알루미늄 및 스테인리스강 갈바닉 부식: 예방 및 패스너 선택

해안 태양광 발전소의 유지 관리 감독자는 알루미늄 장착 레일의 스테인리스 스틸 볼트 주위에 형성되는 흰색 분말 부식을 발견했습니다. 몇 달 안에 볼트 구멍 주변의 알루미늄에 구멍이 나기 시작합니다. 볼트는 괜찮아 보이지만 구조가 접촉 영역에서 멀어지고 있습니다. 이는 알루미늄과 스테인리스 스틸 사이의 갈바닉 부식으로, 현장에서 가장 흔히 발생하는 혼합 금속 체결 실패 중 하나입니다.

간단히 대답하자면 스테인리스강 패스너를 알루미늄 구조물에 사용할 수 있지만 갈바닉 커플을 염두에 두고 조인트를 설계한 경우에만 가능하다는 것입니다. 적절한 절연이 없으면 알루미늄은 스테인리스 스틸보다 갈바닉 시리즈에서 더 낮은 위치에 있기 때문에 우선적으로 부식됩니다. 이런 일이 발생하는 이유와 이를 제어하는 ​​방법을 이해하면 어셈블리가 10년 동안 지속될지 아니면 10개월 안에 실패할지가 결정됩니다.

갈바니 부식이란 무엇입니까?

바이메탈 부식이라고도 불리는 갈바닉 부식은 두 개의 서로 다른 금속이 서로 전기적으로 접촉하고 둘 다 전해질에 노출될 때 발생합니다. 활성이 더 높은 금속은 양극이 되어 단독으로 사용할 때보다 더 빨리 부식됩니다. 귀금속이 많을수록 음극이 되어 보호를 받습니다.

갈바니 시리즈는 주어진 환경에서 부식 가능성에 따라 금속과 합금의 순위를 매깁니다. 스테인레스강은 스케일의 고귀한 끝 부분에 위치하는 반면 알루미늄은 상당히 낮은 위치에 있습니다. 해당 규모에서 두 금속이 더 멀리 떨어져 있을수록 부식에 대한 구동 전압은 더 강해집니다.

알루미늄과 스테인리스강 접합에서 알루미늄은 양극 역할을 합니다. 전자는 금속 접촉 경로를 통해 알루미늄에서 스테인레스 스틸로 흐르고, 이온 전류는 표면의 전해질 막을 통해 회로를 완성합니다. 알루미늄은 양극 부위에서 용해되어 현장 엔지니어가 빠르게 인식할 수 있는 흰색의 백악질 수산화알루미늄 침전물을 생성합니다.

많은 엔지니어들을 놀라게 하는 것은 스테인리스 스틸 자체가 사실상 그대로 남아 있다는 것입니다. 손상은 모두 커플의 알루미늄 면에 있습니다. 이는 문제를 교활하게 만듭니다. 패스너는 여전히 새 것처럼 보이지만 주변의 구조는 조용히 악화됩니다.

알루미늄과 스테인레스 스틸을 조심스럽게 취급해야 하는 이유

스테인리스강의 수동 크롬 산화물 층은 합금이 그토록 고상하게 거동하는 주된 이유입니다. 이 눈에 보이지 않는 필름은 자가 치유 기능이 있으며 특히 304 및 316과 같은 등급에서 염화물 공격에 대한 저항력이 높습니다. 알루미늄에는 보호 산화물 층도 있지만 이 필름은 염화물이 있는 경우 안정성이 떨어지며 마모, 공구 또는 극한 pH로 인해 쉽게 손상됩니다.

알루미늄-스테인레스강 조립품에 대한 갈바닉 공격이 얼마나 심각한지를 결정하는 세 가지 요소는 다음과 같습니다.

1. 잠재적인 차이. 스테인레스강에 대한 알루미늄의 경우 해수의 개방 회로 전위차는 일반적으로 0.5~0.7V 사이로 떨어지며 이는 상당한 전류를 구동하기에 충분합니다.
2. 전기적 연속성. 금속 간 직접적인 접촉은 전자에게 양극에서 음극까지 낮은 저항 경로를 제공합니다.
3. 음극 대 양극 면적 비율. 이것이 대부분의 디자이너를 당황하게 만드는 요소입니다. 작은 알루미늄 영역에 연결된 큰 스테인레스 스틸 표면은 빠르고 집중적인 부식을 생성합니다. 이와 대조적으로 작은 스테인레스 스틸 패스너가 있는 큰 알루미늄 표면은 양극 전류 밀도가 넓은 영역에 걸쳐 분산되기 때문에 훨씬 더 느리게 부식됩니다.

면적비 원리는 패스너 헤드 바로 아래와 주변의 영역이 일반적으로 구멍이 나타나는 첫 번째 영역인 이유를 설명합니다. 또한 얇은 알루미늄 패널에 볼트로 고정된 거대한 스테인레스 스틸 브래킷이 큰 알루미늄 프레임을 통과한 작은 스테인레스 스틸 볼트보다 훨씬 더 위험한 조합인 이유도 설명합니다.

공격을 가속화하는 조건

모든 알루미늄-스테인레스강 조립이 실패하는 것은 아닙니다. 많은 건식 실내 설치는 눈에 띄는 갈바닉 손상 없이 수십 년 동안 작동됩니다. 부식 속도는 환경과 접합 형상에 따라 크게 달라집니다.

가장 위험한 서비스 환경은 해안 옥외 구조물, 수영장 뼈대, 해양 데크 하드웨어 및 도로에 노출된 구성 요소와 같이 지속적인 습기와 염화물이 결합된 환경입니다. 온도가 조절되는 실내 환경에서는 상당한 갈바니 전류를 유지하기에 충분한 전해질이 거의 공급되지 않습니다. 이것이 바로 혼합 금속 패스너가 사고 없이 건물 내부에서 널리 사용되는 이유입니다.

알루미늄과 스테인레스강 사이의 갈바니 부식을 방지하는 방법

엔지니어링 원리는 간단합니다. 두 금속 사이의 전기적 연속성을 끊거나 전해질이 금속을 연결하는 것을 방지하는 것입니다.

장벽으로 금속을 분리하세요

알루미늄 표면과 스테인리스 스틸 패스너 사이에 비전도성 재료를 놓습니다. 볼트 생크를 덮는 나일론 와셔, 플라스틱 개스킷 및 절연 슬리브가 모두 효과적입니다. 장벽은 볼트 머리 아래 영역과 너트 표면을 포함하여 전체 접촉 영역에 걸쳐 확장되어야 합니다.

스테인리스강 평와셔는 두 금속을 분리하지 않지만 여전히 중요한 보호 역할을 합니다. 이는 클램핑 압력을 균등하게 분배하고 볼트 머리나 너트가 산화알루미늄 층을 절단하는 것을 방지합니다. 손상된 산화물 층은 국부적인 공격을 강화하는 작은 활성 양극 부위를 생성하므로 헤드와 너트 아래의 올바른 크기의 평와셔는 알루미늄 표면의 무결성을 보존하고 틈새 부식의 위험을 낮춥니다.

알루미늄 조립품용 SS304 DIN125/GB97 M10 평와셔 M10 패스너용 크기의 이 정밀 304 스테인리스강 평와셔는 클램프 하중을 고르게 분산시키고 산화알루미늄 층을 보호합니다. 기존 조립품의 틈새 부식 위험을 줄이는 데 이상적입니다. 제품보기 →

조인트 밀봉

습기를 제거하기 위해 패스너 구멍 주위에 실란트나 매스틱을 바르십시오. 전해질이 접합부에 도달하지 않으면 갈바니 전지가 작동할 수 없습니다. 이는 기존 어셈블리에 대한 가장 실용적인 개조 방법인 경우가 많지만 실런트는 UV 노출 및 기계적 굴곡으로 인해 성능이 저하되므로 정기적으로 검사해야 합니다.

음극 면적 최소화

알루미늄 양극에 비해 스테인레스 스틸 표면을 작게 유지하십시오. 음극 표면이 추가될 때마다 알루미늄에 대한 수요가 증가하므로 제한된 영역에 대형 스테인리스 강판, 브래킷 또는 여러 패스너를 클러스터링하지 마십시오.

배수를 위한 디자인

고정 지점에서 물 트랩을 제거합니다. 패스너에 물이 고이는 수평 표면은 위험이 높은 위치입니다. 조인트를 기울이거나 배수 채널을 추가하여 습기가 패스너와 주변 알루미늄에 닿지 않도록 하십시오.

알루미늄 조립품용 스테인리스강 패스너 선택

알루미늄 구조에 스테인리스강 볼트를 사용하기로 결정한 경우 등급, 표준 및 패스너 형상이 설치 세부 사항만큼 중요합니다.

보호된 환경이나 실내 환경의 범용 알루미늄 프레임의 경우 DIN933 또는 GB5783에 공급되는 SS304 육각 볼트가 입증되고 경제적인 선택입니다. 이 제품은 염화물이 주요 요인이 아닌 곳에서 신뢰할 수 있는 내식성을 제공하며 기계적 특성은 표준 알루미늄 압출재와 잘 일치합니다.

일반 실내용 SS304 DIN933 M10 육각머리 볼트 보호된 알루미늄 프레임을 위한 실용적인 선택인 이 A2-70 스테인리스강 육각 볼트는 316 스테인리스강의 높은 비용 없이 안정적인 내식성과 강력한 부하 용량을 제공합니다. 제품보기 →

해안, 해양 또는 화학 공정 노출의 경우 SS316 육각 볼트가 더 안전한 사양입니다. 2~3%의 몰리브덴 첨가는 염화물 환경에서 내공식성을 향상시켜 패스너와 알루미늄 경계면에서 국부적인 공격 위험을 직접적으로 줄여줍니다. 현장에서 부식된 알루미늄 부분을 잘라내고 교체하는 데 드는 비용에 비하면 재료 비용이 더 많이 드는 것은 사소한 일입니다. 우리의 비교 304 대 316 스테인리스강 육각 볼트 실질적인 측면에서 성능 격차를 설명합니다.

해양 환경용 SS316 DIN933 M10 육각 머리 볼트 몰리브덴이 포함된 A4-80 스테인리스 스틸로 제작된 이 육각 볼트는 염화물이 풍부한 해안 또는 화학 공정 환경에서 뛰어난 피팅 저항을 제공하여 패스너 스레드의 국부적인 부식을 줄입니다. 제품보기 →

구매자는 패스너의 나사산 부분도 간과합니다. 스레드 루트는 본질적으로 틈새이며 알루미늄 표면에 습기를 가두어 둡니다. 해양 대기에서 304 볼트는 내장된 철 입자로 인해 얕은 구멍과 녹처럼 변색될 수 있는 반면, 316 볼트는 일반적으로 깨끗한 상태를 유지합니다. 패스너 나사산이 알루미늄 부재의 구멍을 직접 통과할 때 이 차이가 가장 중요합니다.

조달 및 사양 조언

알루미늄 구조물용 스테인리스강 패스너를 주문할 때 표준, 재료 등급 및 표면 상태를 명시적으로 지정하십시오. 육각 볼트용 DIN933, 육각 너트용 DIN934, 평와셔용 DIN125는 국제 프로젝트에서 인정을 받았습니다. 화학 성분과 필요한 경우 기계적 특성을 다루는 재료 테스트 인증서를 공급업체에 문의하십시오.

표면 마감에 주의하세요. 산세 및 부동태화 스테인레스 스틸은 압연 상태이거나 부적절하게 세척된 스톡보다 부식에 훨씬 더 잘 견딥니다. 스테인레스로 판매되는 저렴한 패스너는 때때로 크롬 층이 얇은 저등급 강철로 만들어집니다. 패시베이션 테스트나 간단한 자석 검사를 통해 이들 중 최악의 상황을 걸러낼 수 있습니다.

대규모 프로젝트의 경우 일관된 등급 추적성을 통해 하나의 생산 라인에서 볼트, 너트, 와셔 및 나사봉을 공급할 수 있는 제조업체와 협력하십시오. 또한 신뢰할 수 있는 공급업체는 알루미늄 볼트 체결부의 장기적인 성능에 영향을 미치는 올바른 와셔 크기, 나사산 길이 및 토크 값을 권장합니다. 는 완전한 패스너 카탈로그 전체 치수 데이터가 포함된 육각 볼트, 너트, 와셔, 나사봉 및 기타 스테인리스강 패스너를 다룹니다.