Понимание гальванической коррозии в сборках крепежа
Каждая механическая сборка, в которой сочетаются два разных металла в присутствии влаги, несет в себе скрытый риск. Когда крепеж, изготовленный из одного сплава, прилегает к основному материалу, изготовленному из другого, может незаметно начаться электрохимическая реакция. Эта реакция, известная как гальваническая коррозия, является одной из основных причин преждевременного выхода из строя крепежных деталей наружных конструкций, морской арматуры и даже внутренних узлов, подвергающихся воздействию влаги.
Тяжесть реакции зависит от того, насколько далеко друг от друга находятся два металла на гальванической шкале, сколько влаги присутствует и как долго узел подвергается воздействию этой влаги. Застежка, которая выглядит идентично другой на полке, после установки может вести себя совершенно по-разному просто из-за того, с чем она соприкасается. Вот почему понимание разницы между нержавеющая сталь 18/8 а крепеж из углеродистой стали имеет гораздо большее значение, чем думает большинство монтажников.
Для гальванической коррозии крепеж не обязательно погружать в воду. Тонкой пленки конденсата, дождя или даже влажного воздуха достаточно электролита, чтобы начать процесс.
Что на самом деле происходит во время гальванической коррозии
Гальваническая коррозия возникает, когда два разнородных металла электрически соединены и подвергаются воздействию электролита, например влаги, содержащей растворенные соли или минералы. Один металл действует как анод и постепенно теряет материал, а другой действует как катод и защищается. Чем дальше друг от друга два металла находятся в гальваническом ряду, тем быстрее и агрессивнее становится этот обмен.
С точки зрения крепежа это означает, что винт из углеродистой стали, ввернутый в алюминиевую панель, или необработанный болт, используемый для защиты от медного покрытия, будут корродировать гораздо быстрее, чем тот же крепеж, используемый на совместимом материале. Крепежи из нержавеющей стали противостоят этому процессу из-за пассивного слоя оксида хрома, который естественным образом образуется на поверхности, что более подробно обсуждается ниже.
Чем отличается нержавеющая сталь 18/8?
Обозначение 18/8 относится к аустенитной нержавеющей стали, содержащей примерно 18 процентов хрома и 8 процентов никеля. Этот состав тесно связан с тем, что обычно называют нержавеющей сталью типа 304, и в большинстве коммерческих каталогов крепежных изделий эти два термина используются как взаимозаменяемые, поскольку 18/8, по сути, является упрощенным способом описания семейства сплавов 304.
- Содержание хрома образует на поверхности тонкий самовосстанавливающийся пассивный оксидный слой.
- Содержание никеля повышает пластичность и устойчивость к широкому спектру сред.
- Сплав устойчив к большинству бытовых химикатов, влаге и умеренному воздействию на открытом воздухе.
- Он немагнитен или слабомагнитен в зависимости от холодной обработки во время производства.
Из-за этого пассивного слоя 18 8 нержавеющая сталь против 304 Сравнение — это в основном вопрос терминологии, а не фактической существенной разницы. Оба термина обычно описывают одно и то же аустенитное семейство, и крепеж, отмеченный таким образом, широко используется для мебельной фурнитуры, сборки бытовой техники и общего строительства, где требуется умеренная коррозионная стойкость.
Стоит отметить, что нержавеющая сталь 18/8 не застрахована от любой агрессивной среды. В условиях с высоким содержанием хлоридов, таких как прибрежный воздух или воздействие противообледенительной соли, марка с более высоким содержанием молибдена может превзойти стандарт 18/8. Однако для большинства внутренних и умеренных наружных работ 18/8 обеспечивает надежный баланс долговечности, внешнего вида и стоимости.
Крепеж из углеродистой стали: сильные стороны и ограничения
Крепежи из углеродистой стали по-прежнему широко используются, поскольку они обеспечивают высокую механическую прочность при более низкой стоимости материала. В отличие от нержавеющей стали, углеродистая сталь не имеет собственного пассивного слоя, что означает, что она полностью зависит от поверхностных покрытий, таких как цинкование или фосфатирование, для защиты от ржавчины и коррозии.
| Недвижимость | Нержавеющая сталь 18/8 | Углеродистая сталь (с покрытием) |
|---|---|---|
| Базовая устойчивость к коррозии | Высокий | Низкий без покрытия |
| Относительная прочность на растяжение | От умеренного до высокого | Высокий |
| Стоимость за единицу | Высокийer | Нижний |
| Лучшая среда использования | Влажно, на открытом воздухе, промывка | Сухой, закрытый, несущий каркас |
| Зависимость покрытия | Не требуется | Требуется для долголетия |
Как только защитное покрытие на застежке из углеродистой стали поцарапано, просверлено или изношено, оголенная сталь почти сразу же становится уязвимой, особенно если она находится в контакте с более благородным металлом. Это распространенный вид отказа в проектах настила, ограждения и сайдинга, когда головка винта из углеродистой стали остается подверженной воздействию погодных условий после установки.
Таблица гальванических серий: определение совместимости металлов
Гальванический ряд ранжирует металлы от наиболее активных, или анодных, до наиболее благородных, или катодных. Металлы, расположенные близко друг к другу на графике, обычно можно использовать вместе с минимальным риском. Металлы, расположенные далеко друг от друга, следует отделять непроводящим барьером или вообще избегать прямого контакта.
| Позиция | Группа металлов или сплавов | Относительное поведение |
|---|---|---|
| 1 (самый анодный) | Магний и магниевые сплавы | Разъедает первым, жертвенным |
| 2 | Цинк, Оцинкованная сталь | Высокийly active, common coating metal |
| 3 | Алюминиевые сплавы | Активный, распространен в сайдинге и отделке. |
| 4 | Углеродистая сталь, Чугун | Активен, требует покрытия для защиты |
| 5 | Свинец, Олово | Умеренно активный |
| 6 | Латунь, Бронза, Медь | Довольно благородный |
| 7 | Пассивная нержавеющая сталь (тип 18/8) | Благородный, защищенный оксидным слоем |
| 8 (наиболее катодный) | Титан, Графит | Самый благородный, редко подвергается коррозии |
Иногда это называют диаграмма гальванических рядов , и он составляет основу большинства рекомендаций по выбору крепежных изделий в строительных и производственных спецификациях. Как правило, расположение крепежа и основного материала в пределах двух или трех позиций друг от друга по этой шкале существенно снижает риск ускоренной коррозии.
Практическая таблица гальванической совместимости для распространенных пар крепежных изделий
В следующей таблице гальванические серии упрощены до практического справочника по распространенным комбинациям крепежа и подложки. Этот тип таблица гальванической совместимости полезен для быстрой оценки риска до начала проекта без необходимости запоминать полный рейтинг металлов.
| Материал крепежа | Алюминиевая подложка | Подложка из углеродистой стали | Медная или латунная подложка |
|---|---|---|---|
| Нержавеющая сталь 18/8 | Удовлетворительно, используйте барьер, если долгое время остается влажным | Хорошо | Хорошо |
| Углеродистая сталь (с покрытием) | Плохо, избегайте прямого контакта с влажными материалами. | Хорошо | Бедный |
| Оцинкованная сталь | Ярмарка | Хорошо | Бедный |
| Алюминиевый крепеж | Хорошо | Бедный | Бедный |
Если рейтинг показывает плохую совместимость, рекомендуемым подходом является либо переход на более совместимый материал крепежа, либо введение непроводящего изоляционного слоя, такого как полимерная шайба или герметик, между двумя металлами.
Руководство для конкретного применения: крепежные шурупы и шурупы для ДСП
машинные винты обычно используются в предварительно нарезанных отверстиях или с гайками, что делает их распространенными в корпусах, панелях, электрических сборках и корпусах машин. Поскольку в этих приложениях часто используются разные металлические панели, такие как алюминиевые корпуса или латунные клеммные колодки, выбор коррозионностойкого материала крепежных винтов особенно важен, когда сборка будет подвергаться воздействию влаги или промывки.
шурупы для ДСП , напротив, представляют собой саморезы, предназначенные в первую очередь для древесных плит, таких как ДСП, МДФ и фанера. Они широко используются в сборке мебели, краснодеревщике и легком строительстве. Хотя древесина сама по себе обычно не вызывает гальванических реакций, шурупы для ДСП часто вступают в косвенный контакт с металлическими кронштейнами, петлями или соединителями, что вновь вызывает те же проблемы совместимости, которые обсуждались ранее.
Саморезы для ДСП, предназначенные для сборки ДСП и МДФ.
Для уличной мебели, настилов или любых сборок на основе ДСП, подверженных воздействию погодных условий, вариант из нержавеющей стали 18/8, как правило, является более безопасным долгосрочным выбором, поскольку он позволяет избежать проблемы зависимости от покрытия, с которой сталкиваются крепежи из углеродистой стали после установки и обнажения.
Выбор некоррозионного крепежа для наружного строительства
Строительные проекты на открытом воздухе, включая настилы, ограждения, беседки и внешнюю отделку, представляют собой одни из самых требовательных условий для работы крепежа. Дожди, перепады температур и в некоторых регионах насыщенный солью воздух ускоряют коррозию, особенно на головках крепежных элементов, оставленных открытыми для непогоды.
При указании нержавеющие крепежные детали и вообще наружные строительные винты для этих проектов следующие факторы обычно имеют большее значение, чем первоначальные затраты:
- Останется ли головка крепежа открытой после установки или будет утоплена и запечатана?
- Является ли основание обработанным пиломатериалом, который может содержать агрессивные химические консерванты.
- Местные климатические условия, включая влажность, воздействие соли и циклы замораживания-оттаивания.
- Контактирует ли крепеж с каким-либо другим металлическим отливом, кронштейнами или разъемами.
Особого внимания заслуживает обработанная древесина, поскольку многие современные консерванты для древесины содержат соединения на основе меди. Медь занимает относительно высокое место в гальваническом ряду, а это означает, что крепеж из необработанной углеродистой стали, вбитый в обработанную древесину, может подвергаться коррозии значительно быстрее, чем в необработанной древесине. Это одна из наиболее распространенных и недооцененных причин преждевременного выхода из строя крепежа наружного настила.
Простой процесс принятия решения по выбору материала крепежа
Вместо того, чтобы запоминать всю гальваническую серию, в большинстве проектов можно пройти короткий процесс принятия решения, чтобы прийти к соответствующему выбору крепежа.
Этот рабочий процесс намеренно упрощен, но он отражает то, как большинство спецификаторов крепежа подходят к выбору материала на практике: начните с условий воздействия, затем сузьте его в зависимости от того, с чем будет физически контактировать крепеж после установки.
Сравнение долгосрочной стоимости, а не только цены за единицу
Распространенной ошибкой при выборе крепежа является сравнение только цены за единицу нержавеющей стали и вариантов из углеродистой стали. В средах, подверженных коррозии, общее сравнение затрат должно включать затраты на рабочую силу и материалы для замены вышедших из строя крепежных элементов, потенциальное повреждение окружающих материалов из-за пятен ржавчины и риск ослабления конструкции, если крепеж со временем ослабнет.
| Рассмотрение | Нержавеющая сталь 18/8 | Углеродистая сталь |
|---|---|---|
| Первоначальная стоимость | Высокийer | Нижний |
| Ожидаемый срок службы во влажных условиях | Длинный | От короткого до среднего |
| Требования к техническому обслуживанию | Минимальный | Необходим периодический осмотр |
| Риск окрашивания окружающего материала | Низкий | Высокийer, especially with rust bleed |
В проектах, где крепежные элементы труднодоступны после установки, например, в структурном каркасе за сайдингом, более высокие первоначальные затраты на нержавеющую сталь часто компенсируются отсутствием затрат на замену в течение срока службы конструкции.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Имеет ли смысл сравнение нержавеющей стали 18 8 и 304 или это один и тот же материал?
С практической точки зрения нержавеющая сталь 18/8 и 304 относятся, по сути, к одному и тому же семейству аустенитных сплавов. Маркировка 18/8 описывает приблизительное содержание хрома и никеля, а 304 — официальное обозначение марки. Большинство крепежей, продаваемых под любыми названиями, при обычном использовании работают одинаково.
Вопрос 2: Можно ли безопасно использовать вместе крепеж из углеродистой и нержавеющей стали?
Они могут это сделать в сухих помещениях, где влажность не является важным фактором, поскольку для возникновения гальванической коррозии требуется электролит. В любом применении, подверженном воздействию дождя, влажности или промывке, следует избегать прямого контакта между ними или изолировать его непроводящим барьером.
Вопрос 3: Почему некоторые варианты винтов из нержавеющей стали стоят значительно дороже, чем эквиваленты из углеродистой стали с покрытием?
Сплавы нержавеющей стали содержат более высокий процент хрома и никеля, которые являются более дорогим сырьем, чем простая углеродистая сталь. Добавленная стоимость отражает как состав материала, так и коррозионную стойкость, которая достигается без использования внешнего покрытия.
В4: Должны ли винты для ДСП быть из нержавеющей стали для сборки мебели внутри помещения?
Вообще нет. Для сборки внутренней мебели в сухих условиях обычно не требуется нержавеющая сталь, и стандартные шурупы для ДСП с покрытием работают адекватно. Нержавеющая сталь становится все более важной для уличной мебели, мебели для ванных комнат или любых других предметов, подверженных постоянной влажности.
Вопрос 5: Как определить, был ли отказ крепежа вызван именно гальванической коррозией?
Гальваническая коррозия обычно проявляется концентрированной точечной коррозией или потерей материала в точке контакта двух разных металлов, а не равномерной поверхностной ржавчиной по всему крепежу. Если коррозия наиболее сильна именно там, где соприкасаются два разнородных металла, вероятно, этому способствует гальваническое воздействие.
