Razumijevanje galvanske korozije u sklopovima spojnica
Svaki mehanički sklop koji kombinira dva različita metala u prisutnosti vlage nosi skriveni rizik. Kada spojnica izrađena od jedne legure sjedne na osnovni materijal izrađen od druge, elektrokemijska reakcija može tiho započeti. Ova reakcija, poznata kao galvanska korozija, jedan je od vodećih uzroka preranog kvara pričvršćivača u vanjskim konstrukcijama, brodskim elementima, pa čak i unutarnjim sklopovima izloženim vlazi.
Ozbiljnost reakcije ovisi o tome koliko su udaljena dva metala na galvanskoj ljestvici, koliko je vlage prisutno i koliko je dugo sklop izložen toj vlazi. Spojnica koja izgleda identično drugoj na polici može se ponašati potpuno drugačije nakon postavljanja, jednostavno zbog onoga što dodiruje. Zbog toga razumijevanje razlike između 18/8 nehrđajući čelik a pričvršćivači od ugljičnog čelika važniji su nego što većina instalatera shvaća.
Zatvarač ne mora biti potopljen da bi galvanski korodirao. Tanak sloj kondenzacije, kiše ili čak vlažnog zraka dovoljan je elektrolit za početak procesa.
Što se zapravo događa tijekom galvanske korozije
Galvanska korozija nastaje kada su dva različita metala električno povezana i izložena elektrolitu, kao što je vlaga koja sadrži otopljene soli ili minerale. Jedan metal djeluje kao anoda i postupno gubi materijal, dok drugi djeluje kao katoda i zaštićen je. Što su dva metala udaljenija u galvanskoj seriji, to ta izmjena postaje brža i agresivnija.
U smislu pričvršćivača, to znači da će vijak od ugljičnog čelika zabijen u aluminijsku ploču ili netretirani vijak koji se koristi protiv bakrenih žarulja korodirati mnogo brže od istog pričvršćivača koji se koristi na kompatibilnom materijalu. Pričvršćivači od nehrđajućeg čelika otporni su na ovaj proces zbog pasivnog sloja krom oksida koji se prirodno formira na površini, o čemu se detaljnije govori u nastavku.
Što čini nehrđajući čelik 18/8 drugačijim
Oznaka 18/8 odnosi se na sastav austenitnog nehrđajućeg čelika koji sadrži približno 18 posto kroma i 8 posto nikla. Ovaj je sastav usko povezan s onim što se obično označava kao nehrđajući čelik tipa 304, au većini komercijalnih kataloga spojnica ta se dva pojma koriste naizmjenično, budući da je 18/8 u biti pojednostavljen način opisivanja obitelji legura 304.
- Sadržaj kroma stvara tanki sloj pasivnog oksida koji se sam popravlja na površini
- Sadržaj nikla poboljšava rastezljivost i otpornost na širok raspon okruženja
- Legura je otporna na većinu kućanskih kemikalija, vlagu i blagu vanjsku izloženost
- Nemagnetičan je ili samo slabo magnetičan, ovisno o hladnoj obradi tijekom proizvodnje
Zbog ovog pasivnog sloja, an 18 8 nehrđajući čelik u odnosu na 304 usporedba je uglavnom stvar terminologije, a ne stvarne materijalne razlike. Oba pojma obično opisuju istu austenitnu obitelj, a pričvršćivači označeni na ovaj način naširoko se koriste za okove za namještaj, sastavljanje uređaja i opće konstrukcije gdje se zahtijeva umjerena otpornost na koroziju.
Vrijedno je napomenuti da nehrđajući čelik 18/8 nije imun na svako korozivno okruženje. U uvjetima s visokim sadržajem klorida, kao što je obalni zrak ili izlaganje soli za odleđivanje, stupanj s višim sadržajem molibdena može nadmašiti standardni 18/8. Međutim, za većinu unutarnjih i umjerenih vanjskih primjena, 18/8 pruža snažnu ravnotežu trajnosti, izgleda i cijene.
Spojni elementi od ugljičnog čelika: prednosti i ograničenja
Spojni elementi od ugljičnog čelika i dalje su naširoko korišteni jer nude visoku mehaničku čvrstoću uz nižu cijenu materijala. Za razliku od nehrđajućeg čelika, ugljični čelik nema inherentni pasivni sloj, što znači da se u potpunosti oslanja na površinske premaze, kao što su pocinčavanje ili fosfatni tretmani, kako bi se odupro rđi i koroziji.
| Vlasništvo | 18/8 nehrđajući čelik | Ugljični čelik (obložen) |
|---|---|---|
| Osnovna otpornost na koroziju | visoko | Niska bez premaza |
| Relativna vlačna čvrstoća | Umjereno do visoko | visoko |
| Cijena po jedinici | visokoer | Niže |
| Najbolje okruženje za korištenje | Vlažno, na otvorenom, ispiranje | Suho, unutarnje, strukturalno uokvirivanje |
| Ovisnost o premazu | Nije potrebno | Potreban za dugovječnost |
Nakon što se zaštitni premaz na zatvaraču od ugljičnog čelika izgrebe, izbuši ili istroši, izloženi čelik gotovo odmah postaje ranjiv, osobito ako je u kontaktu s plemenitijim metalom. Ovo je uobičajeni način kvara u projektima podova, ograda i sporednih kolosijeka gdje glava vijka od ugljičnog čelika ostaje izložena vremenskim uvjetima nakon postavljanja.
Tablica galvanskih serija: Očitavanje kompatibilnosti metala
Galvanski niz razvrstava metale od najaktivnijih, ili anodnih, do najplemenitijih, ili katodnih. Metali postavljeni blizu jedan drugome na grafikonu općenito se mogu koristiti zajedno uz minimalan rizik. Metale postavljene daleko jedan od drugog treba odvojiti nevodljivom barijerom ili u potpunosti izbjegavati izravan kontakt.
| Pozicija | Grupa metala ili legura | Relativno ponašanje |
|---|---|---|
| 1 (najviše anodno) | Magnezij i legure magnezija | Prvo nagriza, žrtveno |
| 2 | Cink, pocinčani čelik | visokoly active, common coating metal |
| 3 | Aluminijske legure | Aktivno, uobičajeno u sporednom kolosijeku i oblogama |
| 4 | Ugljični čelik, lijevano željezo | Aktivno, zahtijeva premaz za zaštitu |
| 5 | Vodi, Tin | Blago aktivan |
| 6 | Mjed, bronca, bakar | Prilično plemenito |
| 7 | Pasivni nehrđajući čelik (tip 18/8) | Plemenit, zaštićen oksidnim slojem |
| 8 (najkatoličniji) | Titan, grafit | Najplemenitiji, rijetko korodira |
Ovo se ponekad naziva a shema galvanskog niza , i čini osnovu za većinu smjernica za odabir spojnica u konstrukcijskim i proizvodnim specifikacijama. Kao opće pravilo, držanje spajala i osnovnog materijala unutar dva ili tri položaja jedno od drugog na ovoj ljestvici značajno smanjuje rizik od ubrzane korozije.
Praktična tablica galvanske kompatibilnosti za uobičajene parove spojnica
Sljedeća tablica pojednostavljuje galvansku seriju u praktičnu referencu za uobičajene kombinacije spojnica i supstrata. Ova vrsta grafikon galvanske kompatibilnosti je koristan za brzu procjenu rizika prije početka projekta, bez potrebe za pamćenjem cijelog rangiranja metala.
| Materijal pričvršćivača | Aluminijska podloga | Podloga od ugljičnog čelika | Bakrena ili mesingana podloga |
|---|---|---|---|
| 18/8 nehrđajući čelik | Pošteno, koristite barijeru ako je dugotrajno mokar | dobro | dobro |
| Ugljični čelik (obložen) | Loše, izbjegavajte izravan mokri kontakt | dobro | Jadno |
| Pocinčani čelik | Pošteno | dobro | Jadno |
| Aluminijski zatvarač | dobro | Jadno | Jadno |
Tamo gdje ocjena pokazuje lošu kompatibilnost, preporučeni pristup je ili prebacivanje na kompatibilniji materijal za spajanje ili uvođenje nevodljivog izolacijskog sloja, poput polimerne podloške ili brtvila, između dva metala.
Upute za posebne primjene: Strojni vijci i vijci za ivericu
strojni vijci obično se koriste u prethodno urezanim rupama ili s maticama, što ih čini uobičajenim u kućištima, pločama, električnim sklopovima i kućištima strojeva. Budući da ove primjene često uključuju različite metalne ploče, kao što su aluminijska kućišta ili mjedeni terminalni blokovi, odabir materijala za strojne vijke otpornog na koroziju posebno je važan kada će sklop biti izložen vlazi ili ispiranju.
vijci za ivericu Suprotno tome, samorezni su spojni elementi namijenjeni prvenstveno za ploče na bazi drva kao što su iverica, MDF i šperploča. Oni se široko koriste u sastavljanju namještaja, ormarima i lakim konstrukcijama. Dok drvo samo po sebi obično ne uzrokuje galvanske reakcije, vijci za ivericu često dolaze u neizravan kontakt s metalnim nosačima, šarkama ili spojnicama, što ponovno dovodi do istih problema kompatibilnosti o kojima smo ranije govorili.
Samorezni vijci za ivericu dizajnirani za montažu iverice i MDF-a
Za vanjski namještaj, opremu za podove ili bilo koji sklop od iverice izložen vremenskim uvjetima, opcija od nehrđajućeg čelika 18/8 općenito je sigurniji dugoročni izbor, budući da izbjegava problem ovisnosti o premazu koji nosi pričvršćivač od ugljičnog čelika nakon postavljanja i izlaganja.
Odabir nehrđajućih spojnih elemenata za vanjsku konstrukciju
Građevinski projekti na otvorenom, uključujući podove, ograde, pergole i vanjske obloge, predstavljaju neke od najzahtjevnijih uvjeta za učinkovitost pričvršćivača. Kiša, temperaturne promjene i u nekim regijama zrak pun soli ubrzavaju koroziju, osobito na glavama spojnica koje su izložene vremenskim uvjetima.
Prilikom specificiranja nekorozivni pričvršćivači i općenito vanjski građevinski vijci za ove projekte sljedeći čimbenici obično su važniji od početnih troškova:
- Hoće li glava pričvršćivača ostati otkrivena nakon ugradnje ili će biti upuštena i zabrtvljena
- Bilo da je podloga tretirana drvena građa koja može sadržavati korozivne kemijske konzervanse
- Lokalni klimatski uvjeti, uključujući vlažnost, izloženost soli i cikluse smrzavanja i odmrzavanja
- Dolazi li pričvršćivač u dodir s različitim metalnim opšavima, držačima ili konektorima
Obrađena drvena građa posebno zaslužuje pozornost, jer mnoga moderna sredstva za zaštitu drva sadrže spojeve na bazi bakra. Bakar se nalazi relativno visoko u galvanskoj seriji, što znači da neobrađeni ugljični čelični pričvršćivači zabijeni u tretiranu drvenu građu mogu korodirati znatno brže nego u neobrađenom drvu. Ovo je jedan od najčešćih i podcijenjenih uzroka preranog kvara pričvršćivača na vanjskim podovima.
Jednostavan postupak odlučivanja za odabir materijala za spajanje
Umjesto memoriranja cijelog galvanskog niza, većina projekata može biti vođena kroz kratak proces odlučivanja kako bi se došlo do odgovarajućeg izbora pričvršćivača.
Ovaj tijek rada namjerno je pojednostavljen, ali odražava način na koji većina specifikatora pričvršćivača pristupa odabiru materijala u praksi: započnite s uvjetima izloženosti, a zatim suzite na temelju onoga s čim će pričvršćivač fizički dodirivati nakon postavljanja.
Uspoređujući dugoročnu vrijednost, a ne samo jediničnu cijenu
Uobičajena pogreška pri odabiru spojnica je usporedba samo jedinične cijene nehrđajućeg čelika u odnosu na opcije ugljičnog čelika. U okruženjima sklonim koroziji, usporedba ukupnih troškova trebala bi uključivati troškove rada i materijala za zamjenu pokvarenih pričvršćivača, potencijalno oštećenje okolnih materijala od mrlja hrđe i rizik od strukturalnog labavljenja ako pričvršćivač s vremenom oslabi.
| Razmatranje | 18/8 nehrđajući čelik | Ugljični čelik |
|---|---|---|
| Početni trošak | visokoer | Niže |
| Očekivani vijek trajanja u mokrim uvjetima | dugo | Kratko do umjereno |
| Zahtjevi za održavanje | Minimalno | Potreban periodični pregled |
| Rizik od mrljanja okolnog materijala | Niska | visokoer, especially with rust bleed |
Za projekte gdje je pričvrsnim elementima teško pristupiti nakon ugradnje, kao što je konstrukcijski okvir iza sporednog kolosijeka, veći početni trošak nehrđajućeg čelika često se nadoknađuje izbjegavanjem zamjenskog rada tijekom životnog vijeka strukture.
Često postavljana pitanja
P1: Je li usporedba nehrđajućeg čelika 18 8 i 304 smislena ili je riječ o istom materijalu?
U praktičnom smislu, nehrđajući čelik 18/8 i 304 odnosi se na uglavnom istu obitelj austenitnih legura. Oznaka 18/8 opisuje približan sadržaj kroma i nikla, dok je 304 službena oznaka stupnja. Većina spojnih elemenata koji se prodaju pod bilo kojim imenom rade slično u općoj uporabi.
P2: Mogu li se pričvršćivači od ugljičnog čelika i nehrđajućeg čelika ikada sigurno koristiti zajedno?
Mogu, u suhim unutarnjim okruženjima gdje vlaga nije faktor, budući da je za pojavu galvanske korozije potreban elektrolit. U bilo kojoj primjeni koja je izložena kiši, vlazi ili čišćenju vodom, izravan kontakt između njih treba izbjegavati ili izolirati nevodljivom barijerom.
P3: Zašto neke opcije s ss vijcima koštaju znatno više od ekvivalenta presvučenog ugljičnog čelika?
Legure nehrđajućeg čelika sadrže veći postotak kroma i nikla, a obje su skuplje sirovine od običnog ugljičnog čelika. Dodatni trošak odražava i sastav materijala i otpornost na koroziju koja dolazi bez oslanjanja na vanjski premaz.
P4: Moraju li vijci za ivericu biti od nehrđajućeg čelika za montažu unutarnjeg namještaja?
Općenito ne. Unutarnja montaža namještaja u suhim uvjetima obično ne zahtijeva nehrđajući čelik, a standardni vijci za ivericu imaju odgovarajuće rezultate. Nehrđajući materijal postaje važniji za vanjski namještaj, kupaonske ormariće ili bilo koju drugu primjenu koja je izložena stalnoj vlazi.
P5: Kako mogu znati je li kvar pričvršćivača uzrokovan upravo galvanskom korozijom?
Galvanska korozija obično pokazuje koncentriranu rupičastu pojavu ili gubitak materijala na točki kontakta između dva različita metala, umjesto ravnomjerne površinske hrđe na cijelom zatvaraču. Ako je korozija najjača točno tamo gdje se dva različita metala dodiruju, galvansko djelovanje tome vjerojatno pridonosi.
