle nie ma — Euro Inox uznaje tam praktycznie każdą parę metali za bezpieczną.

Który metal będzie anodą, pokazuje szereg galwaniczny — potencjały metali zmierzone w konkretnym środowisku, najczęściej w wodzie morskiej. Od najmniej do najbardziej szlachetnych, w uproszczeniu:

• magnez — najbardziej aktywny;
• cynk i aluminium — leżą tuż obok siebie, na aktywnym końcu szeregu;
• stal węglowa i staliwo;
• miedź i jej stopy — mosiądz, brąz, miedzionikiel;
• stal nierdzewna w stanie pasywnym (A2, A4), dalej tytan i grafit.

Szereg mówi, czy ryzyko istnieje, ale nie — jak duże. Euro Inox podkreśla, że do korozji może doprowadzić już różnica potencjałów rzędu 100 mV, a metale o znacznie większej różnicy bywają łączone bez kłopotu. O tempie decydują przewodność elektrolitu, czas zawilgocenia, kinetyka reakcji i stosunek powierzchni. Przykład: stal węglowa koroduje szybciej w kontakcie z miedzią niż z tytanem, choć tytan jest szlachetniejszy.

Różne gatunki stali nierdzewnej mają ten sam potencjał i nie tworzą ogniwa — śruba A4 w konstrukcji z A2 nie jest problemem galwanicznym, choć o odporności połączenia na chlorki decyduje wtedy słabsza z dwóch stali.

Dla łączników najważniejszy jest stosunek powierzchni. Prąd ogniwa rozkłada się na powierzchni anody: mała katoda przy dużej anodzie praktycznie niczego nie zmienia, mała anoda przy dużej katodzie koroduje szybko. Stąd dwa przypadki, które wyglądają na tę samą parę metali:

W powietrzu reguła działa słabiej niż w wodzie. Cienki film wilgoci przewodzi słabo, więc ogniwo obejmuje tylko wąski pas wzdłuż linii styku, a reszta dużej powierzchni w nim nie uczestniczy. Dlatego nawet dobra para potrafi zawieść lokalnie: Steelscape, producent blach powlekanych, opisuje korozję i pęcherze lakieru wokół nierdzewnych łączników w powlekanej blasze dachowej blisko oceanu. Najgorsze są szczeliny, które stale pozostają mokre — pod podkładką, między zakładkami blach.

Tabela zestawia łącznik (mała powierzchnia) z materiałem łączonym (duża powierzchnia) w atmosferze, nie w wodzie. Pochodzi z poradnika Euro Inox, opartego na arkuszu 829 Informationsstelle Edelstahl Rostfrei.

• Aluminium + stal nierdzewna. Nierdzewna śruba, wkręt czy nit w aluminium — dobrze. Odwrotnie, aluminiowy łącznik w nierdzewnej konstrukcji — niepewnie do źle.
• Ocynk + stal nierdzewna. Nierdzewne śruby w ocynkowanej konstrukcji to według Institut Feuerverzinken najczęstszy i zwykle bezproblemowy przypadek, o ile ocynkowana powierzchnia jest wyraźnie większa. Ocynkowana śruba w nierdzewnej blasze — źle.
• Cynk + miedź. Para do uniknięcia. Szkodzi nawet bez styku: woda spływająca z miedzi niesie jony miedzi, które przyspieszają korozję cynku — ocynkowana rynna pod miedzianym dachem koroduje szybko.
• Aluminium + miedź. W obu kierunkach niepewnie lub źle. Do miedzi — łączniki z miedzi albo ze stali nierdzewnej.
• Stal węglowa + nierdzewna. Nierdzewny łącznik w stali galwanicznie nie szkodzi, ale stal i tak rdzewieje sama. Łącznik ze stali czarnej w nierdzewnej konstrukcji — źle.
• Ocynk + aluminium. Ryzyko małe; Institut Feuerverzinken wyłącza z tego warunki wilgotne, zwłaszcza z solą. Uwaga na kierunek: ocynkowany łącznik w dużym elemencie aluminiowym tabela ocenia jako niepewny — cynk powłoki jest tu małą anodą. WJE opisuje zerwane ocynkowane śruby w aluminiowych kotwach elewacyjnych.

Ten sam mechanizm pracuje też na korzyść. Ocynk chroni stal właśnie jako anoda: rysa w powłoce nie rdzewieje, bo zabezpiecza ją otaczający cynk — Institut Feuerverzinken podaje zasięg tej ochrony do ok. 2 mm szerokości uszkodzenia. Większych odsłoniętych pól cynk już nie obroni.

Nie każda rdza przy styku jest galwaniczna. Korozja szczelinowa potrzebuje tylko jednego metalu i wody, która stoi w szczelinie bez dostępu tlenu — tak koroduje stal nierdzewna pod podkładką nawet w parze A2 z A2. Opisujemy ją w porównaniu A2 i A4.

Euro Inox wymienia trzy środki: izolację elektryczną (przekładki, tuleje z tworzywa, podkładki poliamidowe), umieszczenie złącza tam, gdzie nie dociera wilgoć, i powłokę na katodzie albo na obu metalach — na całej powierzchni lub lokalnie przy złączu. Nigdy na samej anodzie: każda rysa w takiej powłoce odsłania małą anodę przy dużej katodzie, czyli najgorszy możliwy układ.

Często wystarczy pomalować stal nierdzewną wąskim pasem wzdłuż styku. W zwykłej atmosferze pomieszczeń — pasem szerokości kilku centymetrów; w słonym filmie wody grubości kilku milimetrów skuteczna katoda sięga ponad 10 cm.

Ocynk jako anoda z założenia — w artykule o powłokach i korozji. Od grubości cynku zależy, jak długo taka anoda wytrzyma; porównujemy ją w artykule ocynk ogniowy czy galwaniczny. Rodzaje podkładek i ich zadania — w przeglądzie podkładek.