Korozja galwaniczna aluminium i stali - jak zapobiegać

1. Czym jest korozja galwaniczna aluminium i stali?

Korozja galwaniczna to przyspieszone niszczenie jednego z dwóch metali połączonych elektrycznie, gdy w obecności elektrolitu - wody, wilgoci, roztopionego śniegu z solą drogową - tworzą razem ogniwo. Metal o niższym potencjale elektrochemicznym pełni rolę anody i koroduje szybciej niż w pojedynczym kontakcie ze środowiskiem, metal o wyższym potencjale pełni rolę katody i jest w tym układzie chroniony kosztem tego pierwszego.

Aluminium ma potencjał elektrochemiczny niższy niż stal węglowa, a znacznie niższy niż stal nierdzewna, mosiądz czy miedź. W bezpośrednim, nieizolowanym kontakcie aluminium ze stalą - zwłaszcza nierdzewną - aluminium staje się anodą i koroduje w miejscu styku szybciej, niż korodowałoby samodzielnie, podczas gdy element stalowy pozostaje praktycznie nienaruszony. Proces przyspiesza wilgoć, sól i mała powierzchnia aluminium względem dużej powierzchni metalu szlachetniejszego - dokładny mechanizm opisuje szereg elektrochemiczny metali, do którego odsyłamy w źródłach.

2. Czy aluminium rdzewieje?

Aluminium nie rdzewieje w rozumieniu stali - nie tworzy czerwonobrunatnego tlenku żelaza. Na powietrzu aluminium pokrywa się cienką, szczelną warstwą tlenku glinu, która chroni metal przed dalszą korozją w typowych warunkach atmosferycznych. Warstwa ta ulega jednak zniszczeniu w środowisku silnie zasadowym, w obecności chlorków - sól drogowa, bliskość morza - oraz w bezpośrednim kontakcie z metalem szlachetniejszym. W tych warunkach aluminium koroduje wyraźnie szybciej niż w pojedynczym kontakcie z atmosferą, a efektem są białe naloty i wżery w miejscu styku.

3. Które połączenia metali są najbardziej ryzykowne?

Ryzyko korozji galwanicznej zależy od różnicy potencjałów między metalami w styku - im większa różnica, tym szybciej postępuje niszczenie metalu mniej szlachetnego. Poniższa tabela porządkuje typowe pary spotykane w konstrukcjach pod fotowoltaikę, carportach, ogrodzeniach i halach.

Stal ocynkowana wypada w tym zestawieniu korzystniej niż stal nierdzewna, bo cynk ma potencjał zbliżony do aluminium i w części układów działa jako anoda ofiarna, spowalniając korozję samego aluminium kosztem szybszego zużycia powłoki cynkowej - opisuje to norma PN-EN ISO 1461 dla powłok nanoszonych ogniowo. Nie zwalnia to jednak z izolacji styku przy dłuższym kontakcie z wodą, bo warstwa cynku sama się wyczerpuje.

4. Jak rozpoznać korozję galwaniczną na konstrukcji?

Korozja galwaniczna różni się od zwykłego starzenia powłoki tym, że jest zlokalizowana punktowo - dotyczy wyłącznie miejsc bezpośredniego kontaktu dwóch różnych metali, nie całej powierzchni elementu. Rozpoznanie problemu na wczesnym etapie pozwala wymienić łącznik, zanim korozja osłabi połączenie konstrukcyjne.

• Białe, proszkowe naloty. Wodorotlenek glinu na powierzchni aluminium wokół śruby, klemy lub miejsca styku z elementem stalowym.
• Wżery skupione przy łączniku. Ubytek materiału koncentruje się wokół otworu montażowego, podczas gdy reszta profilu wygląda bez zmian.
• Korozja szybsza niż na pozostałej powierzchni. Element w tym samym środowisku, ale bez styku z drugim metalem, pozostaje w znacznie lepszym stanie.
• Luzujące się połączenia skręcane. Ubytek materiału pod łbem śruby lub podkładką zmniejsza docisk połączenia z czasem.

5. Jak zapobiegać korozji galwanicznej - izolacja styku

Zapobieganie korozji galwanicznej sprowadza się do jednej zasady - przerwania obwodu elektrolitycznego między dwoma metalami. W praktyce montażowej realizuje się to kilkoma uzupełniającymi się sposobami.

• Przekładki izolacyjne. Podkładki i tuleje z nylonu, PVC lub EPDM między aluminium a elementem stalowym oraz pod łbem i nakrętką śruby przerywają kontakt elektryczny.
• Powłoka na powierzchni stykowej. Farba, żywica epoksydowa lub taśma butylowa na stalowym elemencie w miejscu kontaktu z aluminium dodatkowo izoluje styk.
• Proporcja powierzchni. Mały element ze szlachetniejszego metalu (śruba nierdzewna) w kontakcie z dużą powierzchnią aluminium jest bezpieczniejszy niż odwrotna proporcja - duży element szlachetny przyspiesza korozję małej powierzchni aluminium.
• Odprowadzenie wody ze styku. Konstrukcja bez poziomych szczelin, w których woda stoi przez dłuższy czas, ogranicza czas trwania obwodu elektrolitycznego.

6. Jak dobrać śruby i łączniki do połączeń aluminium-stal?

W konstrukcjach zewnętrznych - pod fotowoltaikę, w carportach, w ogrodzeniach mieszanych - łącznik stalowy ze stalą aluminiową spotyka się w każdym węźle montażowym, dlatego dobór śruby ma bezpośrednie przełożenie na trwałość całej konstrukcji.

• Śruby nierdzewne A2 (AISI 304) lub A4 (AISI 316). Standard dla łączników w konstrukcjach zewnętrznych, zawsze z podkładką izolacyjną pod łbem i nakrętką przy bezpośrednim kontakcie z aluminium.
• Śruby ocynkowane. Niższe ryzyko korozji galwanicznej niż nierdzewne, ale krótszy czas życia powłoki cynkowej w miejscu stałego kontaktu z aluminium na mokro.
• Nakrętki samohamowne z wkładką nylonową. Wkładka pełni dodatkowo funkcję izolacji elektrycznej między nakrętką a gwintem po stronie aluminiowej.
• Klemy PV z powłoką izolującą. W konstrukcjach pod panele fotowoltaiczne klemy środkowe i końcowe mocowane do profili aluminiowych PV powinny mieć fabryczną izolację w punkcie kontaktu ze śrubą.

Dobór łącznika do konstrukcji aluminiowych opisuje norma PN-EN 1090-3, powiązana z PN-EN 1090-1 dla klas wykonania konstrukcji. Praktyczne zasady łączenia profili aluminiowych, w tym metody spawania i klejenia, opisujemy w osobnym artykule Jak łączyć profile aluminiowe, a dobór samych śrub w artykule Jakie śruby do profili aluminiowych wybrać.

7. Co mamy w magazynie w Zawadzie

Magazyn główny działa pod adresem Zawada 144, 97-200 Tomaszów Mazowiecki, w województwie łódzkim, od poniedziałku do piątku w godzinach 7:00-16:00. NIP firmy to 7730002877. Wysyłka obejmuje całą Polskę i Europę. Odbiór własny jest możliwy po wcześniejszym umówieniu.

W ofercie mamy profile aluminiowe w gatunkach AW-6060 i AW-6063, w tym profile zamknięte, stal nierdzewną AISI 304 i AISI 316, elementy złączne (śruby, nakrętki, podkładki nierdzewne i ocynkowane) oraz komponenty pod konstrukcje fotowoltaiczne - profile PV i klemy środkowe i końcowe. 

8. Jak zamówić materiał - 3 kroków

1. Lista pozycji. Profile aluminiowe, łączniki (nierdzewne A2/A4 lub ocynkowane), przekładki izolacyjne, ilości i wymiary.
2. Kontakt. numer telefonu i dane kontaktowe albo e-mail z listą pozycji.
3. Oferta. Ceny netto, dostępność (magazyn albo zamówienie pod klienta), termin ważności oferty.

9. Najczęstsze pytania o korozję galwaniczną

Czy aluminium można łączyć ze stalą ocynkowaną?

Tak, to połączenie o niższym ryzyku niż aluminium ze stalą nierdzewną, bo potencjał cynku jest zbliżony do potencjału aluminium. Przy stałym kontakcie z wodą warto mimo to zastosować przekładkę izolacyjną, bo powłoka cynkowa z czasem zużywa się jako anoda ofiarna.

Czy podkładka z tworzywa wystarczy, żeby zabezpieczyć styk aluminium ze stalą?

Podkładka izolacyjna pod łbem i nakrętką śruby ogranicza kontakt elektryczny w newralgicznym punkcie, ale pełną izolację zapewnia dopiero komplet - przekładka między płaszczyznami styku, tuleja izolacyjna w otworze śruby i podkładki z obu stron połączenia.

Czy korozja galwaniczna postępuje szybko, czy to proces wieloletni?

Tempo zależy od różnicy potencjałów metali, wilgotności i obecności soli - w konstrukcjach zewnętrznych bez izolacji pierwsze białe naloty na aluminium pojawiają się już po jednym sezonie deszczowym, a wżery osłabiające połączenie po kilku latach stałej ekspozycji.

Czy stal nierdzewna zawsze jest bezpieczna w kontakcie z aluminium?

Nie. Stal nierdzewna jest metalem znacznie szlachetniejszym niż aluminium, więc w bezpośrednim, nieizolowanym kontakcie przyspiesza korozję aluminium w miejscu styku - dotyczy to również śrub i klem nierdzewnych w konstrukcjach fotowoltaicznych, jeżeli nie mają izolacji elektrycznej od profilu.

Czy korozja galwaniczna dotyczy też połączeń spawanych aluminium ze stalą?

Aluminium i stal nie spawa się bezpośrednio metodami standardowymi ze względu na różnicę temperatur topnienia i skład chemiczny - w praktyce łączy się je mechanicznie (śruby, nity) z izolacją styku, a nie przez spoinę. Ryzyko korozji galwanicznej dotyczy więc połączeń skręcanych i nitowanych, nie spawanych.

Źródła

• Korozja elektrochemiczna - materiały dydaktyczne AGH
• Korozja galwaniczna - przyczyny, mechanizm i zapobieganie
• Norma PN-EN ISO 1461 dla powłok cynkowych nanoszonych ogniowo
• Wymagania norm w ochronie antykorozyjnej konstrukcji stalowych

Powiązane produkty i artykuły

• profile aluminiowe AW-6060 i AW-6063 w ofercie Ulamex
• stal nierdzewna AISI 304 i AISI 316
• elementy złączne - śruby, nakrętki, podkładki
• profile aluminiowe pod konstrukcje PV
• klemy środkowe i końcowe do paneli fotowoltaicznych
• Jak łączyć profile aluminiowe - Akademia Ulamex
• Jakie śruby do profili aluminiowych wybrać - Akademia Ulamex
• Ocynk ogniowy czy galwaniczny - jak dobrać