Korozja galwaniczna pojawia się wtedy, gdy dwa różne metale są ze sobą połączone elektrycznie i jednocześnie znajdują się w środowisku przewodzącym prąd, czyli w elektrolicie, np. w wodzie deszczowej, wodzie morskiej, kondensacie czy wilgotnym brudzie. W takim układzie powstaje ogniwo galwaniczne. Metal bardziej szlachetny, jak stal nierdzewna w stanie pasywnym, pełni rolę katody i pozostaje praktycznie nieuszkodzony. Metal mniej szlachetny, jak stal węglowa czy cynk w powłoce ocynkowanej, staje się anodą i koroduje szybciej niż w sytuacji, gdy byłby eksponowany samodzielnie w tym samym środowisku.

W praktyce, na styku stali nierdzewnej i elementów ocynkowanych lub ze stali czarnej, obserwuje się charakterystyczny obraz: część nierdzewna pozostaje gładka i czysta, natomiast część ocynkowana szybko traci powłokę cynkową, pojawiają się najpierw białe produkty korozji cynku, a następnie brunatna korozja odsłoniętej stali węglowej. Zjawisko szczególnie przyspiesza, gdy powierzchnia stali nierdzewnej jest duża, a powierzchnia stali czarnej lub ocynkowanej jest dużo mniejsza. Wtedy gęstość prądu na anodzie jest wysoka i materiał ulega szybkiemu ubytkowi. Dla użytkownika skutkiem są widoczne zacieki i przebarwienia, które kojarzone są błędnie z „rdzewieniem” stali nierdzewnej.

Na przykładowych zdjęciach widać połączenie elementu ze stali nierdzewnej z elementem ocynkowanym, gdzie część ocynkowana skorodowała w krótkim czasie a produkty korozji stali czarnej rozprzestrzeniają się wokół połączenia. Większość przykładów dotyczy styku małego elementu złącznego – śrub, podkładek, dodatkowych blaszek montażowych – z dużym elementem wykonanym ze stali nierdzewnej. W takim połączeniu powłoka ocynkowana oraz sama stal węglowa jest metalem mniej szlachetnym niż stal nierdzewna, dlatego w obecności wilgoci między tymi metalami tworzy się ogniwo. Metal mniej szlachetny (stal czarna, cynk) pełni rolę anody i rozpuszcza się w sposób przyspieszony, a stal nierdzewna pełni rolę katody i jest skutecznie chroniona. Efekt ten bywa dodatkowo wzmacniany przez zaleganie wody w strefie styku lub w szczelinach, gdzie elektrolit utrzymuje się przez długi czas.

Rysunek. Przykładowe połączenia stali nierdzewnej z elementami ocynkowanymi (śruby, podkładki, łączniki), które uległy korozji galwanicznej na styku ze stalą nierdzewną.

Bardzo często pojawienie się korozji galwanicznej jest efektem zupełnie prozaicznego błędu: przypadkowego zastosowania śruby, nakrętki czy podkładki z materiału mniej szlachetnego niż stal nierdzewna, do której dany element jest mocowany. Zdarza się to zarówno na etapie montażu, gdy brak właściwych elementów i sięga się elementy ocynkowane, jak i na etapie zamawiania, gdy osoba kompletująca detale nie ma świadomości, że taki dobór może wywołać lokalne ogniwa galwaniczne. W efekcie po krótkim czasie wokół połączeń pojawiają się brunatne zacieki i wykwity rdzy, użytkownik ma wrażenie, że stal nierdzewna rdzewieje, a całość traci swój pierwotny, estetyczny charakter, mimo że sam element ze stali nierdzewnej pozostaje najczęściej w dobrym stanie technicznym. Sumarycznie prowadzi to do istotnego obniżenia walorów wizualnych całej konstrukcji.

Do takich sytuacji często dochodzi w budownictwie i infrastrukturze. Przykładem są balustrady balkonowe, gdzie słupki lub odciągi ze stali nierdzewnej mocowane są do konstrukcji ze stali ocynkowanej, a także elementy fasad, w których stosuje się ocynkowane profile i nierdzewne konsole lub łączniki. Podobne przypadki występują w instalacjach przemysłowych, gdy odcinki rurociągów ze stali nierdzewnej łączy się kołnierzami, obejmami lub podporami ze stali węglowej lub ocynkowanej, bez izolacji elektrycznej i bez dobrego odprowadzenia wody z obszaru połączenia. Zjawisko to obserwuje się również w małej architekturze miejskiej oraz na elementach wyposażenia placów zabaw czy przestrzeni publicznych.

W wielu wytycznych podkreśla się, że zestawienie stali nierdzewnej z ocynkowaną stalą w łagodnym środowisku atmosferycznym nie musi od razu oznaczać poważnego problemu. Ryzyko wyraźnie rośnie jednak w środowiskach wilgotnych, z obecnością chlorków, w strefach rozbryzgu wody morskiej, w pobliżu dróg, gdzie zimą stosuje się sól drogową lub w instalacjach wodnych. W przypadkach, gdzie połączenie jest długotrwale nawilgocone, a powierzchnia stali nierdzewnej jest znacznie większa niż powierzchnia ocynku, stali węglowej, obserwuje się szybkie niszczenie powłoki cynkowej i odsłonięcie stali węglowej. Powstające produkty korozji są łatwo widoczne na tle jasnej lub szlifowanej powierzchni stali nierdzewnej, co dodatkowo potęguje negatywny efekt estetyczny.

Ograniczenie korozji galwanicznej w takim układzie wymaga przede wszystkim przerwania kontaktu elektrycznego albo ograniczenia warunków dla powstania ogniwa. Stosuje się przekładki izolacyjne z tworzyw, podkładki i tulejki dielektryczne pod śruby oraz powłoki ochronne w strefie styku. Ważne jest także projektowanie detali tak, aby nie zbierała się woda, czyli zapewnienie spadków, otworów odpływowych i unikanie szczelin kapilarnych. W wielu przypadkach korzystne jest również malowanie lub dodatkowe zabezpieczenie elementów ze stali węglowej czy ocynkowanej, szczególnie w obszarze styku ze stalą nierdzewną. Dobrym rozwiązaniem jest także ograniczanie liczby różnych materiałów w jednym węźle konstrukcyjnym oraz konsekwentne stosowanie łączników ze stali nierdzewnej o odpowiedniej klasie korozyjnej.

Podsumowując, stal nierdzewna w kontakcie ze stalą czarną lub ocynkowaną może stać się katalizatorem przyspieszonej korozji mniej szlachetnego materiału, jeśli spełnione są warunki powstania ogniwa galwanicznego. Aby nie popsuć wizualnego efektu konstrukcji ze stali nierdzewnej, trzeba traktować dobór łączników i materiałów współpracujących jako część projektu, a nie drobny szczegół pozostawiony przypadkowi. W praktyce oznacza to stosowanie łączników nierdzewnych o klasie korozyjnej dopasowanej do środowiska, unikanie bezpośrednich styków z metalami mniej szlachetnymi lub ich izolowanie, a także takie kształtowanie detali, aby nie zalegała w nich woda. Świadome podejście do tych zagadnień pozwala utrzymać zarówno trwałość, jak i zamierzony wygląd elementów ze stali nierdzewnej przez wiele lat eksploatacji.

Literatura:

[1]. Nickel Institute, „Stainless Steel in Waters – Galvanic Corrosion and its Prevention”. nickelinstitute.org)

[2]. World Stainless, „Stainless steel in contact with other metallic materials / Corrosion properties”. (worldstainless)

[3] Kontakt stali nierdzewnej z innymi materiałami metalowymi, www.stalenierdzewne.pl. (https://www.stalenierdzewne.pl/2010/11/23/kontakt-stali-nierdzewnej-z-innymi-materialami-metalowymi/)