Galvanic or bimetallic corrosion

در صورتی که دو فلز غیر همجنس (با پتانسیل های الکتروشیمیایی متفاوت) در یک الکترولیت کنار یکدیگر قرار گیرند به طوری که اتصال الکتریکی بین آن ها برقرار باشد، خوردگی گالوانیکی رخ می دهد.

در این حالت، فلزی که فعال تر باشد با شدت بیش تری نسبت به حالتی که به تنهایی در محلول قرار گیرد، خورده خواهد شد. اما فلز نجیب تر در این حالت حفاظت شده و تحت تاثیر خوردگی قرار نمی گیرد.

اساس خوردگی گالوانیکی، تشکیل پیل الکتروشیمیایی است. اکثر آلیاژها و فلزات هنگام تماس با یک محلول خورنده، تشکیل پیل الکتروشیمیایی داده و بین دو فلزی که در یک الکترولیت با هم در تماس هستند، اختلاف پتانسیل الکتریکی به وجود می آید که همین اختلاف پتانسیل سبب تولید جریان الکتریکی بین آن دو خواهد شد. در مقایسه با زمانی که دو فلز به یکدیگر متصل نبوده و به تنهایی در محیط خورنده دچار خوردگی می شوند، اتصال گالولنیک آن ها سبب خوردگی بیش تر در فلز با مقاومت کمتر می شود. در این شرایط فلزی که مقاومت کم تری دارد آند شده و فلز مقاوم تر به عنوان کاتد عمل می نماید.

مثال های عملی از خوردگی گالوانیکی

یکی از موارد استفاده از خوردگی گالوانیکی تمیز کردن ظروف نقره ای خانگی می باشد. بیش تر لکه های موجود بر روی ظروف نقره ای به واسطه سولفید نقره است. یک روش الکتروشیمیایی ساده مشتمل بر قرار دادن نقره در ظروف آلومینیومی محتوی آب و جوش شیرین می باشد (هرگز از کلرید سدیم استفاده نشود). جریان الکتریکی به وجود آمدخه در اثر تماس نقره و آلومینیوم باعث احیای سولفید نقره به نقره خالص می گردد. بعضی مواقع در فروشگاه ها، یک فلز جادوئی عرضه می شود که همین کار را می کند. بر طبق دستورالعملی که بر روی آن داده شده، فلز جادوئی را باید به ظروف نقره ای متصل نمود و در یک ظرف لعابی حاوی محلول جوش شیرین قرار داد. فلز جادوئی در حقیقت یک قطعه آلومینیوم یا منیزیم است.

اتصال لوله نو به لوله کهنه ای با همان ترکیب، ایجاد یک پیل گالولنیکی نموده که این امر موجب خوردگی شدید لوله تازه می گردد. این حالت زمانی اتفاق می افتد که بخش کوچکی از خط لوله کهنه تعویض شده باشد. در این صورت لوله ی تازه با سرعت بیش تری نسبت به لوله ی کهنه خورده می شود.

در مبدل های حرارتی لوله هایی با ضخامت کم که از فلزات مقاوم به خوردگی مانند مس یا برنز ساخته شده اند، اغلب به صفحات لوله ای فولادی سنگین متصل می شود. در این قبیل مبدل های حرارتی، فولاد به شدت خورده شده و لوله های مس را از خوردگی محافظت می کند.

عوامل موثر بر خوردگی گالوانیکی

عوامل متعددی بر خوردگی گالوانیک دو فلز در تماس با یکدیگر موثر است، که به طور کلی می توان آن ها را به دو دسته ی عوامل داخلی و خارجی تقسیم نمود:

الف) عوامل داخلی

عوامل داخلی موثر بر میزان سرعت خوردگی گالوانیک عبارتند از: جنس و طبیعت دو فلز یا آلیاژ در تماس باهم، ساختار، زمان، فاصله ی دو فلز از یکدیگر و سطوح دو فلز در تماس با هم.

فلزات با پتانسیل الکتروشیمیایی فعال تر، تمایل بیش تری برای خورده شدن نسبت به فلزات با پتانسیل نجیب تر دارند.

روی و فولاد به تنهایی در محلول های آبی خورده می شوند اما هنگامی که با یکدیگر پیل گالوانیک تشکیل می دهند، روی آند شده و خورده می شود و فولاد کاتد شده و حفاظا می گردد.

به طور معمول فلز قلع نسبت به فولاد، حالت کاتدی داشته و انتظار می رود در صورتی که تشکیل پیل گالوانیک دهند، فولاد خورده شود. اما نکته جالب آن است که، قوطی های کنسرو فولادی که دارای لایه ی پوششی از قلع هستند، قلع در تماس با اسیدهای ناشی از مواد غذایی، تولید کمپلکس هایی از قلع می کند که نسبت به فولاد آندی است. بنابراین در قوطی های کنسرو مواد غذایی، هنگامی که قلع و فولاد تشکیل پیل گالوانیک می دهند، قلع مسئولیت محافظت از فولاد را بر عهده خواهد داشت. ذکر این نکته ضروری است که اگر این پیل گالوانیک در اتمسفر ایجاد شود، قلع نسبت به فولاد کاتدی بوده و ایجاد یک خراش در پوشش قلع و قرار گرفتن فولاد پایه در معرض اتمسفر، سبب وقوع خوردگی موضعی شدید در فولاد می شود.

ساختار آلیاژ یا فلز در میزان سرعت خوردگی تاثیر بسزایی دارد، ترکیب شیمیایی دانه های مجاور، جهت گیری دانه ها و نوع مرزدانه ها عوامل ساختاری مهمی در تعیین شدت میزان خوردگی هستند.

در خوردگی گالوانیکی، فاصله ی دو فلز از یکدیگر مهم است. یعنی هرچه از فصل مشترک دو فلز دورتر شویم، خوردگی و اثرات آن کاهش می یابد و خوردگی گالوانیکی کم تر می شود.

یک عامل مهم دیگر در خوردگی گالوانیکی، نسبت سطح کاتد به سطح آند است. در صورتی که سطح کاتد نسبت به آند بسیار بزرگ باشد خوردگی شدید موضعی در آند رخ خواهد داد. علت این امر آن است که یک سطح کوچک آند، باید جریان مورد نیاز برای انجام واکنش کاتدی در سطح بزرگ کاتد را تامین نماید.

باید توجه داشت در صورتی که نسبت سطح آند به کاتد بسیار کوچک است، سرعت خوردگی ممکن است 100 تا 1000 برابر بیش اززمانی باشد که سطوح آندی و کاتدی برابر هستند.

ب) عوامل خارجی

عوامل خارجی بیش تر به پدیده های محیطی و تاثیر الکترولیت بر روی فلز محدود می شوند که عبارتند از: رطوبت هوا،pHمحیط، میزان اکسیژن الکترولیت، دما و تلاطم الکترولیت.

یکی از اثرات مهم الکترولیت بر خوردگی گالوانیکی، قابلیت تشکیل لایه ی محافظ بر روی سطح فلز یا توانایی تخریب آن است. معمولا در اثر واکنش های فلز با الکترولیت خورنده، لایه ای نامحلول از محصولات خوردگی بر سطح فلز تشکیل می شود که ممکن است این لایه نقش اسیدسولفوریک رقیق به علت تشکیل لایه ای محافظ از سولفات سرب بر روی سطح سرب می باشد و یا به طور مشابه حفاظت آهن در برابر محلول هیدروکسید سدیم به دلیل تشکیل لایه ای محافظ از اکسید آهن است.

رسوباتی نظیر کرومات پتاسیم که باعث تشکیل یک لایه ی محافظ بر سطح فلز می گردند روئین کننده نامیده می شوند. این گونه لایه ها سبب کاهش سرعت خوردگی و در نهایت حفاظت فلز می گردند.

بعضی از رسوبات(نمک ها) سبب تخریب لایه ی محافظ می گردند، که به عنوان مثال می توان به ترکیبات هالوژن دار اشاره نمود که به علت تجزیه شدن در محلول، یون های کلرید، برمید و یدید آزاد می کنند. این یون ها قادرند لایه های محافظ تشکیل شده بر سطح فلزات را تخریب کرده و باعث تشدید سرعت خوردگی شوند.

تغییر غلظت یون هیدروژن در محلول(pH)نیز در خوردگی گالوانیکی بسیار مهم است. با کاهشpHمحلول، واکنش تولید گاز هیدروژن به عنوان واکنش کاتدی می تواند جایگزین واکنش کاتدی احیای اکسیژن گردد، به عنوان یک قانون،pHاثر مستقیمی بر واکنش های آندی ندارد. زیرا یون هایH+ وOH– مستقیما در واکنش های آندی شرکت نمی کنند، اما تاثیر غیر مستقیم pH، شامل تغییر در حلالیت محصولات خوردگی در الکترولیت و یا قابلیت تشکیل لایه ی محافظ می شود.

روش های کاهش یا جلوگیری از خوردگی گالوانیکی

روش های مختلفی برای کاهش یا جلوگیری از خوردگی گالوانیکی وجود دارد. در زیر به اختصار این روش ها توضیح داده شده اند. در حقیقت برای جلوگیری از این نوع خوردگی، گاهی اوقات اجرای یک روش کفایت می کند. در حالی که در بعضی حالات می بایست از دو یا چند روش به طور همزمان استفاده نمود.

الف) در صورت نیاز به استفاده از فلزات غیر هم جنس، حتی الامکان سعی شود از فلزاتی که در جدول سری الکتروشیمیایی(emf)، فاصله ی کم تری نسبت به هم دارند استفاده شود.

ب) عدم کاربرد نسبت سطحی نامطلوب بین آند و کاتد یا به عبارت دیگر، از اتصال یک آند کوچک به یک کاتد بزرگ اجتناب شود. قطعات کوچک نظیر پیچ و مهره ها یا میخ پرچ ها برای اتصال فلزات فعال تر به یکدیگر مناسب هستند.

ج) عایق نمودن فلزات غیر هم جنس تا حدی که امکان تماس مستقیم آن ها وجود نداشته باشد.

د) در صورت امکان می توان از بازدارنده های مناسب جهت کاهش خورندگی محیط استفاده کرد.

ه) بخش های آندی به گونه ای طراحی شوند که به سهولت قابل تعویض باشند یا ضخیم تر انتخاب شوند تا عمر بیش تری داشته باشند.

و) اتصال فلز سومی که نسبت به دو فلز در تماس با هم، آند باشد(آند فدا شونده).

ز) برای پوشش دهی باید کاتد را پوشش دهیم چون اگر آند را پوشش دهیم در صورتی که پوشش آند از بین برود نسبت سطح کاتد به سطح آند خیلی بزرگ می شود و خوردگی گالوانیکی افزایش پیدا می کند.

ح) از اتصال فلز تازه به فلز کهنه خودداری شود.