การกัดกร่อนกัลวานิกของอะลูมิเนียมและสเตนเลส: การป้องกันและการเลือกตัวยึด

หัวหน้างานซ่อมบำรุงที่ฟาร์มโซลาร์ชายฝั่งสังเกตเห็นการกัดกร่อนแบบแป้งสีขาวที่เกิดขึ้นรอบๆ สลักเกลียวสแตนเลสบนรางยึดอะลูมิเนียม ภายในไม่กี่เดือน อะลูมิเนียมรอบๆ รูสลักเกลียวก็เริ่มเป็นหลุม สลักเกลียวดูดี แต่โครงสร้างถูกกินออกไปจากบริเวณหน้าสัมผัส นี่คือการกัดกร่อนแบบกัลวานิกระหว่างอะลูมิเนียมและสเตนเลส และเป็นหนึ่งในความล้มเหลวในการยึดโลหะผสมที่พบบ่อยที่สุดในภาคสนาม

คำตอบสั้นๆ ก็คือ ตัวยึดสเตนเลสสตีลสามารถใช้กับโครงสร้างอะลูมิเนียมได้ แต่จะต้องใช้เมื่อข้อต่อได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงกัลวานิกคูเปอร์เป็นหลักเท่านั้น หากไม่มีการแยกส่วนที่เหมาะสม อลูมิเนียมจะเกิดการกัดกร่อนได้เป็นพิเศษ เนื่องจากจะอยู่ต่ำกว่าซีรีส์กัลวานิกมากกว่าสเตนเลส การทำความเข้าใจว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้และจะควบคุมอย่างไรจะกำหนดว่าการชุมนุมจะมีอายุการใช้งานสิบปีหรือล้มเหลวในสิบเดือน

การกัดกร่อนของกัลวานิกคืออะไร?

การกัดกร่อนแบบกัลวานิกหรือที่เรียกว่าการกัดกร่อนแบบไบเมทัลลิก เกิดขึ้นเมื่อโลหะที่ต่างกันสองชนิดสัมผัสกันทางไฟฟ้าซึ่งกันและกัน และทั้งสองชนิดสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ โลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้นจะกลายเป็นขั้วบวกและกัดกร่อนได้เร็วกว่าที่จะทำเพียงอย่างเดียว โลหะมีตระกูลมากขึ้นจะกลายเป็นแคโทดและได้รับการปกป้อง

ซีรีส์กัลวานิกจัดอันดับโลหะและโลหะผสมตามศักยภาพในการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่กำหนด เหล็กกล้าไร้สนิมจะอยู่บริเวณปลายเครื่องชั่ง ในขณะที่อะลูมิเนียมจะอยู่ต่ำกว่ามาก ยิ่งโลหะสองชนิดอยู่ห่างกันมากเท่าใด แรงดันขับสำหรับการกัดกร่อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ในข้อต่ออะลูมิเนียมและสเตนเลส อะลูมิเนียมจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก อิเล็กตรอนไหลจากอะลูมิเนียมไปยังสเตนเลสสตีลผ่านเส้นทางสัมผัสของโลหะ ในขณะที่กระแสไอออนิกทำให้วงจรสมบูรณ์ผ่านฟิล์มอิเล็กโทรไลต์บนพื้นผิว อะลูมิเนียมละลายที่จุดขั้วบวก ทำให้เกิดคราบอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สีขาวชอล์ก ซึ่งวิศวกรภาคสนามเรียนรู้ที่จะจดจำได้อย่างรวดเร็ว

สิ่งที่ทำให้วิศวกรหลายคนประหลาดใจก็คือตัวสเตนเลสสตีลนั้นแทบจะไม่มีใครแตะต้องเลย ความเสียหายทั้งหมดอยู่ที่ฝั่งอะลูมิเนียมของทั้งคู่ นั่นทำให้ปัญหาร้ายกาจ: ตัวยึดยังคงดูใหม่ในขณะที่โครงสร้างรอบตัวเสื่อมลงอย่างเงียบ ๆ

เหตุใดอะลูมิเนียมและสเตนเลสจึงต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวัง

ชั้นโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟบนสแตนเลสเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้โลหะผสมมีพฤติกรรมที่สง่างาม ฟิล์มล่องหนนี้รักษาตัวเองได้และมีความทนทานต่อการโจมตีของคลอไรด์สูง โดยเฉพาะในเกรด เช่น 304 และ 316 อลูมิเนียมยังมีชั้นออกไซด์ป้องกันด้วย แต่ฟิล์มนั้นมีความเสถียรน้อยกว่าเมื่อมีคลอไรด์ และเสียหายได้ง่ายจากการเสียดสี การใช้เครื่องมือ หรือค่า pH ที่สูงเกินไป

ปัจจัยสามประการเป็นตัวกำหนดว่าการโจมตีด้วยกัลวานิกจะรุนแรงเพียงใดบนส่วนประกอบอะลูมิเนียม-สแตนเลส:

1. ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น สำหรับอลูมิเนียมกับสแตนเลส ความต่างศักย์ไฟฟ้าของวงจรเปิดในน้ำทะเลมักจะอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 0.7 โวลต์ ซึ่งเพียงพอที่จะขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าที่มีนัยสำคัญ
2. ความต่อเนื่องทางไฟฟ้า การสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะโดยตรงจะทำให้อิเล็กตรอนมีเส้นทางที่มีความต้านทานต่ำจากขั้วบวกไปยังแคโทด
3. อัตราส่วนพื้นที่แคโทดต่อแอโนด นี่คือปัจจัยที่ทำให้นักออกแบบส่วนใหญ่ไม่ระวัง พื้นผิวเหล็กสเตนเลสขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับพื้นที่อะลูมิเนียมขนาดเล็กทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบเข้มข้นอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม พื้นผิวอะลูมิเนียมขนาดใหญ่ที่มีตัวยึดสแตนเลสขนาดเล็ก จะกัดกร่อนได้ช้ากว่ามาก เนื่องจากความหนาแน่นกระแสแอโนดกระจายไปทั่วบริเวณกว้าง

หลักการอัตราส่วนพื้นที่อธิบายว่าทำไมโซนที่อยู่ด้านล่างและรอบๆ หัวสปริงจึงมักเป็นพื้นที่แรกที่แสดงการเกิดหลุม นอกจากนี้ยังอธิบายด้วยว่าเหตุใดขายึดสแตนเลสขนาดใหญ่ที่ยึดเข้ากับแผงอะลูมิเนียมบางๆ จึงมีอันตรายมากกว่าสลักเกลียวสแตนเลสขนาดเล็กที่ทะลุผ่านโครงอะลูมิเนียมขนาดใหญ่

เงื่อนไขที่เร่งการโจมตี

ไม่ใช่ว่าการประกอบอะลูมิเนียม-สแตนเลสทุกครั้งจะล้มเหลว การติดตั้งภายในอาคารแบบแห้งจำนวนมากใช้เวลานานหลายทศวรรษโดยไม่มีความเสียหายจากกระแสไฟฟ้าที่มองเห็นได้ อัตราการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและรูปทรงของข้อต่อเป็นอย่างมาก

สภาพแวดล้อมการบริการที่อันตรายที่สุดจะรวมความชื้นถาวรเข้ากับคลอไรด์: โครงสร้างกลางแจ้งชายฝั่ง โครงสระว่ายน้ำ อุปกรณ์ดาดฟ้าเรือ และส่วนประกอบที่สัมผัสกับถนน สภาพแวดล้อมในร่มที่มีการควบคุมสภาพอากาศไม่ค่อยจ่ายอิเล็กโทรไลต์เพียงพอที่จะรักษากระแสไฟฟ้ากัลวานิกที่มีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวยึดโลหะผสมจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายภายในอาคารโดยไม่มีอุบัติเหตุ

วิธีป้องกันการกัดกร่อนของกัลวานิกระหว่างอะลูมิเนียมและสเตนเลส

หลักการทางวิศวกรรมนั้นตรงไปตรงมา: ทำลายความต่อเนื่องทางไฟฟ้าระหว่างโลหะทั้งสอง หรือป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์เชื่อมโลหะทั้งสองเข้าด้วยกัน

แยกโลหะด้วยบาร์เรียร์

วางวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าไว้ระหว่างพื้นผิวอะลูมิเนียมกับตัวยึดสแตนเลส แหวนรองไนลอน ปะเก็นพลาสติก และปลอกฉนวนที่หุ้มก้านโบลต์ล้วนใช้ได้ผลดี สิ่งกีดขวางจะต้องขยายไปทั่วโซนสัมผัสทั้งหมด รวมถึงพื้นที่ใต้หัวสลักและหน้าน็อต

แหวนรองสเตนเลสสตีลไม่ได้แยกโลหะทั้งสองออกจากกัน แต่ยังคงมีงานป้องกันที่สำคัญ กระจายแรงกดในการจับยึดอย่างสม่ำเสมอ และป้องกันไม่ให้หัวโบลต์หรือน็อตตัดผ่านชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์ ชั้นออกไซด์ที่เสียหายจะสร้างจุดแอโนดที่ทำงานอยู่ขนาดเล็กซึ่งจะเพิ่มการโจมตีเฉพาะจุด ดังนั้นแหวนรองแบบแบนที่มีขนาดถูกต้องใต้ทั้งส่วนหัวและน็อตจะช่วยรักษาความสมบูรณ์ของพื้นผิวอะลูมิเนียม และลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนของรอยแยก

แหวนรองแบน SS304 DIN125/GB97 M10 สำหรับชุดอะลูมิเนียม แหวนรองแบนสเตนเลสสตีล 304 ที่มีความแม่นยำ ขนาดสำหรับตัวยึด M10 กระจายโหลดแคลมป์อย่างสม่ำเสมอ และปกป้องชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการลดความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของรอยแยกในส่วนประกอบที่มีอยู่ ดูผลิตภัณฑ์ →

ปิดผนึกข้อต่อ

ทายาแนวหรือสีเหลืองอ่อนรอบๆ รูยึดเพื่อกันความชื้น หากไม่มีอิเล็กโทรไลต์ไปถึงจุดเชื่อมต่อ เซลล์กัลวานิกจะไม่สามารถทำงานได้ ซึ่งมักจะเป็นการปรับปรุงที่ใช้งานได้จริงมากที่สุดสำหรับชุดประกอบที่มีอยู่ แต่ต้องตรวจสอบสารกันรั่วเป็นระยะๆ เพราะมันเสื่อมสภาพภายใต้การสัมผัสรังสียูวีและการโค้งงอเชิงกล

ลดพื้นที่แคโทดให้เหลือน้อยที่สุด

รักษาพื้นผิวสแตนเลสให้เล็กเมื่อเทียบกับขั้วบวกอะลูมิเนียม หลีกเลี่ยงการรวมแผ่นเหล็กสแตนเลสขนาดใหญ่ ฉากยึด หรือตัวยึดหลายตัวไว้ในพื้นที่จำกัด เนื่องจากพื้นผิวแคโทดเพิ่มเติมแต่ละอันจะทำให้ความต้องการอะลูมิเนียมเพิ่มมากขึ้น

การออกแบบเพื่อการระบายน้ำ

ขจัดคราบน้ำที่จุดยึด พื้นผิวแนวนอนที่มีแอ่งน้ำติดกับตัวยึดถือเป็นสถานที่ที่มีความเสี่ยงสูง เอียงข้อต่อหรือเพิ่มช่องระบายน้ำเพื่อไม่ให้ความชื้นไปติดตัวยึดและอลูมิเนียมโดยรอบ

การเลือกน๊อตสแตนเลสสำหรับประกอบอะลูมิเนียม

เมื่อต้องตัดสินใจเลือกสลักเกลียวสแตนเลสบนโครงสร้างอะลูมิเนียม เกรด มาตรฐาน และรูปทรงของตัวยึดก็มีความสำคัญพอๆ กับรายละเอียดการติดตั้ง

สำหรับโครงอะลูมิเนียมเอนกประสงค์ในสภาพแวดล้อมที่กำบังหรือในอาคาร สลักเกลียวหกเหลี่ยม SS304 ที่จ่ายให้กับ DIN933 หรือ GB5783 เป็นตัวเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและประหยัด ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่เชื่อถือได้ โดยที่คลอไรด์ไม่ใช่ปัจจัยหลัก และคุณสมบัติทางกลเข้ากันได้ดีกับการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมมาตรฐาน

โบลท์หัวหกเหลี่ยม SS304 DIN933 M10 สำหรับการใช้งานภายในอาคารทั่วไป ทางเลือกที่เป็นประโยชน์สำหรับโครงอะลูมิเนียมแบบมีที่กำบัง สลักเกลียวหกเหลี่ยมสเตนเลสสตีล A2-70 เหล่านี้ให้ความทนทานต่อการกัดกร่อนที่เชื่อถือได้และความสามารถในการรับน้ำหนักที่แข็งแกร่งโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงกว่าสเตนเลส 316 ดูผลิตภัณฑ์ →

สำหรับการสัมผัสชายฝั่ง ทะเล หรือกระบวนการทางเคมี โบลต์หกเหลี่ยม SS316 เป็นข้อกำหนดที่ปลอดภัยกว่า การเติมโมลิบดีนัม 2 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดรูพรุนในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงโดยตรงของการโจมตีเฉพาะที่ในส่วนต่อประสานระหว่างตัวยึดกับอะลูมิเนียม ต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้นนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับต้นทุนในการตัดและเปลี่ยนส่วนอะลูมิเนียมที่สึกกร่อนในสนาม การเปรียบเทียบของเรา สลักเกลียวหกเหลี่ยมสแตนเลส 304 กับ 316 อธิบายช่องว่างด้านประสิทธิภาพในทางปฏิบัติ

สลักเกลียวหัวหกเหลี่ยม SS316 DIN933 M10 สำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเล สลักเกลียวหกเหลี่ยมเหล่านี้ผลิตจากสเตนเลส A4-80 พร้อมโมลิบดีนัม ให้ความต้านทานการเกิดรูพรุนได้ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมชายฝั่งทะเลหรือกระบวนการทางเคมีที่มีคลอไรด์อุดมด้วยคลอไรด์ ซึ่งช่วยลดการกัดกร่อนเฉพาะที่ที่เกลียวของตัวยึด ดูผลิตภัณฑ์ →

ผู้ซื้อยังมองข้ามส่วนที่เป็นเกลียวของตัวยึดด้วย รากด้ายเป็นรอยแยกตามธรรมชาติ และกักความชื้นไว้กับพื้นผิวอะลูมิเนียม ในบรรยากาศทางทะเล สลักเกลียว 304 อาจทำให้เกิดรูตื้นและการเปลี่ยนสีเหมือนสนิมจากอนุภาคเหล็กที่ฝังอยู่ ในขณะที่ 316 มักจะยังคงความสะอาดอยู่ ความแตกต่างนั้นสำคัญที่สุดเมื่อเกลียวยึดผ่านรูในส่วนประกอบอะลูมิเนียมโดยตรง

คำแนะนำการจัดซื้อและข้อมูลจำเพาะ

ในการสั่งซื้อน๊อตสแตนเลสสำหรับโครงสร้างอะลูมิเนียม ให้ระบุมาตรฐาน เกรดวัสดุ และสภาพพื้นผิวให้ชัดเจน DIN933 สำหรับสลักเกลียวหกเหลี่ยม, DIN934 สำหรับน็อตหกเหลี่ยม และ DIN125 สำหรับแหวนรองแบบเรียบ ได้รับการยอมรับในโครงการระดับนานาชาติ สอบถามใบรับรองการทดสอบวัสดุจากซัพพลายเออร์ที่ครอบคลุมองค์ประกอบทางเคมี และคุณสมบัติทางกล (หากจำเป็น)

ใส่ใจกับการตกแต่งพื้นผิว สเตนเลสสตีลที่ผ่านการดองและพาสซีฟจะต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าสต็อกขณะรีดหรือทำความสะอาดอย่างไม่เหมาะสม ตัวยึดราคาถูกที่ขายเป็นสเตนเลสบางครั้งทำจากเหล็กคุณภาพต่ำที่มีชั้นโครเมียมบาง ๆ การทดสอบทู่หรือการตรวจสอบแม่เหล็กอย่างง่ายสามารถคัดกรองสิ่งที่เลวร้ายที่สุดได้

สำหรับโครงการขนาดใหญ่ ให้ทำงานร่วมกับผู้ผลิตที่สามารถจัดหาสลักเกลียว น็อต แหวนรอง และแท่งเกลียวจากสายการผลิตเดียวที่มีการตรวจสอบย้อนกลับของเกรดที่สม่ำเสมอ ซัพพลายเออร์ที่เชื่อถือได้จะแนะนำขนาดแหวนรอง ความยาวของเกลียว และค่าแรงบิดที่ถูกต้อง ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพในระยะยาวของข้อต่อเกลียวอะลูมิเนียม ที่ แค็ตตาล็อกสกรูที่สมบูรณ์ ครอบคลุมสลักเกลียวหกเหลี่ยม น็อต แหวนรอง แท่งเกลียว และตัวยึดสแตนเลสอื่นๆ พร้อมข้อมูลขนาดเต็ม