Гальваническая коррозия: какие металлы нельзя соединять

Расскажу про ошибку, которая стоит людям переделок каждый сезон. Собрали хороший узел — нержавейка, медь, оцинковка, всё качественное, — а через год на стыке дыра или рыжие потёки. Металлы по отдельности прекрасные, а вместе «съели» друг друга. Это гальваническая коррозия: когда два разных металла соприкасаются во влаге, один начинает разрушаться ускоренно. Разберу, какие пары опасны, почему крепёж тут решает больше материала, и как соединять разнородные металлы, чтобы узел стоял, а не гнил — с оглядкой на нашу балтийскую сырость и зимние реагенты.

Что такое гальваническая коррозия

Механизм простой. Как только два разных металла соединены электрически (просто прижаты друг к другу) и на них есть плёнка влаги — конденсат, дождь, вода в трубе, — получается маленькая батарейка. Металлы отличаются электрохимическим потенциалом, между ними идёт ток, и один из них — менее благородный — начинает растворяться ускоренно. Его называют анодом. Второй, более благородный, — катод — наоборот, защищается за счёт первого.

Три условия обязательны: два разных металла, электрический контакт между ними и электролит (влага). Убери любое — и коррозии нет. Именно поэтому в сухом отапливаемом помещении разные металлы спокойно соседствуют годами, а на улице, в грунте или в трубе с водой та же пара быстро даёт течь.

Кстати, у этого эффекта есть и полезная сторона. Цинк на оцинкованной стали работает ровно так же: цинк менее благороден, он корродирует первым и защищает сталь под собой. Это та же гальваника, только поставленная на службу, — оцинкованный прокат держится именно на ней.

Ряд активности: кто кого «съедает»

Чтобы понять, какая пара опасна, металлы выстраивают в ряд — от активных (легко отдают электроны, корродируют) к благородным (стойкие). Чем дальше два металла стоят друг от друга в этом ряду, тем сильнее разрушается менее благородный при их контакте.

Отсюда и список опасных пар, которые встречаются чаще всего:

▪ Алюминий и медь — медь много благороднее, алюминий у контакта разрушается. Классика ошибок в электрике и водосистемах.
▪ Оцинковка и медь — медный водосток над оцинкованной кровлей, медный крепёж в оцинковке: цинк уходит быстро.
▪ Сталь и медь — сталь корродирует у медного контакта; частая беда смешанного водопровода.
▪ Нержавейка с алюминием или оцинковкой — нержавейка благородная, и во влаге она разгоняет коррозию соседа, если тот менее благороден.

Почему крепёж важнее материала: правило площадей

Вот нюанс, который переворачивает интуицию. Скорость гальванической коррозии зависит не только от того, какие металлы в паре, но и от соотношения их площадей. Маленький анод рядом с большим катодом разрушается очень быстро — весь ток концентрируется на крохотном участке. Большой анод и маленький катод — наоборот, коррозия размазывается и почти незаметна.

Практический вывод про крепёж: маленькая деталь должна быть благороднее большой. Нержавеющий или медный болт в большой стальной или алюминиевой детали — нормально: маленький катод почти не вредит. А вот стальной болт в нержавейке или алюминиевый заклёпок в стальном листе — плохо: маленький анод сгорает за сезон. Поэтому крепёж по умолчанию берут стойкий — нержавеющий или оцинкованный, а не наоборот.

Смешанный водопровод: медь ставят после стали

Отдельно про трубы, потому что тут ошибаются постоянно. Если в одной системе идут и стальные (или оцинкованные), и медные трубы, важен порядок по направлению потока воды. Правило: более благородный металл — медь — ставят ниже по потоку, после стали и оцинковки. Если пустить воду сначала через медь, растворённые ионы меди пойдут дальше и осядут на стали, запуская на ней точечную коррозию. Обратный порядок — сталь, потом медь — такого не даёт.

Ещё надёжнее — разорвать электрический контакт вовсе: между разнородными трубами ставят диэлектрическую муфту или вставку. Для узлов с нержавейкой удобно применять нержавеющие детали трубопровода — они благородные и в паре со сталью сами не страдают, но стальной сосед во влаге разгоняется, поэтому стык всё равно изолируют.

«Самый частый разговор — про крепёж и кровлю. Человек крепит алюминиевый или оцинкованный лист чёрными или "какими были" саморезами, а через зиму вокруг каждого самореза рыжий венчик и потёки. Или ставит медный водосток над оцинковкой. Металлы хорошие, а пара — гальваническая. Я всегда советую: крепёж бери стойкий и благородный, разнородные металлы во влаге разделяй прокладкой, а если сомневаешься в паре — спроси, подскажем по ряду активности. Дешевле, чем переделывать узел.»

— Зотова Ольга Владимировна, ТД «ИнвестМет»

Как соединять разные металлы правильно

Пять рабочих приёмов — по убыванию простоты:

▪ Подобрать пару по ряду активности. Чем ближе металлы друг к другу в ряду, тем безопаснее. Сталь с нержавейкой терпимее, чем сталь с медью.
▪ Соблюсти правило площадей. Маленькую деталь (крепёж, шайбу) делать из более благородного металла, большую — из менее благородного.
▪ Изолировать контакт. Диэлектрические прокладки, втулки под болты, ленты, лаковое покрытие в стыке — разрывают электрическую цепь, и пары нет.
▪ Убрать электролит. Дренаж, вентиляция, уклон для стока воды — где сухо, там гальваническая коррозия не идёт.
▪ Смывать реагенты и соль. Зимой хлориды из реагентов — сильный электролит; открытые узлы на улице периодически ополаскивают.

Под конкретную задачу поможем подобрать совместимые материалы — оцинкованный, нержавеющий, алюминиевый и чёрный прокат со склада, с доставкой по СЗФО. По подбору марок под среду полезна и статья оцинковка или нержавейка.

Частые вопросы

Что такое гальваническая коррозия?
Это ускоренное разрушение металла в месте контакта двух разных металлов при наличии влаги. Металлы отличаются электрохимическим потенциалом, между ними возникает ток, и менее благородный из пары (анод) корродирует быстрее обычного, а более благородный (катод) защищается. Нужны три условия сразу: разные металлы, электрический контакт и электролит — влага. Уберите влагу или разделите металлы — коррозии не будет.

Какие металлы нельзя соединять между собой?
Опасны пары с большой разницей благородности: алюминий и медь, оцинковка и медь, чёрная сталь и медь, а также нержавейка с алюминием или оцинковкой во влажной среде. В каждой такой паре менее благородный металл разрушается ускоренно. Чем дальше металлы стоят в ряду активности, тем сильнее эффект. Если соединить их всё же нужно — контакт изолируют диэлектриком.

Можно ли крепить оцинковку или алюминий нержавеющим крепежом?
Да, и это правильно — при условии, что крепёж мал по площади относительно детали. Маленький благородный катод (нержавеющий болт) почти не вредит большому листу. А вот наоборот — стальной или алюминиевый крепёж в нержавеющей детали — плохо: маленький анод быстро сгорает. В агрессивной и влажной среде стык дополнительно изолируют прокладкой.

Почему нельзя соединять медь и алюминий?
Медь намного благороднее алюминия, и в паре во влаге алюминий у контакта корродирует ускоренно — до рыхлого белого налёта и потери сечения. Особенно опасно в электрике и водосистемах. Если соединение неизбежно, применяют переходники с изоляцией или биметаллические вставки, а контакт защищают от влаги.

Как соединить медную и стальную трубу без коррозии?
Между ними ставят диэлектрическую муфту или вставку, которая разрывает электрический контакт. Если врезка идёт напрямую, медь располагают ниже по направлению потока воды, чем сталь: тогда ионы меди не осаждаются на стали. Медь перед сталью по потоку — типичная причина точечной коррозии стальной трубы.

Гальваническая коррозия — это всегда плохо?
Нет, тот же механизм используют для защиты. Цинковое покрытие на стали и протекторные аноды (цинковые, магниевые) на баках и корпусах работают как жертвенный анод: менее благородный металл корродирует первым и защищает основной. Вредной гальваническая коррозия становится, когда пара подобрана случайно и разрушается то, что должно служить.