Kombinácia hliníka a ocele umožňuje vytvárať pevné, ľahké a cenovo dostupné konštrukcie. Spojenie týchto dvoch kovov však má jedno úskalie, ktoré nemusí byť na prvý pohľad zjavné.
Za určitých podmienok medzi nimi vzniká galvanická korózia, ktorá môže postupne poškodiť celý spoj. Ako tento proces funguje, kedy skutočne predstavuje problém a ako mu predísť pri výrobe alebo montáži?
Keď sa kovový spoj zmení na malú batériu
Predstavte si oceľový rám, ku ktorému pripevníte hliníkový plech. Konštrukcia drží, materiály sú správne dimenzované a nič nenasvedčuje tomu, že by mohol nastať problém. Len čo však do spoja prenikne voda, môžu sa začať elektrochemické reakcie.
Galvanická korózia, niekedy označovaná aj ako bimetalická alebo kontaktná korózia, vzniká pri elektrickom prepojení dvoch kovov s rozdielnym elektrochemickým potenciálom v prítomnosti elektrolytu. Tým môže byť dažďová voda, kondenzát alebo vlhkosť obsahujúca rozpustené soli.
Celý spoj sa začne správať podobne ako jednoduchý galvanický článok. Jeden kov funguje ako anóda, druhý ako katóda. Menej ušľachtilý kov sa pritom rozpúšťa rýchlejšie, než keby bol rovnakému prostrediu vystavený samostatne.
Dôležité je, že samotný kontakt dvoch rôznych kovov ešte automaticky neznamená vznik galvanickej korózie. Ak je spoj trvalo suchý a neprichádza do kontaktu s elektrolytom, galvanický článok nemôže fungovať.
Čo koroduje skôr – hliník alebo oceľ?
Pri bežnom spojení hliníka s uhlíkovou oceľou býva elektrochemicky menej ušľachtilým materiálom hliník. Zvyčajne sa preto stáva anódou a je viac ohrozený galvanickou koróziou. Oceľ v takom prípade funguje ako katóda.
Na povrchu hliníka sa môžu postupne objavovať drobné jamky, belavé korózne produkty alebo lokálne narušenie materiálu. Najväčšie poškodenie často vzniká v bezprostrednom okolí spoja, napríklad pod skrutkou alebo v mieste prekrytia dvoch plechov.
To však neznamená, že oceľ zostane za každých okolností neporušená. Ak nie je chránená vhodnou povrchovou úpravou, môže súčasne podliehať bežnej atmosférickej korózii. Výsledkom potom môže byť kombinácia viacerých koróznych procesov.
Rýchlosť galvanickej korózie ovplyvňuje aj konkrétna hliníková zliatina, druh ocele, stav ich povrchu a prostredie, v ktorom sa konštrukcia nachádza. Elektrochemické správanie preto nemožno spoľahlivo predpovedať iba na základe názvov použitých kovov.
Prečo záleží na veľkosti jednotlivých kovových dielov?
Jedným z menej známych faktorov je pomer plôch oboch kovov vystavených elektrolytu. Práve ten môže rozhodnúť o tom, či bude galvanická korózia postupovať pomaly, alebo sa výrazne urýchli.
- Ak je malý hliníkový diel elektricky prepojený s veľkou oceľovou plochou a oba kovy sú vystavené vlhkosti, korózny prúd sa môže sústrediť na relatívne malú plochu hliníka. Jeho poškodenie tak môže byť intenzívnejšie.
- Opačná situácia, teda rozmerný hliníkový plech pripevnený niekoľkými oceľovými spojovacími prvkami, môže byť z hľadiska galvanickej korózie priaznivejšia. Ani v tomto prípade však nemožno automaticky považovať spoj za bezpečný. Rozhoduje konkrétne vyhotovenie, prostredie aj ochrana povrchu.
Kde spojenie hliníka a ocele najčastejšie spôsobuje problémy?
V praxi sa s kombináciou týchto materiálov stretávame na fasádach, prístreškoch, bránach, zábradliach, technologických zariadeniach alebo automobilových konštrukciách. Riziko pritom nie je všade rovnaké.
- V suchom interiéri môže správne navrhnutý spoj fungovať dlhé roky bez výraznejšieho korózneho poškodenia. Podstatne náročnejšie podmienky sú vo vonkajšom prostredí, kde sa striedajú teploty, kondenzuje vlhkosť a do spojov preniká dažďová voda.
- Osobitnú pozornosť si zaslúžia konštrukcie v blízkosti ciest, kde sa v zime používa posypová soľ. Rozpustené chloridy zvyšujú vodivosť elektrolytu a môžu výrazne zhoršiť korózne podmienky.
- Problematické bývajú aj miesta, kde sa voda dlhodobo zadržiava. Typickým príkladom je prekrytie dvoch plechov, úzka škára alebo spoj, ktorý po daždi ťažko vysychá. Práve takéto detaily môžu mať na životnosť konštrukcie väčší vplyv než samotný výber základného materiálu.
Ako zabrániť galvanickej korózii pri spájaní hliníka a ocele?
Najúčinnejšou ochranou je zabrániť vzniku podmienok, ktoré umožňujú galvanickú koróziu. V praxi to znamená predovšetkým obmedziť elektrický kontakt rozdielnych kovov alebo prístup vlhkosti do spoja.
Oddeľte kovy nevodivou vrstvou
Jedným z najspoľahlivejších riešení je vloženie izolačného materiálu medzi hliník a oceľ. Používajú sa napríklad vhodné plastové podložky, polymérové pásky alebo gumové tesnenia.
Pri skrutkových spojoch je dôležité oddeliť nielen dosadacie plochy, ale podľa potreby aj samotnú skrutku od steny otvoru. Na tento účel slúžia izolačné puzdrá a podložky.
Zabráňte zadržiavaniu vody
Pri vonkajších konštrukciách pomôže vhodné riešenie škár, odvodňovacích otvorov a prekrytí. Voda by mala mať možnosť odtekať a spoj by mal prirodzene vysychať.
Tam, kde to konštrukcia umožňuje, možno kontaktné miesta chrániť aj vhodným tesnením. Dôležité však je, aby samotné tesnenie nevytváralo priestor, v ktorom sa bude dlhodobo hromadiť vlhkosť.
Použite vhodnú povrchovú úpravu
Riziko galvanickej korózie môže výrazne znížiť kvalitný ochranný náter. Ochrana by mala byť kompatibilná s oboma materiálmi a určená pre prostredie, v ktorom sa bude konštrukcia používať. Osobitnú pozornosť treba venovať najmä hranám, otvorom a miestam dodatočného obrábania. Práve tu často dochádza k poškodeniu ochrannej vrstvy.
Pomôže pozinkovaná oceľ? A čo nehrdzavejúca oceľ?
Pri výbere materiálu sa často objavuje otázka, či je na kontakt s hliníkom vhodnejšia bežná, pozinkovaná alebo nehrdzavejúca oceľ.
Pozinkované plechy majú ochrannú vrstvu zinku, ktorá chráni oceľ pred koróziou. Zinok však zároveň vstupuje do elektrochemických interakcií s okolitými kovmi. Jeho prítomnosť preto automaticky neznamená, že každý spoj s hliníkom bude bezpečný.
Podobne je to aj s nehrdzavejúcou oceľou. Tá síce vykazuje dobrú odolnosť proti korózii, pri priamom kontakte s hliníkom vo vlhkom prostredí však môže prispievať k jeho galvanickému poškodeniu.
- Najmä pri vonkajších konštrukciách preto nie je vhodné rozhodovať sa iba podľa toho, ktorý kov má vo všeobecnosti lepšie antikorózne vlastnosti. Podstatná je ich vzájomná kombinácia a spôsob montáže.
Morené plechy a galvanická korózia: Na čo si dať pozor?
Na výrobu oceľových rámov, držiakov a ďalších konštrukčných prvkov sa často používajú aj morené plechy. Ich výhodou je čistejší povrch zbavený okují, ktorý uľahčuje ďalšie spracovanie a prípravu na povrchovú úpravu.
Samotné morenie však nepredstavuje trvalú antikoróznu ochranu. Ak bude morený oceľový plech vystavený vlhkosti bez vhodného ošetrenia, môže začať korodovať rovnako ako iná nechránená uhlíková oceľ.
Pri výrobe kombinovanej konštrukcie z ocele a hliníka je preto vhodné najskôr dokončiť obrábanie a prípravu oceľových dielov, následne vykonať požadovanú povrchovú ochranu a až potom spojiť jednotlivé súčasti pomocou vhodných izolačných prvkov.
Ako spoznáte, že sa galvanická korózia už začala?
Prvým varovným signálom býva zmena vzhľadu v okolí spoja. Na hliníku sa môžu objaviť svetlé povlaky, drobné jamky alebo postupné narúšanie povrchu. Na oceľových častiach sa zároveň môžu vytvárať hrdzavé škvrny.
Nie každá biela škvrna na hliníku však znamená galvanickú koróziu. Podobne sa môžu prejavovať aj iné druhy korózie. Pri kontrole je preto dôležité zistiť, či sú oba kovy elektricky prepojené, či sa na dané miesto dostáva voda a v akom stave sú ochranné vrstvy. Pri nosných konštrukciách treba posúdiť aj prípadný úbytok materiálu a pevnosť spoja.
Ak korózia už postupuje, samotné očistenie povrchu problém spravidla nevyrieši. Je potrebné odstrániť príčinu, obnoviť poškodenú ochranu a v prípade potreby zmeniť konštrukčné riešenie.
Na životnosť konštrukcie myslite už pri výbere materiálu
Spojenie hliníka a ocele samo osebe nepredstavuje konštrukčnú chybu. Oba materiály možno úspešne kombinovať, ak návrh zohľadňuje ich elektrochemické vlastnosti a prostredie, v ktorom sa budú používať.
Najväčšie chyby často nevznikajú pri výbere plechu alebo profilu, ale až pri montáži. Nevhodná skrutka, chýbajúca izolačná podložka alebo nesprávne odvodnená škára môžu skrátiť životnosť inak kvalitnej konštrukcie.
Pri spájaní rozdielnych kovov preto nestačí riešiť iba pevnosť a rozmery. Rovnako dôležité je premyslieť ochranu povrchu, spôsob spojenia a prístup vlhkosti. Práve tieto detaily rozhodujú o tom, či bude konštrukcia spoľahlivo slúžiť dlhé roky.
Prečítajte si aj:
Ťahaná štvorhranná oceľ: Vlastnosti a využitie
Pozinkované rúry DX51D a S195: Ako si vybrať?
Palcové rozmery rúr: Ako sa v nich vyznať?
© Atreon