Гальваническая коррозия: почему два нормальных металла вместе начинают разрушаться

Гальваническая коррозия: почему два нормальных металла вместе начинают разрушаться

Гальваническая коррозия возможна, когда разнородные проводящие материалы имеют электрический контакт и одновременно связаны электролитом. На одном участке преобладает анодное растворение, на другом поддерживается катодная реакция. Электроны проходят по металлической цепи, ионы — через электролит. Одна лишь близость двух металлов без замкнутой цепи не определяет гальванический ток, хотя каждый металл может корродировать самостоятельно.

Почему потенциал не задаёт скорость

Гальванический ряд характеризует поведение материалов в конкретной среде и состоянии поверхности. Его нельзя заменять таблицей стандартных электродных потенциалов и переносить между морской водой, конденсатом и технологической жидкостью. Пассивная плёнка, доступ кислорода и загрязнение меняют электрохимическую реакцию. Название сплава недостаточно без сведений о среде и поверхности.

Разность потенциалов указывает на возможную движущую силу, но не определяет ток простым делением на произвольное сопротивление. После соединения потенциалы изменяются вследствие поляризации. Рабочий ток связан с анодной и катодной кинетикой, переносом вещества и омическим падением в электролите. Поэтому из двух табличных потенциалов невозможно получить скорость потери толщины в миллиметрах за год.

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Условная потеря массы по заданному току

Пусть для учебного примера уже задан постоянный ток I = 1,00 мА через анодное растворение в течение t = 24 ч. Условно считаем анод железом, переходящим в Fe²⁺: число электронов n = 2, молярная масса M = 55,845 г/моль. Зададим выход по току η = 0,80 — долю заряда, соответствующую рассматриваемой реакции. Постоянная Фарадея F = 96485,33212 Кл/моль используется как исходная физическая константа.

Заряд Q = It = 0,001 × 24 × 3600 = 86,40 Кл. Закон Фарадея даёт m = ηItM/(nF) = 0,02000 г, или приблизительно 20,00 мг. Единицы согласованы: А × с дают Кл, а г/моль после деления на Кл/моль дают массу в граммах. Ток здесь назначен условием; он не вычислен из потенциалов, названий металлов или площади.

Дополнительно зададим равномерно растворяющуюся площадь анода S = 10,0 см² и плотность ρ = 7,87 г/см³. Тогда эквивалентная потеря толщины δ = m/(ρS) = 0,0002542 см = 2,542 мкм за заданные сутки. Это только равномерный эквивалент потери массы. При локальной атаке максимальная глубина может существенно отличаться; срок службы из данного числа не следует.

Средняя плотность заданного тока j = I/S = 0,100 мА/см². Если при том же токе условно уменьшить анодную площадь до 1,00 см², j станет 1,00 мА/см². Это арифметическая чувствительность при фиксированном I, а не утверждение, что ток реальной пары останется неизменным. Реакции и эффективные смоченные площади необходимо пересчитать.

Как применять выводы

Большая катодная поверхность рядом с малым анодным участком способна усиливать локальную нагрузку на анод. Однако геометрическая площадь не всегда равна электрохимически работающей: проводимость тонкой плёнки, расстояние и доступ кислорода ограничивают взаимодействие. Дефект покрытия может образовать маленький открытый анодный участок. Оценку проводят для состояния после повреждения и старения, а не только для нового покрытия.

Для конкретного узла описывают влажность, продолжительность смачивания, соли, температуру, контактные пути и возможные дефекты. Меры снижения риска оценивают по способности изменить цепь или условия реакции. Проверка включает наблюдение локальных повреждений и измерения в представительной среде. Приведённая арифметика служит проверкой баланса заряда и массы; для инженерного прогноза необходимы измеренный ток во времени и обоснованная схема растворения.

Источники и область использования

• NPL — Bimetallic Corrosion, Guide No. 5: электролит, поляризация, активные площади и ограничения гальванического ряда.