Гальваническая пара

Как известно, для создания различных машин и механизмов в подавляющем количестве случаев используются такие конструкционные материалы, как металлы. Однако конструкторам приходится учитывать то немаловажное обстоятельство, что они далеко не всегда совместимы друг с другом и при соприкосновении, а также наличии определенных внешних условий могут разрушаться. Причина этого заключается в том, что металлы и их сплавы образуют гальваническую пару. Согласно определению она представляет собой два разнородных проводника, которые состоят между собой в электрическом контакте. Ее результатом является электрохимическая коррозия.

Первым, кто обнаружил и описал, но так и не смог объяснить это явление, был итальянец Луиджи Гальвани. После него гальваническими парами интересовались также такие исследователи, как Жан-Жак Зульцер и Алессандро Вольта.

Термин, которым обозначают последствия возникновения гальванической пары, то есть «коррозия», образован от латинского слова «corrodore», которое в переводе на русский язык означает изгладывать или пожирать. Самой распространенной и широко известной в обиходе ее формой является обычная ржавчина, которой подвержены стальные изделия. В зависимости от того, какой именно вид принимает процесс разрушения материалов, составляющих гальваническую пару, коррозия подразделяется на химическую и электрохимическую.

Что касается химической коррозии, то она возникает тогда, когда на металл воздействует жидкость или газ, по своей природе, зачастую не являющиеся электролитами. В результате электрические токи не возникают, а происходит процесс окисления, в результате которого образуются вещества, имеющие рыхлую структуру. Химическая коррозия протекает достаточно медленно и поэтому не представляет такой большой опасности, как другая разновидность – электрохимическая.

Ее природа основывается не только на химических, но и на физических свойствах металлов. Дело в том, что все они имеют различный потенциал, и если гальваническая пара попадает в какой-нибудь электролит, то между ее составными частями возникает электрический ток. Электролитами являются, к примеру, растворы кислот, щелочей и даже обычная водопроводная вода (поскольку в ней растворены различные соли). На практике они очень широко используются, к примеру, в аккумуляторах. Под воздействием электротока разрушение металлов происходит гораздо быстрее, чем в процессе обычной химической коррозии, и нередко представляет очень большую опасность для работоспособности машин и механизмов. При этом во время электрохимической коррозии быстрее разрушается тот материал, который обладает большей активностью.

Чем большая разность потенциалов появляется в результате образования гальванической пары, тем более разрушительна электрохимическая коррозия. В технике выделяют насколько пар металлов, которые считаются недопустимыми. К ним относятся алюминий и медь (или же сплавы на ее основе), магниево-алюминиевые сплавы и медь (или сплавы на ее основе), сталь и медь, никель и серебро, а также некоторые другие. Если обратиться к самой что ни на есть приземленной практике, то совершенно недопустимо, к примеру, сращивать медную и алюминиевую электропроводку.

Для того чтобы при замене и креплении деталей машин и механизмов не образовывались гальванические пары и, как следствие, не разрушались материалы, из которых они сделаны, требуется строго соблюдать требования, которые к ним предъявляются. Кроме того, существуют два метода, которые могут исключить полностью или существенно снизить электрохимическую коррозию. Первый из них заключается в том, что на активный участок гальванической пары, анод, накладывают материал, являющийся еще более активным, который играет роль протектора. В итоге разрушаться будет именно протектор, а не та деталь, с помощью которой осуществляется такая защита. Этот способ широко применяется в судостроении. Гребные винты кораблей насаживаются на стальной вал с помощью втулки, сделанной из сплава меди – бронзы, и, для того чтобы эта втулка не разрушалась под действием электрохимической коррозии, к корпусу судна закрепляется цинковая пластина, которая держит под отрицательным потенциалом гальваническую пару и разрушается сама.

Второй метод защиты от электрохимической коррозии состоит в том, что к аноду гальванической пары прикладывается положительный потенциал. Происходит так называемая пассивация путем поляризации, и поэтому анод не разрушается. Несмотря на то, что такой способ защиты требует очень точных расчетов и достаточно трудоемок, его применяют на таких объектах, как морские портовые устройства и электростанции.