Kombinace hliníku a oceli umožňuje vytvořit pevné, lehké a cenově dostupné konstrukce. Jenže spojení těchto dvou kovů má jedno úskalí, které nemusí být na první pohled patrné.
Za určitých podmínek mezi nimi vzniká galvanická koroze, která může postupně poškodit celý spoj. Jak tento proces funguje, kdy skutečně představuje problém a jak mu při výrobě nebo montáži předejít?
Když se kovový spoj změní v malou baterii
Představte si ocelový rám, ke kterému připevníte hliníkový plech. Konstrukce drží, materiály jsou správně dimenzované a nic nenasvědčuje tomu, že by měl nastat problém. Jakmile však do spoje pronikne voda, mohou začít probíhat elektrochemické reakce.
Galvanická koroze, někdy označovaná také jako bimetalická nebo kontaktní koroze, vzniká při elektrickém propojení dvou kovů s rozdílným elektrochemickým potenciálem za přítomnosti elektrolytu. Tím může být dešťová voda, kondenzát nebo vlhkost obsahující rozpuštěné soli.
Celý spoj se začne chovat podobně jako jednoduchý galvanický článek. Jeden kov funguje jako anoda, druhý jako katoda. Méně ušlechtilý kov se přitom rozpouští rychleji, než kdyby byl vystaven stejnému prostředí samostatně.
Důležité je, že samotný dotyk dvou různých kovů ještě automaticky neznamená vznik galvanické koroze. Pokud je spoj trvale suchý a nedochází k jeho kontaktu s elektrolytem, galvanický článek nemůže fungovat.
Co koroduje dříve – hliník, nebo ocel?
Při běžném spojení hliníku s uhlíkovou ocelí bývá elektrochemicky méně ušlechtilým materiálem hliník. Ten se proto zpravidla stává anodou a je více ohrožen galvanickou korozí. Ocel v takovém případě funguje jako katoda.
Na hliníkovém povrchu se mohou postupně objevovat drobné důlky, bělavé korozní produkty nebo lokální narušení materiálu. Největší poškození často vzniká v bezprostředním okolí spoje, například pod šroubem nebo v místě překrytí dvou plechů.
Neznamená to ovšem, že ocel zůstane za všech okolností neporušená. Pokud není chráněna vhodnou povrchovou úpravou, může současně podléhat běžné atmosférické korozi. Výsledkem pak může být kombinace několika korozních procesů.
Rychlost galvanické koroze navíc ovlivňuje konkrétní slitina hliníku, druh oceli, stav jejich povrchu a prostředí, ve kterém je konstrukce umístěna. Elektrochemické chování proto nelze spolehlivě předpovědět pouze podle názvů použitých kovů.
Proč záleží na velikosti jednotlivých kovových dílů?
Jedním z méně známých faktorů je poměr ploch obou kovů vystavených elektrolytu. Právě ten může rozhodnout, zda bude galvanická koroze postupovat pomalu, nebo se výrazně urychlí.
- Pokud je malý hliníkový díl elektricky propojený s velkou ocelovou plochou a oba kovy jsou vystaveny vlhkosti, může se korozní proud soustředit do relativně malé plochy hliníku. Jeho poškození tak může být intenzivnější.
- Opačná situace, tedy rozměrný hliníkový plech připevněný několika ocelovými spojovacími prvky, může být z hlediska galvanické koroze příznivější. Ani tak ale není možné automaticky považovat spoj za bezpečný. Rozhoduje konkrétní provedení, prostředí i ochrana povrchu.
Kde spojení hliníku a oceli nejčastěji způsobuje problémy?
V praxi se s kombinací těchto materiálů setkáme na fasádách, přístřešcích, branách, zábradlích, technologických zařízeních nebo automobilových konstrukcích. Riziko přitom není všude stejné.
- V suchém interiéru může správně navržený spoj fungovat dlouhá léta bez výraznějšího korozního poškození. Podstatně náročnější podmínky panují venku, kde se střídají teploty, kondenzuje vlhkost a do spojů proniká dešťová voda.
- Zvláštní pozornost zaslouží konstrukce v blízkosti komunikací, kde se v zimě používá posypová sůl. Rozpuštěné chloridy zvyšují vodivost elektrolytu a mohou výrazně zhoršovat korozní podmínky.
- Problematická bývají také místa, kde voda zůstává dlouhodobě uzavřená. Typickým příkladem je překrytí dvou plechů, úzká spára nebo spoj, který po dešti obtížně vysychá. Právě takové detaily mohou mít na životnost konstrukce větší vliv než samotná volba základního materiálu.
Jak zabránit galvanické korozi při spojování hliníku a oceli?
Nejúčinnější ochranou je zabránit vzniku podmínek, které galvanickou korozi umožňují. V praxi to znamená především omezit elektrický kontakt rozdílných kovů nebo přístup vlhkosti do spoje.
Oddělte kovy nevodivou vrstvou
Jedním z nejspolehlivějších řešení je vložení izolačního materiálu mezi hliník a ocel. Používají se například vhodné plastové podložky, polymerní pásky nebo pryžová těsnění.
U šroubových spojů je důležité oddělit nejen dosedací plochy, ale podle potřeby také samotný šroub od stěny otvoru. K tomu slouží izolační pouzdra a podložky.
Zabraňte zadržování vody
U venkovních konstrukcí pomůže vhodné řešení spár, odvodňovacích otvorů a překrytí. Voda by měla mít možnost odtékat a spoj přirozeně vysychat.
Tam, kde to konstrukce umožňuje, lze kontaktní místa chránit také vhodným těsněním. Důležité ovšem je, aby těsnění samo nevytvářelo prostor, ve kterém se bude dlouhodobě hromadit vlhkost.
Použijte vhodnou povrchovou úpravu
Riziko galvanické koroze může výrazně snížit kvalitní ochranný nátěr. Ochrana by měla být kompatibilní s oběma materiály a určená pro prostředí, ve kterém bude konstrukce používána. Pozornost je nutné věnovat zejména hranám, otvorům a místům dodatečného obrábění. Právě zde často dochází k porušení ochranné vrstvy.
Pomůže pozinkovaná ocel? A co nerez?
Při výběru materiálu bývá častou otázkou, zda je pro kontakt s hliníkem vhodnější běžná, pozinkovaná, nebo nerezová ocel.
Pozinkované plechy jsou opatřeny ochrannou vrstvou zinku, která chrání ocel proti korozi. Zinek však zároveň vstupuje do elektrochemických vztahů s okolními kovy. Jeho přítomnost proto automaticky neznamená, že bude každý spoj s hliníkem bezpečný.
Podobně je tomu u nerezové oceli. Ta sice vykazuje dobrou korozní odolnost, při přímém kontaktu s hliníkem ve vlhkém prostředí ale může přispívat k jeho galvanickému poškození.
- Zvláště u venkovních konstrukcí proto není vhodné rozhodovat pouze podle toho, který kov má obecně lepší antikorozní vlastnosti. Podstatná je jejich vzájemná kombinace a způsob montáže.
Mořené plechy a galvanická koroze: Na co si dát pozor?
Pro výrobu ocelových rámů, držáků a dalších konstrukčních prvků se často používají také mořené plechy. Jejich výhodou je čistší povrch zbavený okují, který usnadňuje další zpracování a přípravu na povrchové úpravy.
Samotné moření však nepředstavuje trvalou antikorozní ochranu. Pokud bude mořený ocelový plech vystaven vlhkosti bez vhodného ošetření, může začít korodovat stejně jako jiná nechráněná uhlíková ocel.
Při výrobě kombinované konstrukce z oceli a hliníku je proto vhodné nejprve dokončit obrábění a přípravu ocelových dílů, následně provést požadovanou povrchovou ochranu a teprve potom součásti spojit s použitím vhodných izolačních prvků.
Jak poznáte, že galvanická koroze už začala?
Prvním varovným signálem bývá změna vzhledu v okolí spoje. Na hliníku se mohou objevit světlé povlaky, drobné důlky nebo postupné narušování povrchu. U ocelových částí se mohou zároveň vytvářet rezavé skvrny.
Ne každá bílá skvrna na hliníku ovšem znamená galvanickou korozi. Podobně se mohou projevovat i jiné typy korozního napadení. Při kontrole je proto důležité zjistit, zda jsou oba kovy elektricky propojené, zda se do místa dostává voda a jaký je stav ochranných vrstev. U nosných konstrukcí je nutné posoudit také případný úbytek materiálu a pevnost spoje.
Pokud už koroze postupuje, samotné očištění povrchu problém zpravidla nevyřeší. Je potřeba odstranit příčinu, obnovit poškozenou ochranu a případně změnit konstrukční řešení.
Na životnost konstrukce myslete už při výběru materiálu
Spojení hliníku a oceli není samo o sobě konstrukční chybou. Oba materiály lze úspěšně kombinovat, pokud návrh respektuje jejich elektrochemické vlastnosti a prostředí, ve kterém budou používány.
Největší chyby často nevznikají při výběru plechu nebo profilu, ale až při montáži. Nevhodný šroub, chybějící izolační podložka nebo špatně odvodněná spára mohou zkrátit životnost jinak kvalitní konstrukce.
Při spojování rozdílných kovů proto nestačí řešit pouze pevnost a rozměry. Stejně důležité je promyslet ochranu povrchu, způsob spojení a přístup vlhkosti. Právě tyto detaily rozhodují o tom, zda bude konstrukce spolehlivě sloužit po mnoho let.
Čtete dál:
Kdy se vyplatí čtvercová tažená ocel a kdy postačí válcovaná?
Pozinkované trubky DX51D a S195. Jaký je mezi nimi rozdíl a které vybrat?
Svařované tlakové trubky: Rozměry, atest a správný výběr
© Atreon