Înțelegerea coroziunii galvanice în ansamblurile de fixare
Fiecare ansamblu mecanic care combină două metale diferite în prezența umidității prezintă un risc ascuns. Când un element de fixare realizat dintr-un aliaj se așează pe un material de bază fabricat dintr-un altul, poate începe în liniște o reacție electrochimică. Această reacție, cunoscută sub numele de coroziune galvanică, este una dintre principalele cauze ale defecțiunii premature a elementelor de fixare în structurile exterioare, fitingurile marine și chiar ansamblurile interioare expuse la umiditate.
Severitatea reacției depinde de distanța dintre cele două metale pe scara galvanică, de câtă umiditate este prezentă și de cât timp ansamblul este expus la acea umiditate. Un dispozitiv de fixare care arată identic cu altul de pe raft se poate comporta complet diferit odată instalat, pur și simplu din cauza a ceea ce atinge. Acesta este motivul pentru a înțelege diferența dintre Oțel inoxidabil 18/8 și elementele de fixare din oțel carbon contează mult mai mult decât își dau seama majoritatea instalatorilor.
Un dispozitiv de fixare nu trebuie să fie scufundat pentru a se coroda galvanic. O peliculă subțire de condens, ploaie sau chiar aer umed este suficient electrolit pentru a începe procesul.
Ce se întâmplă de fapt în timpul coroziunii galvanice
Coroziunea galvanică apare atunci când două metale diferite sunt conectate electric și expuse la un electrolit, cum ar fi umiditatea care conține săruri sau minerale dizolvate. Un metal acționează ca anod și pierde treptat material, în timp ce celălalt acționează ca catod și este protejat. Cu cât cele două metale sunt mai îndepărtate pe seria galvanică, cu atât acest schimb devine mai rapid și mai agresiv.
Din punct de vedere al elementelor de fixare, aceasta înseamnă că un șurub din oțel carbon introdus într-un panou de aluminiu sau un șurub netratat folosit împotriva fulgerului de cupru se va coroda mult mai repede decât același element de fixare utilizat pe un material compatibil. Elementele de fixare din oțel inoxidabil rezistă acestui proces datorită unui strat pasiv de oxid de crom care se formează în mod natural la suprafață, despre care este discutat mai detaliat mai jos.
Ce face ca oțelul inoxidabil 18/8 să fie diferit
Denumirea 18/8 se referă la o compoziție de oțel inoxidabil austenitic care conține aproximativ 18% crom și 8% nichel. Această compoziție este strâns legată de ceea ce este etichetat în mod obișnuit ca oțel inoxidabil de tip 304, iar în majoritatea cataloagelor comerciale de elemente de fixare cei doi termeni sunt folosiți interschimbabil, deoarece 18/8 este în esență o modalitate simplificată de a descrie familia 304 de aliaje.
- Conținutul de crom formează la suprafață un strat subțire de oxid pasiv, care se repara automat
- Conținutul de nichel îmbunătățește ductilitatea și rezistența la o gamă largă de medii
- Aliajul rezistă la majoritatea substanțelor chimice de uz casnic, la umiditate și la expunerea ușoară în aer liber
- Este nemagnetic sau doar slab magnetic, în funcție de lucrul la rece în timpul producției
Din cauza acestui strat pasiv, an 18 8 oțel inoxidabil vs 304 comparația este în mare măsură o chestiune de terminologie, mai degrabă decât diferența materială reală. Ambii termeni descriu în mod obișnuit aceeași familie austenitică, iar elementele de fixare marcate în acest fel sunt utilizate pe scară largă pentru feronerie de mobilier, asamblare de aparate și construcții generale unde este necesară rezistență moderată la coroziune.
Este de remarcat faptul că oțelul inoxidabil 18/8 nu este imun la orice mediu corosiv. În condiții grele de clorură, cum ar fi aerul de coastă sau expunerea la sare de dezghețare, un grad mai mare de molibden poate depăși standardul 18/8. Cu toate acestea, pentru cele mai multe aplicații interioare și exterioare moderate, 18/8 oferă un echilibru puternic între durabilitate, aspect și cost.
Elemente de fixare din oțel carbon: puncte forte și limitări
Elementele de fixare din oțel carbon rămân utilizate pe scară largă deoarece oferă o rezistență mecanică ridicată la un cost de material mai mic. Spre deosebire de oțel inoxidabil, oțelul carbon nu are un strat pasiv inerent, ceea ce înseamnă că se bazează în întregime pe acoperiri de suprafață, cum ar fi placarea cu zinc sau tratamentele cu fosfat, pentru a rezista la rugină și coroziune.
| Proprietate | Oțel inoxidabil 18/8 | Oțel carbon (acoperit) |
|---|---|---|
| Rezistența la coroziune de bază | Înalt | Scăzut fără acoperire |
| Rezistența relativă la tracțiune | Moderat spre ridicat | Înalt |
| Cost pe unitate | Înalter | Mai jos |
| Cel mai bun mediu de utilizare | Umed, în aer liber, spălat | Încadrare structurală uscată, de interior |
| Dependența de acoperire | Nu este necesar | Necesar pentru longevitate |
Odată ce un strat de protecție de pe un element de fixare din oțel carbon este zgâriat, găurit sau uzat, oțelul expus devine vulnerabil aproape imediat, mai ales dacă este în contact cu un metal mai nobil. Acesta este un mod obișnuit de defecțiune în proiectele de pardoseală, împrejmuire și siding în care un cap șurub din oțel carbon este lăsat expus la intemperii după instalare.
Diagrama seriei galvanice: citirea compatibilității metalelor
Seria galvanică clasifică metalele de la cele mai active, sau anodice, la cele mai nobile sau catodice. Metalele poziționate aproape unul de altul pe diagramă pot fi utilizate în general împreună cu un risc minim. Metalele poziționate la distanță unul de celălalt trebuie separate cu o barieră neconductivă sau evitate în totalitate în contact direct.
| Poziție | Grup de metal sau aliaje | Comportament relativ |
|---|---|---|
| 1 (cel mai anodic) | Magneziu și aliaje de magneziu | Corodează mai întâi, sacrificial |
| 2 | Zinc, oțel galvanizat | Înaltly active, common coating metal |
| 3 | Aliaje de aluminiu | Activ, comun în siding și ornamente |
| 4 | Oțel carbon, fontă | Activ, necesită acoperire pentru protecție |
| 5 | Plumb, Tin | Usor activ |
| 6 | alamă, bronz, cupru | Destul de nobil |
| 7 | Oțel inoxidabil pasiv (tip 18/8) | Nobil, protejat de strat de oxid |
| 8 (cel mai catodic) | Titan, Grafit | Cel mai nobil, se corodează rar |
Aceasta este uneori denumită a diagramă serie galvanică , și formează baza pentru majoritatea ghidurilor de selecție a elementelor de fixare în specificațiile de construcție și producție. Ca regulă generală, menținerea materialului de fixare și de bază în două sau trei poziții unul de celălalt pe această scară reduce substanțial riscul de coroziune accelerată.
Tabel practic de compatibilitate galvanică pentru perechi comune de elemente de fixare
Următorul tabel simplifică seria galvanică într-o referință practică pentru combinații comune de elemente de fixare și substrat. Acest tip de diagramă de compatibilitate galvanică este util pentru evaluarea rapidă a riscului înainte de începerea unui proiect, fără a fi nevoie să memorați clasamentul complet al metalelor.
| Material de fixare | Substrat din aluminiu | Substrat din oțel carbon | Substrat de cupru sau alamă |
|---|---|---|---|
| Oțel inoxidabil 18/8 | Corect, utilizați bariera dacă este umed pe termen lung | Bun | Bun |
| Oțel carbon (acoperit) | Slab, evitați contactul direct umed | Bun | Sărac |
| Oțel placat cu zinc | Corect | Bun | Sărac |
| Element de fixare din aluminiu | Bun | Sărac | Sărac |
Acolo unde o evaluare arată o compatibilitate slabă, abordarea recomandată este fie trecerea la un material de fixare mai compatibil, fie introducerea unui strat de izolare neconductiv, cum ar fi o șaibă polimerică sau un material de etanșare, între cele două metale.
Îndrumări specifice aplicației: șuruburi de mașină și șuruburi din PAL
șuruburi de mașină sunt de obicei utilizate în găuri prefiletate sau cu piulițe, făcându-le comune în carcase, panouri, ansambluri electrice și carcase de mașini. Deoarece aceste aplicații implică adesea panouri metalice diferite, cum ar fi carcasele din aluminiu sau blocurile terminale din alamă, selectarea unui material de șurub mecanic rezistent la coroziune este deosebit de importantă atunci când ansamblul va vedea orice expunere la umiditate sau la spălare.
șuruburi din PAL , prin contrast, sunt elemente de fixare autofiletante concepute în principal pentru panouri pe bază de lemn, cum ar fi PAL, MDF și placaj. Acestea sunt utilizate pe scară largă în asamblarea mobilei, dulapuri și construcții ușoare. În timp ce lemnul în sine nu provoacă de obicei reacții galvanice, șuruburile din PAL intră frecvent în contact indirect cu consolele metalice, balamale sau conectori, ceea ce reintroduce aceleași probleme de compatibilitate discutate mai devreme.
Șuruburi autofiletante din PAL concepute pentru asamblarea plăcilor de particule și MDF
Pentru mobilierul de exterior, feroneria de acoperire sau orice ansamblu pe bază de PAL expus la intemperii, o opțiune din inox 18/8 este, în general, cea mai sigură alegere pe termen lung, deoarece evită problema dependenței de acoperire pe care o poartă elementele de fixare din oțel carbon odată instalate și expuse.
Selectarea elementelor de fixare non-corozive pentru construcții în aer liber
Proiectele de construcție în aer liber, inclusiv podele, garduri, pergole și ornamente exterioare, prezintă unele dintre cele mai solicitante condiții pentru performanța elementelor de fixare. Ploile, schimbările de temperatură și, în unele regiuni, aerul încărcat cu sare accelerează coroziunea, în special la capetele de fixare lăsate expuse la intemperii.
La specificare elemente de fixare necorozive și generală șuruburi de construcție în aer liber pentru aceste proiecte, următorii factori contează de obicei mai mult decât costul inițial:
- Dacă capul de fixare va rămâne expus după instalare sau va fi înfundat și sigilat
- Fie că substratul este cherestea tratată, care poate conține conservanți chimici corozivi
- Condițiile climatice locale, inclusiv umiditatea, expunerea la sare și ciclurile de îngheț-dezgheț
- Indiferent dacă elementul de fixare intră în contact cu orice bliț metalic diferit, suporturi sau conectori
Cheresteaua tratată în special merită atenție, deoarece mulți conservanți moderni pentru lemn conțin compuși pe bază de cupru. Cuprul se află relativ sus pe seria galvanică, ceea ce înseamnă că elementele de fixare din oțel carbon netratate introduse în cheresteaua tratată se pot coroda semnificativ mai repede decât în lemnul netratat. Aceasta este una dintre cele mai frecvente și subapreciate cauze ale defecțiunii premature a elementelor de fixare în pardoseala exterioară.
Un proces simplu de decizie pentru selectarea materialului de fixare
În loc să memoreze întreaga serie galvanică, majoritatea proiectelor pot fi ghidate printr-un scurt proces de decizie pentru a ajunge la o alegere adecvată a elementelor de fixare.
Acest flux de lucru este simplificat în mod intenționat, dar reflectă modul în care majoritatea specificatorilor de elemente de fixare abordează selecția materialului în practică: începeți cu condițiile de expunere, apoi restrângeți în funcție de ceea ce va intra fizic elementul de fixare odată instalat.
Compararea valorii pe termen lung, nu doar a prețului unitar
O greșeală comună în selecția elementelor de fixare este compararea doar prețului pe unitate al opțiunilor din oțel inoxidabil cu oțel carbon. În mediile predispuse la coroziune, comparația costului total ar trebui să includă costul forței de muncă și al materialului de înlocuire a elementelor de fixare defectate, potențialele daune ale materialelor înconjurătoare din cauza petelor de rugină și riscul de slăbire a structurii dacă un element de fixare se slăbește în timp.
| Considerare | Oțel inoxidabil 18/8 | Oțel carbon |
|---|---|---|
| Costul initial | Înalter | Mai jos |
| Durata de viață estimată în condiții umede | Lung | Scurt spre moderat |
| Cerință de întreținere | Minimal | Este necesară inspecția periodică |
| Risc de pătare a materialului din jur | Scăzut | Înalter, especially with rust bleed |
Pentru proiectele în care elementele de fixare sunt dificil de accesat după instalare, cum ar fi cadrul structural din spatele sidingului, costul inițial mai mare al oțelului inoxidabil este adesea compensat de forța de muncă evitată de înlocuire pe durata de viață a structurii.
Întrebări frecvente
Î1: Este semnificativă o comparație din oțel inoxidabil 18 8 față de 304 sau sunt același material?
În termeni practici, oțelul inoxidabil 18/8 și 304 se referă în esență la aceeași familie de aliaje austenitice. Eticheta 18/8 descrie conținutul aproximativ de crom și nichel, în timp ce 304 este desemnarea formală a gradului. Majoritatea elementelor de fixare vândute sub ambele nume funcționează similar în utilizarea generală.
Î2: Pot fi folosite vreodată elementele de fixare din oțel carbon și din oțel inoxidabil împreună în siguranță?
Ele pot, în medii interioare uscate, unde umiditatea nu este un factor, deoarece coroziunea galvanică necesită un electrolit. În orice aplicație expusă la ploaie, umiditate sau curățare prin spălare, contactul direct dintre cele două trebuie evitat sau izolat cu o barieră neconductivă.
Î3: De ce unele opțiuni cu șuruburi ss costă mult mai mult decât echivalentele din oțel carbon acoperit?
Aliajele de oțel inoxidabil conțin un procent mai mare de crom și nichel, ambele fiind materii prime mai scumpe decât oțelul carbon simplu. Costul adăugat reflectă atât compoziția materialului, cât și rezistența la coroziune care vine fără a se baza pe o acoperire externă.
Î4: Șuruburile din PAL trebuie să fie din oțel inoxidabil pentru asamblarea mobilierului de interior?
In general nu. Asamblarea mobilierului de interior în condiții uscate nu necesită de obicei oțel inoxidabil, iar șuruburile standard din PAL acoperite funcționează adecvat. Inoxidabilul devine mai important pentru mobilierul de exterior, dulapurile de baie sau orice aplicație expusă la umiditate constantă.
Î5: Cum pot spune dacă o defecțiune a dispozitivului de fixare a fost cauzată în mod specific de coroziune galvanică?
Coroziunea galvanică arată în mod obișnuit pisări concentrate sau pierderi de material la punctul de contact dintre două metale diferite, mai degrabă decât rugina uniformă a suprafeței pe întregul element de fixare. Dacă coroziunea este cea mai grea exact acolo unde două metale diferite se ating, acțiunea galvanică este o contribuție probabilă.
