アルミニウムおよびステンレス鋼の電解腐食: 防止とファスナーの選択

海岸沿いの太陽光発電所の保守監督者は、アルミニウム製取り付けレール上のステンレス鋼ボルトの周囲に白い粉状の腐食が形成されていることに気づきました。数か月以内に、ボルト穴の周りのアルミニウムに穴が開き始めます。ボルトは問題ないように見えますが、接触領域から構造が侵食されています。これはアルミニウムとステンレス鋼の間の電食であり、現場で最も一般的な混合金属締結の失敗の 1 つです。

簡単に言うと、ステンレス鋼の留め具はアルミニウム構造物にも使用できますが、それは接合部がガルバニックカップルを念頭に置いて設計されている場合に限ります。適切に絶縁しないと、アルミニウムはステンレス鋼よりもガルバニック系列の下に位置するため、優先的に腐食します。これが起こる理由とそれを制御する方法を理解することで、アセンブリが 10 年間続くか、10 か月で失敗するかが決まります。

ガルバニック腐食とは何ですか?

バイメタル腐食とも呼ばれるガルバニック腐食は、2 つの異なる金属が互いに電気的に接触し、両方が電解液にさらされたときに発生します。より活性な金属がアノードとなり、単独の場合よりも早く腐食します。貴金属が多いほど陰極となり、保護を受けます。

ガルバニック シリーズは、特定の環境における腐食の可能性によって金属と合金をランク付けします。ステンレス鋼はスケールの高貴な端に近い位置にありますが、アルミニウムはかなり低い位置にあります。 2 つの金属がそのスケール上で離れているほど、腐食の駆動電圧が強くなります。

アルミニウムとステンレス鋼の接合部では、アルミニウムが陽極として機能します。電子は金属接触経路を通ってアルミニウムからステンレス鋼に流れ、イオン電流は表面の電解質膜を通る回路を完成します。アルミニウムは陽極部位で溶解し、白色のチョーク状の水酸化アルミニウムの堆積物を生成します。これは現場エンジニアがすぐに認識できるようになります。

多くのエンジニアが驚くのは、ステンレス鋼自体がほとんど手つかずのままであることです。損傷はすべてカップルのアルミニウム側にあります。そのため、問題は潜伏性になります。留め具はまだ新品のように見えますが、その周囲の構造は静かに劣化しています。

アルミニウムとステンレス鋼の取り扱いに注意が必要な理由

ステンレス鋼上の不動態酸化クロム層が、合金が非常に高貴に動作する主な理由です。この目に見えないフィルムは自己修復性があり、特に 304 や 316 などのグレードでは塩化物による攻撃に対して高い耐性があります。アルミニウムには保護酸化層もありますが、そのフィルムは塩化物の存在下では安定性が低く、摩耗、工具、または極端な pH によって簡単に損傷します。

アルミニウムとステンレス鋼のアセンブリに対するガルバニック攻撃の深刻度は、次の 3 つの要素によって決まります。

1. 潜在的な違い。 アルミニウムとステンレス鋼の場合、海水中の開回路電位差は通常 0.5 ～ 0.7 ボルトの間に下がり、これは大きな電流を流すのに十分な値です。
2. 電気的導通。 金属間の直接接触により、電子はアノードからカソードまで低抵抗の経路を実現します。
3. カソードとアノードの面積比。 これは、ほとんどのデザイナーを不意を突く要因です。小さなアルミニウム領域に接続された大きなステンレス鋼の表面は、急速で集中的な腐食を引き起こします。対照的に、小さなステンレス鋼の留め具を備えた大きなアルミニウムの表面は、アノード電流密度が広い領域に広がるため、はるかにゆっくりと腐食します。

面積比の原理は、ファスナー ヘッドのすぐ下および周囲のゾーンが通常、最初にピッチングを示す領域である理由を説明しています。また、薄いアルミニウムパネルにボルトで固定された巨大なステンレス鋼ブラケットが、大きなアルミニウムフレームに小さなステンレス鋼ボルトを通すよりもはるかに危険な組み合わせである理由も説明されています。

攻撃を加速させる条件

すべてのアルミニウムとステンレス鋼のアセンブリが故障するわけではありません。多くの乾燥した屋内設置は、目に見える電気的損傷なしに数十年間稼働します。腐食速度は環境と接合部の形状に大きく依存します。

最も危険な使用環境は、海岸沿いの屋外構造物、プールの枠組み、海洋デッキのハードウェア、道路に露出したコンポーネントなど、持続的な湿気と塩化物が組み合わされた環境です。屋内の気候制御された環境では、重大なガルバニック電流を維持するのに十分な電解質が供給されることはほとんどありません。そのため、混合金属ファスナーが建物内で問題なく広く使用されています。

アルミニウムとステンレス鋼の間の電食を防ぐ方法

工学原理は単純です。2 つの金属間の電気的導通を遮断するか、電解質による金属間の橋渡しを防止します。

金属をバリアで隔離する

アルミニウムの表面とステンレス鋼の留め具の間に非導電性材料を置きます。ナイロンワッシャー、プラスチックガスケット、ボルトシャンクを覆う絶縁スリーブはすべて効果的です。バリアは、ボルト頭の下の領域とナットの面を含む接触ゾーン全体に広がる必要があります。

ステンレス鋼の平ワッシャーは 2 つの金属を隔離しませんが、それでも重要な保護機能を果たします。クランプ圧力を均等に分散し、ボルトの頭やナットが酸化アルミニウム層を貫通するのを防ぎます。損傷した酸化物層は、局所的な攻撃を強化する小さな活性陽極サイトを作成します。そのため、ヘッドとナットの両方の下に適切なサイズの平ワッシャーを使用すると、アルミニウム表面の完全性が維持され、隙間腐食のリスクが低くなります。

SS304 DIN125/GB97 M10 アルミニウムアセンブリ用平ワッシャー これらの高精度 304 ステンレス鋼平ワッシャーは、M10 ファスナー用のサイズで、クランプ荷重を均等に分散し、酸化アルミニウム層を保護します。既存のアセンブリの隙間腐食のリスクを軽減するのに最適です。 製品を見る→

ジョイントをシールする

湿気を防ぐためにファスナー穴の周りにシーラントまたはマスチックを塗布します。電解液が接合部に到達しない場合、ガルバニ電池は動作できません。これは多くの場合、既存のアセンブリにとって最も実用的な改造ですが、シーラントは UV 暴露や機械的屈曲によって劣化するため、定期的に検査する必要があります。

カソード面積を最小限に抑える

アルミニウム陽極に対してステンレス鋼の表面を小さく保ちます。陰極表面が追加されるたびにアルミニウムへの要求が増加するため、大きなステンレス鋼プレート、ブラケット、または複数の留め具を限られた領域に集中させないでください。

排水のための設計

締結箇所に水が溜まるのを防ぎます。ファスナーに水が溜まる水平面は、危険性が高い場所です。ジョイントを傾けるか、排水溝を追加して、湿気がファスナーや周囲のアルミニウムに付着しないようにします。

アルミニウムアセンブリ用のステンレススチールファスナーの選択

アルミニウム構造物にステンレス鋼のボルトを使用するかどうかを決定する場合、グレード、規格、および締結具の形状が取り付けの詳細と同じくらい重要になります。

保護された環境または屋内環境での汎用アルミニウムフレームの場合、DIN933 または GB5783 に供給される SS304 六角ボルトは、実証済みで経済的な選択肢です。これらは、塩化物が主要な要因ではない場合に信頼できる耐食性を提供し、その機械的特性は標準的なアルミニウム押出材とよく一致します。

SS304 DIN933 一般屋内用 M10 六角ボルト これらの A2-70 ステンレス鋼六角ボルトは、保護されたアルミニウムフレームに実用的な選択肢であり、316 ステンレス鋼のような高コストを必要とせずに、信頼性の高い耐食性と強力な耐荷重を提供します。 製品を見る→

沿岸、海洋、または化学プロセスにさらされる場合は、SS316 六角ボルトがより安全な仕様です。 2 ～ 3% のモリブデンの添加により、塩化物環境での耐孔食性が向上し、ファスナーとアルミニウムの界面での局所的な攻撃のリスクが直接軽減されます。材料費の高騰は、現場で腐食したアルミニウム部分を切り取って交換するコストに比べれば、取るに足らないものです。私たちの比較 304 対 316 ステンレス鋼六角ボルト パフォーマンスのギャップを実際的な観点から説明します。

SS316 DIN933 海洋環境用 M10 六角ボルト モリブデンを添加した A4-80 ステンレス鋼で作られたこれらの六角ボルトは、塩化物が豊富な海岸や化学プロセス環境で優れた耐孔食性を発揮し、ファスナーねじ部の局所的な腐食を軽減します。 製品を見る→

購入者はファスナーのネジ部分も見落とします。ネジの根元は本質的に隙間であり、アルミニウムの表面に対して湿気が閉じ込められます。海洋大気中では、304 ボルトには埋め込まれた鉄粒子による浅い孔食や錆のような変色が発生する可能性がありますが、316 ボルトは通常、きれいな状態を保ちます。この違いは、ファスナーのねじ山がアルミニウム部材の穴を直接通過するときに最も重要になります。

調達および仕様に関するアドバイス

アルミニウム構造用のステンレス鋼ファスナーを注文する場合は、規格、材質グレード、および表面状態を明確に指定してください。六角ボルトは DIN933、六角ナットは DIN934、平座金は DIN125 が国際プロジェクト全体で認められています。化学組成および必要に応じて機械的特性をカバーする材料試験証明書をサプライヤーに問い合わせてください。

表面仕上げに注意してください。酸洗いおよび不動態化されたステンレス鋼は、圧延されたままの素材や不適切に洗浄された素材よりもはるかに優れた耐腐食性を備えています。ステンレスとして販売されている安価な留め具は、薄いクロム層を備えた低級鋼で作られている場合があります。不動態化テストまたは簡単な磁石チェックにより、これらのうち最悪のものを取り除くことができます。

大規模なプロジェクトの場合は、一貫したグレードのトレーサビリティを備えた 1 つの生産ラインからボルト、ナット、ワッシャー、ねじ付きロッドを供給できるメーカーと協力してください。信頼できるサプライヤーは、適切なワッシャーのサイズ、ねじの長さ、トルク値も推奨します。これらはすべて、アルミニウム ボルト接合部の長期的な性能に影響します。の 完全なファスナーカタログ 六角ボルト、ナット、ワッシャー、ねじ付きロッド、その他のステンレス鋼ファスナーを完全な寸法データでカバーします。