خوردگی گالوانیک به خوردگی در صورت وجود پتانسیل الکتریکی بین فلزات گفته می‌شود و در شرایطی رخ می‌دهد که دو فلز با سطح مختلف انرژی با هم در تماس باشند. وجود اختلاف پتانسیل سبب شارش الکترون‌های بین فلزات می‌شود. در این صورت فلزی که دارای پتانسیل تعادلی کمتری باشد، آند الکتروشیمایی را تشکیل داده و خورده می‌شود؛ در صورتی که فلز کاتد خورده نمی‌شود و خوردگی بسیار کمی دارد. در متصل شدن دو فلز غیر همجنس تشدید خوردگی آند را خوردگی گالوانیکی و کاهش خوردگی کاتد را حفاظت کاتدی نام گذاری می‌کنند. خوردگی گالوانیک یک فرایند الکتروشیمیایی است.
خوردگی گالوانیکی چیست؟
خوردگی گالوانیکی در صورتی اتفاق می‌افتد که دو فلز غیر مشابه در محیط الکترولیتی نزدیک به هم شوند. در این صورت فلزی که فعالیت کمتری دارد از خوردگی و زنگ زدگی محافظت شده و فلزی که فعال‌تر است سریع‌تر خورده می‌شود. خوردگی گالوانیکی در بیشتر مواقع در محیطهای دریایی، مرطوب، خطوط لوله و صنایع شیمیایی مختلف دیده می‌شود. مهم‌ترین عواملی که در به وجود آمدن خوردگی گالوانیکی تاثیر دارند می‌توان به تماس الکتریکی فلزات، ناهمگانی الکتروشیمی فلزات و قرارگیری در معرض الکترولیت اشاره کرد.
مکانیزم خوردگی گالوانیک
اساس کار این نوع خوردگی مربوط به اختلاف پتانسیل است. زمانی که دو فلز غیر همجنس و با پتانسیل‌های مختلف در محیط الکترولیت در کنار هم قرار می‌گیرند، طوری که اتصال الکتریکی بین آن‌ها برقرار شود، اختلاف پتانسیل دو فلز باعث می‌شود جریان الکتریکی بین این دو فلز تولید و محیطی مانند پل الکتروشیمیایی ایجاد شود. در این صورت، فلزی با پتانسیل تعادلی کمتر در قالب آند ظاهر شده و واکنش اکسیداسیون فرایند در این محل متمرکز شده و فلزی که پتانسیل بیشتری دارد در قالب کاتد ظاهر می‌شود. باید توجه کرد، فلزی که فعالیت کمتر و پتانسیل تعادلی بیشتری دارد به مقدار کمتری خورده می‌شود، به همین دلیل در بعضی از موارد برای محافظت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عوامل موثر بر خوردگی گالوانیک
همانطور که می‌دانید خوردگی گالوانیک جزو فرایند شیمیایی بوده که در اثر جریان‌های الکتریکی به وجود می‌آید. عوامل‌های مختلفی بر شدت و سرعت خوردگی گالوانیک موثر بوده که به معرفی و توضیح آن‌ها می‌پردازیم:
اختلاف پتانسیل الکتریکی
وجود اختلاف پتانسیل الکتریکی تاثیر زیادی روی خوردگی گالوانیک داشته به طوری که هرچه اختلاف پتانسیل بین دو فلز بیشتر باشد، شدت خوردگی نیز بیشتر خواهد بود. معمولا فلزاتی که در سری پتانسیل الکتروشیمیایی در انتها قرار دارند، به عنوان آند عمل کرده و با سرعت بیشتر دچار خوردگی می‌شود.
ویژگی های محیط الکترولیتی
ویژگی‌های محیط الکترولیتی شامل موارد زیر می‌شوند:
- نوع و غلظت یون‌ها: وجود یون‌ها در محیط الکترولیتی مانند کلرید، سولفات و… در سرعت خوردگی تاثیر زیادی دارد.
- Ph محیط: محیط الکترولیتی در سرعت فعالیت واکنش‌های ph و الکتروشیمیایی و در نتیجه سرعت خوردگی موثر بوده است. معمولا محیطهای اسیدی یا قلیایی ممکن است خوردگی را تسریع کنند.
- دما: در فعالیت‌های شیمیایی هرچه مقدار دما افزایش یابد، سرعت خوردگی نیز افزایش می‌یابد.
- هدایت الکتریکی: هرچه هدایت الکتریکی بین دو محیط بیشتر شود، جریان الکتریکی بین دو فلز راحت‌تر بوده و سرعت خوردگی بیشتر می‌شود.
- سطح تماس بین دو فلز: هرچه سطح تماس بین دو فلز بیشتر باشد، جریان الکترونی بین آن‌ها بیشتر شده و سرعت خوردگی بیشتر می‌شود.
- مساحت نسبی آند و کاتد: اگر مساحت آند نسبت به کاتد بیشتر باشد، سرعت خوردگی آند افزایش پیدا می‌کند و به عبارت دیگر الکترون‌های آزاد شده در آند متمرکزتر شده و سبب افزایش سرعت خوردگی می‌شود.
- درجه حرارت: افزایش حرارت سبب سرعت واکنش‌های شیمیایی شده و در این صورت در دماهای بالا سرعت خوردگی گالوانیک را بالا می‌برد.
- محیط مرطوب: اگر سطحی مرطوب بوده و به خصوص ذرات نمک در آن سطح وجود داشته باشد، خوردگی گالوانیک را تشدید می‌کند. طراحی اجزا باید به گونه‌ای باشد که آب روی سطح آن باقی نماند و صیقلی شکل باشد؛ چون آب به عنوان الکترولیت عمل کرده و سبب جریان الکتریکی می‌شود.
| ویژگی | توضیحات |
| نوع و غلظت یون‌ها | یون‌ها در محیط الکترولیتی مانند کلرید، سولفات و… می‌توانند سرعت خوردگی را تحت تأثیر قرار دهند. یون‌های خاص باعث تسریع یا کندی واکنش‌های خوردگی می‌شوند. |
| pH محیط | محیطهای اسیدی یا قلیایی می‌توانند واکنش‌های الکتروشیمیایی را تسریع کنند و در نتیجه سرعت خوردگی را افزایش دهند. pH پایین (محیط اسیدی) معمولاً موجب افزایش سرعت خوردگی می‌شود. |
| دما | افزایش دما باعث افزایش سرعت واکنش‌های شیمیایی می‌شود، که در نتیجه سرعت خوردگی نیز افزایش می‌یابد. |
| هدایت الکتریکی | هرچه هدایت الکتریکی در محیط بیشتر باشد، جریان الکتریکی بین دو فلز راحت‌تر شده و سرعت خوردگی نیز افزایش می‌یابد. |
| سطح تماس بین دو فلز | هرچه سطح تماس بین دو فلز بیشتر باشد، جریان الکترونی بین آن‌ها بیشتر شده و سرعت خوردگی افزایش می‌یابد. |
| مساحت نسبی آند و کاتد | اگر مساحت آند نسبت به کاتد بیشتر باشد، سرعت خوردگی آند افزایش می‌یابد. این به این دلیل است که الکترون‌های آزاد شده در آند متمرکزتر شده و موجب افزایش سرعت خوردگی می‌شود. |
| درجه حرارت | افزایش دما باعث سرعت بیشتر واکنش‌های شیمیایی شده و در دماهای بالا سرعت خوردگی گالوانیک را نیز افزایش می‌دهد. |
| محیط مرطوب | وجود رطوبت و به‌ویژه نمک‌ها در سطح می‌تواند خوردگی گالوانیک را تسریع کند. طراحی اجزای فلزی باید به گونه‌ای باشد که آب روی سطح آن باقی نماند و سطح صیقلی باشد. آب به‌عنوان الکترولیت عمل کرده و باعث جریان الکتریکی می‌شود. |
روش های جلوگیری از خوردگی گالوانیک
برای اینکه از خوردگی گالوانیک به درستی جلوگیری کنید باید راهکارهای مناسبی را انجام دهید. این راهکارها شامل موارد زیر است:
- انتخاب مواد مشابه: با انتخاب فلزات با پتانسیل الکترونیکی نزدیک به هم، تفاوت‌های پتانسیلی که باعث خوردگی گالوانیک می‌شود، کاهش می‌یابد.
- استفاده از عایق و پوشش‌های مناسب:
- در پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی می‌توان به استفاده از رنگ‌ها، پوشش‌های نازک و یا پوشش‌های فلزی اشاره کرد که باعث محافظت از محیطهای خورنده می‌شود.
- پوشش‌های عایق که می‌توان به پلاستیک یا وینیل اشاره کرد که می‌تواند از تماس مستقیم فلزات جلوگیری کند.
- کنترل محیط:
- کنترل رطوبت و ph: با کم شدن رطوبت و تنظیم phمحیط می‌توان از خوردگی جلوگیری کرد. محیطهای خشک و یا محیط‌هایی که رطوبت کمتری دارند، کمتر باعث خوردگی گالوانیک می‌شوند.
- جلوگیری از تجمع آب: استفاده از سیستم‌های زهکشی یا پوشش‌هایی که سطح صیقلی دارند باعث جلوگیری از تجمع آب شده و از خوردگی جلوگیری می‌کند.
- کنترل کیفیت ساخت و نصب فلزات: برای جلوگیری از خوردگی باید از نصب و اتصالات درست فلزات اطمینان کامل داشته باشید. اتصالات ضعیف و نادرست می‌تواند نواحی مختلف پتانسیل را ایجاد کرده و سبب تشدید خوردگی می‌شود.
سخن آخر
خوردگی گالوانیک یکی از انواع خوردگی بوده که سبب خوردگی قطعات در محیطهای خورنده می‌شود. زمانی که دو فلز با آلیاژ مختلف در معرض رطوبت در کنار هم قرار می‌گیرند، هرکدام پتانسیل خاصی برای خوردگی ایجاد می‌کند و تحت تاثیر این شرایط فلز نجیب‌تر به کاتد و فلز فعال‌تر به آند تبدیل می‌شود. در نتیجه فلز فعال‌تر با خوردگی از فلز نجیب‌تر محافظت می‌کند. به طور کلی خوردگی گالوانیک پدیده‌ی مهمی است که در صنایع مختلف مانند نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع دریایی و ساختمان‌سازی کاربرد دارد. شناخت انواع خوردگی و فرایند‌های آن به صنعت‌گران و مهندسان در صنایع کمک زیادی می‌کند.