Galvanische corrosie: oorzaken, voorbeelden en hoe je het voorkomt
Galvanische corrosie is de versnelde aantasting van het minst edele metaal zodra twee verschillende metalen elektrisch contact maken in een geleidende vloeistof. In koelers, met staal, koper, messing, cupronikkel en aluminium op één plek en vaak zeewater als elektrolyt, is het een van de meest voorkomende schadeoorzaken.
In het kort
Galvanische corrosie ontstaat wanneer twee verschillende metalen elektrisch contact maken in een geleidende vloeistof: het minst edele metaal wordt de anode en lost versneld op. In koelers met staal, koperlegeringen en aluminium op één plek, zeker in zeewater, is het een van de meest voorkomende schadeoorzaken. Je voorkomt het met een elektrisch isolerende coating, opofferingsanoden, isolatiestukken en een doordacht ontwerp.
Wat is galvanische corrosie?
Galvanische corrosie is de versnelde aantasting van een metaal doordat het elektrisch contact maakt met een edeler metaal in een geleidende vloeistof. De twee metalen vormen samen met het water een batterij: het minst edele metaal wordt de anode en lost op, het edelere metaal wordt de kathode en blijft gespaard. Het wordt ook contactcorrosie of bimetaalcorrosie genoemd.
Het mechanisme is hetzelfde als bij gewone corrosie, uitgelegd in wat is corrosie en hoe ontstaat het in koelers. Het verschil zit in de drijvende kracht: bij galvanische corrosie is het potentiaalverschil tussen de twee metalen groter dan bij toevallige verschillen op één oppervlak. Daardoor loopt de corrosie sneller en concentreert hij zich bij de overgang tussen de twee metalen.
De galvanische reeks: welk metaal offert zich op
De galvanische reeks rangschikt metalen naar hun elektrochemische potentiaal in een bepaald milieu, meestal zeewater. Hoe verder twee metalen in die reeks uit elkaar staan, hoe groter de drijvende kracht en hoe sneller het minst edele metaal oplost. Een vereenvoudigde volgorde, van onedel naar edel, voor materialen die je in koelers tegenkomt:
- Magnesium en zink (daarom gebruikt als opofferingsanode)
- Aluminium en aluminiumlegeringen
- Koolstofstaal en gietijzer
- Messing en brons
- Koper
- Cupronikkel (90/10 en 70/30)
- Roestvast staal in passieve toestand en titanium
Twee kanttekeningen. De exacte volgorde hangt af van temperatuur, zuurstofgehalte en stroming; roestvast staal kan in zuurstofarm water van passief naar actief verschuiven en opeens een stuk lager in de reeks staan. En de reeks zegt alleen welk metaal corrodeert, niet hoe snel. Dat bepaalt vooral de verhouding tussen de oppervlakken.
Metaalcombinaties in koelers: staal, koper, messing, cupronikkel en aluminium
Een koeler bestaat vrijwel nooit uit één metaal. De buizen zijn van koper, messing, cupronikkel of roestvast staal, de pijpenplaat van staal, messing of cupronikkel, de waterkast en mantel van staal of gietijzer, en de aansluitingen van weer iets anders. Elke overgang is een potentiële galvanische cel.
| Combinatie | Waar in de koeler | Wat er gebeurt |
|---|---|---|
| Stalen pijpenplaat met koperen of cupronikkel buizen | Shell and tube, box cooler | Het staal rond de buiseinden corrodeert versneld; de buizen blijven heel |
| Stalen waterkast met messing pijpenplaat | Shell and tube | De waterkast lost op bij de flens en de pakkingrand |
| Aluminium lamellen op koperen buizen | Lamellenkoeler, charge air cooler | Het aluminium corrodeert bij de buis, de lamel laat los en de warmteoverdracht daalt |
| Messing buizen in roestvast stalen pijpenplaat | Condensors | Messing is de anode; ontzinking bij de buiseinden |
| Koolstofstaal met roestvast staal | Leidingwerk, flenzen, bouten | Het koolstofstaal corrodeert, vooral bij een klein staaloppervlak tegenover veel roestvast staal |
De oppervlakteverhouding is doorslaggevend. Een kleine anode tegenover een grote kathode is de slechtste combinatie: alle stroom concentreert zich op een klein oppervlak. Een stalen bout in een roestvast stalen flens kan daarom in zeewater in korte tijd doorroesten, terwijl een roestvast stalen bout in een stalen flens vrijwel niets doet. Meer over het gedrag van de afzonderlijke legeringen lees je in koper, messing, cupronikkel en aluminium in koelers.
Waarom zeewater galvanische corrosie versnelt
Galvanische corrosie heeft een elektrolyt nodig, en hoe beter die geleidt, hoe groter het gebied waarover de stroom kan lopen. In zoet water met weinig opgeloste zouten blijft galvanische corrosie beperkt tot de eerste millimeters bij de overgang. In zeewater, met een hoge geleidbaarheid door chloriden en andere zouten, strekt de aantasting zich uit over een veel groter oppervlak en loopt het proces vele malen sneller.
Daarom is galvanische corrosie in de scheepvaart zo'n groot thema. Een box cooler hangt permanent in zeewater, met een pijpenbundel van koperlegering in een stalen beun en een stalen scheepshuid. Brak water in havens en rivierdelta's is minder geleidend, maar nog altijd agressief genoeg om een onbeschermde overgang binnen een seizoen aan te tasten. In corrosie door zeewater, brak water en rivierwater staat het verschil per watertype uitgewerkt.
Voorbeelden van galvanische corrosie in de praktijk
Drie situaties die bij inspectie van koelers regelmatig terugkomen:
- Uitgehold staal rond de buiseinden. Een stalen pijpenplaat met koperen buizen in zeewater. Het staal is weggevreten in een krans rond elke buis, de inwalsverbinding verliest zijn klemming en de koeler gaat lekken. De buizen zelf zijn nog vrijwel nieuw.
- Losgelaten lamellen. Een luchtkoeler met aluminium lamellen op koperen buizen in zoute zeelucht. Condens en zout vormen een dunne elektrolytfilm; het aluminium corrodeert precies op het contactvlak met het koper. De lamellen zitten los, het blok oogt nog goed maar koelt slecht.
- Doorgeroeste bouten en flenzen. Koolstofstalen bevestigingen in een roestvast stalen waterkast. De kleine anode tegenover de grote kathode verdwijnt in enkele maanden.
In alle drie de gevallen is de schade geconcentreerd bij de overgang, terwijl de rest van het oppervlak er goed uitziet. Dat is het kenmerk van galvanische corrosie, en de reden dat een visuele inspectie van buitenaf niet voldoende is.
Galvanische corrosie voorkomen: isolatie, anoden en ontwerp
Galvanische corrosie stopt zodra je één van de drie voorwaarden wegneemt: het potentiaalverschil, het elektrische contact of het elektrolyt. In de praktijk zijn er vier manieren, die vaak gecombineerd worden.
Elektrisch isoleren met een coating
Een gesloten, elektrisch isolerende coating scheidt het metaal van het water en onderbreekt daarmee het circuit op de plek waar het ertoe doet. Dat werkt alleen als de laag echt dicht is, ook op de overgang zelf en in de schaduwzijden. Een poreuze of beschadigde coating kan het effect omkeren: een klein stukje blootliggend metaal wordt dan een zeer kleine anode tegenover een grote kathode. Phenol-epoxy inbrandcoatings zijn elektrisch isolerend en worden in meerdere lagen in de oven uitgehard tot één homogene laag; zie inbrandcoatings.
Opofferingsanoden
Een anode van zink, aluminium of magnesium staat lager in de galvanische reeks dan alles in de koeler. Hij neemt de rol van anode over en lost gecontroleerd op, terwijl de constructie kathode wordt. Anoden vragen onderhoud: ze moeten vervangen worden voordat ze op zijn, en ze beschermen alleen wat ze elektrisch bereiken.
Materiaalkeuze en isolatiestukken
Metalen kiezen die dicht bij elkaar in de reeks staan, of isolerende pakkingen, bussen en flensisolatiesets toepassen zodat er geen elektrisch contact is. Dat werkt goed bij flenzen en bouten, maar niet bij ingewalste buizen in een pijpenplaat.
Ontwerp
Het onedele metaal het grootste oppervlak geven, geen kleine stalen onderdelen in een edele omgeving, en overgangen zo ontwerpen dat ze bereikbaar zijn voor inspectie. Een vergelijking van alle methoden staat in corrosiebescherming: coating, anoden en materiaalkeuze vergeleken.
Wat betekent dit voor jouw installatie
Heeft je koeler meer dan één metaal en komt hij met zeewater, brak water of zoute lucht in aanraking, dan is galvanische corrosie geen risico maar een zekerheid. De vraag is alleen hoe snel. Kijk bij inspectie gericht naar de overgangen: de pijpenplaat rond de buiseinden, flensranden, bevestigingen en de contactvlakken van lamellen. Meer achtergrond staat op de themapagina corrosie en bescherming.
Voor box coolers, shell and tube warmtewisselaars en lamellenkoelers is een elektrisch isolerende coating over het hele oppervlak de meest directe oplossing, omdat hij het circuit onderbreekt zonder dat je het ontwerp hoeft aan te passen. Novocoatings brengt daarvoor phenol-epoxy inbrandcoatings aan, na een chemische voorbehandeling die ook de schaduwzijden en de overgangen tussen buis en pijpenplaat bereikt. Voor reparaties op locatie zijn er koudhardende coatings die eveneens bescherming bieden tegen galvanische corrosie.
Bronnen
- Galvanic Corrosion AMPP (voorheen NACE)
- Guides to Good Practice in Corrosion Control No. 5: Bimetallic Corrosion National Physical Laboratory (VK)
Veelgestelde vragen
Kan galvanische corrosie ook in zoet water optreden?
Ja, maar veel langzamer en over een veel kleiner gebied. Zoet water geleidt slecht, waardoor de galvanische stroom alleen vlak bij de overgang tussen de metalen loopt. In zeewater of brak water strekt de aantasting zich over een groot oppervlak uit en verloopt het proces vele malen sneller.
Beschermt een opofferingsanode de hele koeler?
Nee. Een anode beschermt alleen het oppervlak dat hij elektrisch bereikt via het water: de waterkast, de pijpenplaat en de eerste centimeters van de buizen. Dieper in de buizen en aan de luchtzijde van een lamellenkoeler reikt de beschermstroom niet. Daarom is een anode een aanvulling op een coating, geen vervanging.
Wat gebeurt er als een isolerende coating beschadigd raakt?
Het blootliggende metaal wordt een zeer kleine anode tegenover een groot kathodisch oppervlak, en corrodeert op die plek versneld. Beschadigingen moeten daarom tijdig hersteld worden, bijvoorbeeld met een koudhardende coating op locatie. Opofferingsanoden vangen zulke plekken in de tussentijd op.
Is roestvast staal altijd het edele metaal?
Meestal wel, zolang de passieve oxidelaag intact is. In zuurstofarm water, onder afzettingen of in een spleet kan roestvast staal actief worden en zakt het in de galvanische reeks tot onder koper en messing. Dan corrodeert het zelf, vaak in de vorm van putcorrosie.
Verder lezen in dit thema
Wat is corrosie en hoe ontstaat het in koelers?
De betekenis van corrosie, het verschil met oxidatie, anode en kathode, en de vijf vormen die je in koelers tegenkomt.
Lees het artikel
Koper, messing, cupronikkel en aluminium: hoe ze corroderen in koelers
Per legering de oxidelaag, de zwakke plek (ontzinking, erosiecorrosie, putcorrosie) en de situaties waarin coaten zinvol is.
Lees het artikel
Corrosie door zeewater, brak water en rivierwater in koelers
Waarom zeewater zo agressief is, wat brak water en rivierwater anders maakt en waarom gedeïoniseerd water een apart geval is.
Lees het artikelVragen over jouw installatie?
Beschrijf je installatie; tekeningen of foto's mail je naar info@novocoatings.com. Je krijgt een helder advies over coating, voorbehandeling en doorlooptijd.