гальваническая пара что это такое
Гальваническая пара
Гальвани случайно наткнулся на явление, получившее название «опыт Гальвани», и не смог правильно его объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании некоего «животного» электричества. Результаты исследований он изложил в «Трактате о силах электричества при мышечном движении».
Гальваническую пару также исследовал Жан-Жак Зульцер (по другим источникам — немецкийфилософ Иоган Георг Зульцер), который писал:
Если два куска металла, один оловянный, другой серебряный, соединить таким образом, чтобы оба края их были на одной плоскости, и если приложить их к языку, то в последнем будет ощущаться некоторый вкус, довольно похожий на вкус железного купороса, в то же время каждый кусок металла в отдельности не даёт и следа этого вкуса
Опыты Зульцера повторил и расширил Алессандро Вольта.
Гальваническая пара, погруженная в кислотный (или щелочной) раствор, будет корродировать (разрушаться под действием коррозии). Этот процесс называется гальванической коррозией. Как правило, соединения разных металлов всегда подвержены коррозии (если не электролитической, так атмосферной). Но некоторые пары металлов корродируют намного сильнее. Ниже приведён список металлов, которые не рекомендуется применять в паре.
Недопустимые гальванические пары:
* алюминий и все сплавы на его основе;
* медь и её сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий, олово, никель, хром, нелегированная сталь;
* сталь легированная и нелегированная, хром, никель, медь, свинец, олово, золото, серебро, платина, палладий, родий;
* медь и её сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий;
* сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий;
* медь, серебро, золото, платина, палладий, родий;
* серебро, золото, платина, палладий, родий;
* титан и его сплавы;
алюминий и его сплавы.Необходимо избегать механического соединения деталей, изготовленных из металлов с заметно разными электрохимическими потенциалами. Например, недопустимо соединять латунные детали алюминиевой заклёпкой. Для выбора материалов в этих случаях можно руководствоваться таблицей электрохимических потенциалов (или так называемым электрохимическим рядом).
Гальваническая пара
Пара не являющихся одинаковыми проводников (разные материалы), обычно металлов, в электрическом контакте.
Названа в честь Луиджи Гальвани. На явление, получившее название «опыт Гальвани», он наткнулся случайно и не смог правильно объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании некоего животного электричества. Результаты исследований он изложил в «Трактате о силах электричества при мышечном движении»
Опыты Зульцера повторил и расширил Алессандро Вольта
Гальваническая пара, погруженная в кислотный (щелочной) раствор, будет корродировать (разрушаться под действием коррозии). Этот процесс называется гальваническая коррозия. Как правило, соединения разных металлов всегда подвержены коррозии (если не электролитической, так атмосферной). Но некоторые пары металлов корродируют намного сильнее, ниже список металлов, которые не рекомендуется применять в паре.
Недопустимые гальванические пары:
1 пара:
1) Алюминий и все сплавы на его основе
2) Медь и её сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий, олово, никель, хром
2 пара:
1) Магниево-алюминиевые сплавы
2) Сталь легированная и нелегированная, хром, никель, медь, свинец, олово, золото, серебро, платина, палладий, родий
3 пара:
1) Цинк и его сплавы
2) Медь и её сплавы, серебро, золото, платина, палладий, родий
4 пара:
1) Сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий
2) Медь, серебро, золото, платина, палладий, родий
5 пара:
1) Никель, хром
2) Серебро, золото, платина, палладий, родий
6 пара:
1) Титан и его сплавы
2) Алюминий и его сплавы
Необходимо избегать механического соединения деталей, изготовленных из металлов с заметно разными электрохимическими потенциалами. Например, недопустимо соединять латунные детали алюминиевой заклепкой. Для выбора материалов в этих случаях можно руководствоваться таблицей электрохимических потенциалов (так называемый электрохимический ряд).
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Гальваническая пара» в других словарях:
гальваническая пара — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN couplegalvanic couplevoltaic couple … Справочник технического переводчика
гальваническая пара — Syn: гальванопара … Металлургический словарь терминов
экранированная гальваническая пара — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN shielded galvanic couple … Справочник технического переводчика
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ — самопроизвольное физико химическое разрушение и превращение полезного металла в бесполезные химические соединения. Большинство компонентов окружающей среды, будь то жидкости или газы, способствуют коррозии металлов; постоянные природные… … Энциклопедия Кольера
Амальгама (стоматология) — У этого термина существуют и другие значения, см. Амальгама (значения). Амальгамная пломба «Амальгама» профессиональное название одного из пломбировочных материалов, в свойствах которого используется способность ртути растворять некоторые металлы … Википедия
Прокатная окалина — Прокатная окалина, часто просто окалина это чешуйчатые частицы различной толщины, образовавшиеся на поверхности горячекатанной стали и состоящие из окислов железа (2 х, 3 х валентного), а также гематита и магнетита. По химическому составу окалина … Википедия
гальванопара — Syn: гальваническая пара … Металлургический словарь терминов
ГОСТ Р МЭК 60079-0-2011: Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования — Терминология ГОСТ Р МЭК 60079 0 2011: Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования оригинал документа: 3.27 Ex заглушка: Резьбовая заглушка, испытуемая отдельно от оболочки оборудования, но сертифицируемая в его составе и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?
Контактная коррозия происходит при непосредственном контакте двух разнородных металлов. Нельзя, к примеру, соединять алюминиевые листы медной заклепкой, так как при определенных условиях они образуют сильную гальваническую пару.
Разные металлы имеют разные электродные потенциалы. В присутствии электролита один из них играет роль катода, а другой анода. В результате химической реакции, протекающей между ними, начнется коррозионный процесс, в котором медь (катод) будет беспощадно разрушать алюминий (анод).
Почти все пары разнородных металлов, находящиеся в контакте между собой, подвержены коррозии, так как даже влага из воздуха может выступить в роли электролита и активировать их электродный потенциал. Но одни пары уязвимы в большей степени, а другие – в меньшей.
Например, алюминий отлично контактирует с оцинкованной сталью, хромом и цинком, а латунь совершенно не «дружит» со сталью, алюминием и цинком. Чтобы узнать, какие металлы совместимы, а какие нет, обратимся к основам химии.
В ряду электрохимической активности металлы стоят в следующей последовательности:
Данные о совместимости некоторых металлов представлены в таблице:
| Алюминий | Латунь | Бронза | Медь | Оцинкованная сталь | Железо | Свинец | Нержавеющая сталь | Цинк | |
| Алюминий | Д | Н | Н | Н | Д | О | О | Д | Д |
| Медь | Н | О | О | Д | О | Н | О | Н | Н |
| Оцинкованная сталь | Д | О | О | О | Д | О | Д | О | Д |
| Свинец | О | О | О | О | Д | Д | Д | О | Д |
| Нержавеющая сталь | Д | Н | Н | Н | О | О | О | Д | Н |
| Цинк | Д | Н | Н | Н | Д | Н | Д | Н | Д |
– абсолютно допустимые контакты (низкий риск ГК);
О
– ограничено допустимые контакты (средний риск ГК);
Н
– недопустимые контакты (высокий риск ГК).
Приведенная таблица может служить кратким справочником для определения совместимости некоторых конструкционных металлов. Допустимость и недопустимость контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов устанавливает ГОСТ 9.005-72.
Пример недопустимых гальванических пар:
Гальваническое действие может возникнуть, если строительную конструкцию из нержавеющей стали скреплять оцинкованными болтами. В этой нежелательной паре пострадает высоко анодный крепеж, поскольку его электроны будут перемещаться в направлении катодной нержавеющей стали. Поэтому, крепежные детали должны быть изготовлены из менее гальванически активного металла, чем материал металлоконструкции.
На скорость течения гальванокоррозии оказывает влияние площадь поверхности анода и катода. Если большой по размеру анод соединить с маленьким катодом, то анод будет ржаветь медленно, а если сделать наоборот, то быстро. Например, используйте болты из нержавеющей стали для крепления алюминия, но не наоборот.
Степень интенсивности протекания контактной коррозии зависит и от условий эксплуатации соединения. В обычных атмосферных условиях процесс будет протекать менее быстро и возрастает в агрессивной электропроводной среде, например, растворах кислот и щелочей. Присутствие в воде других веществ увеличивает проводимость электролита и скорость коррозии. Поэтому при проектировании конструкций важна оценка окружающей среды.
Борьба с гальванической коррозией или технологии присоединения алюминия к меди
Медь и алюминий — два металла, наиболее часто используемые при изготовлении токопроводящих жил в кабельно-проводниковой продукции. Алюминий, в силу небольшой стоимости (порядка трех-четырех раз ниже стоимости меди) получил широкое распространение в производстве силовых кабелей. Однако этот металл обладает рядом особенностей и недостатков, оказывающих существенное влияние на качество и надежность электрического соединения. По своей электропроводимости алюминий значительно уступает меди, серебру и золоту, поэтому алюминиевая кабельная жила в сравнении с медной обладает более слабой способностью выдерживать длительные токовые нагрузки, что приходится компенсировать увеличением ее сечения. К недостаткам алюминия можно отнести его быструю окисляемость на открытом воздухе, в результате чего на поверхности проводника образуется тугоплавкая (с температурой плавления около 2000°С) окисная плёнка, обладающая высоким сопротивлением и плохо проводящая электрический ток.
Помимо этого в энергетике существует проблема подключения кабелей с алюминиевыми жилами к медным шинам электрических шкафов и медных устройств. Это связано с разными электрохимическими потенциалами меди и алюминия, которые, в свою очередь, под воздействием влажной агрессивной внешней среды образуют гальваническую пару. В результате электрокоррозии ухудшается качество контакта, как следствие, происходит нагрев места соединения и потеря электроэнергии. По этой причине контактные соединения Al и Cu необходимо защищать от проникновения влаги специальными пастами или наносить на них дополнительное покрытие (как правило — олово) для избегания прямого контакта двух разнородных металлов.
На практике существуют следующие варианты присоединения алюминиевого наконечника к медной шине:
Использование данного продукта позволяет:
Принцип батареи
Гальваническая коррозия работает как батарея, которая состоит из двух электродов:
Эти два электрода погружены в проводящую жидкость, которая называется электролитом. Электролит – это обычно разбавленный кислотный раствор, например, серной кислоты, или соляной раствор, например, сульфат меди. Эти два электрода соединены снаружи электрической цепью, которая обеспечивает циркуляцию электронов. Внутри жидкости передача электрического тока происходит путем перемещения ионов. Жидкость, таким образом, обеспечивает ионное электрическое соединение (рисунок х).
Рисунок 1 – Принцип гальванической ячейки [3]
на медном катоде восстанавливаются протоны Н + :
Полная реакция имеет вид:
Эта ячейка производит электричество за счет потребления цинка, который выделяется в виде гидроксида цинка Zn(OH)2.
Для работы ячейки необходимо одновременное выполнение трех условий:
Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, например, если нарушается электрический контакт, то ячейка не будет производить электричество, и окисления на аноде не будет происходить (также как и восстановления на катоде).
Разновидности и особенности применения кабелей из алюминия
Силовые кабели с алюминиевой жилой, предлагаемые МТД «Энергорегионкомплект», служат для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках. Рассмотрим наиболее популярные разновидности таких кабелей и особенности их применения.
— кабель с алюминиевой жилой, с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката, небронированный. Применяется для прокладки одиночных кабельных линий в кабельных сооружениях и помещениях.
— кабель с алюминиевой жилой, с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката, небронированный с медным экраном под оболочкой. Применяется для прокладки одиночных кабельных линий в кабельных сооружениях и помещениях, в местах где к кабелю предъявляются более высокие требования к защите от электромагнитных помех.
— кабель с алюминиевой жилой, с изоляцией и оболочкой из ПВХ пластиката, бронированный стальными оцинкованными лентами, с защитным шлангом из ПВХ пластиката. Применяется для прокладки одиночных кабельных линий в кабельных сооружениях и помещениях, для прокладки в земле. В случаях, когда к кабелю предъявляются более высокие требования его сохранности от механических повреждений при монтаже и эксплуатации.
— кабель с алюминиевыми жилами, с изоляцией из сшитого полиэтилена, бронированный стальными оцинкованными лентами, с защитным шлангом из ПВХ пластиката. Применяется так же, как и кабель АВБШв, но в отличии от кабелей с ПВХ изоляцией имеет более высокую (+900С) допустимую температуру нагрева жил.
Коррозия алюминия
Для коррозии алюминия характерны следующие основные типы:
В зависимости от условий окружающей среды, нагружения и функционального назначения детали любой из видов коррозии может явиться причиной преждевременного разрушения. Кроме того, неправильное применение алюминиевых деталей и изделий может усугублять коррозионные процессы.
Тестер — это, конечно, хорошо, но хотелось подключить к гальваническому элементу какой-то устройство, работающее от электрического тока. Например, светодиод. У коллеги оказалось сразу несколько красных светодиодов средних размеров. Но какое нужно минимально напряжение, чтобы светодиод мог светиться? Коллега сказал, что вольта два. Решили проверить: коллега подключил диод к блоку питания с регулируемым напряжением. Поднимаем напряжение — ноль эффекта. Коллега вспомнил, что светодиод — это диод (простите за каламбур), а диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Этим светодиод отличается от электрической лампы накаливания. Поменяли полярность — диод загорелся. Оказалось, что минимальное необходимое напряжение — около 1.7 В, а при 2 В диод горит гораздо ярче. Коллега загнул положительный контакт светодиода, чтобы он отличался от отрицательного. К положительному контакту светодиода следует подключить медный электрод гальванического элемента (+), к отрицательному контакту — алюминиевый (-) электрод.
Если минимальное напряжение — 1.7 В, то одного гальванического элемента медь — алюминий — щелочь
явно мало. Нужно, как минимум, два. Взял бюкс, перелил в него часть раствора едкого кали со стакана, опустил в бюкс еще одну медную и одну алюминиевую проволоку. Получилось два гальванических элемента, соединил их последовательно — см. рисунок. Подключил светодиод (соблюдая полярность!)
В бюксе электроды опущены в электролит (щелочь), в стакане — подняты над поверхностью раствора — таким образом, цепь разомкнута. Чтобы замкнуть цепь, нужно опустить электроды в стакан с едким кали, а чтобы разомкнуть цепь, достаточно поднять электроды из стакана. Единственное, алюминий в бюксе постоянно опущен в раствор щелочи — и он будет реагировать: даже тогда, когда цепь разомкнута — так что время не ждет.
Опустил электроды в стакан, — замкнув цепь из двух гальванических элементов и одного светодиода. Светодиод загорелся. Сначала более ярко, потом — более тускло. Чтобы заснять свечение на видео, пришлось погасить свет в лаборатории (сначала — частично, потом — полностью).
После съемки свечения отсоединил светодиод, подключил тестер. Оказалось, что напряжение двух соединенных последовательно гальванических элементов около 1.8 В. — Не удивительно, почему диод светил тускло. С другой стороны, напряжение в 1.8 В ровно в два раза выше, чем напряжение единичного гальванического элемента медь — цинк — щелочь
в прошлом опыте (0.9 В).
Условия для гальванической коррозии
Гальваническая коррозия основана на том же самом принципе и для того, чтобы она происходила необходимо одновременное выполнение следующих трех условий [3]:
Различные типы металлов
Для любых металлов, которые относятся к различным их типам, гальваническая коррозия является возможной. Металл с электроотрицательным потенциалом (или более электроотрицательный металл, если они оба электроотрицательные) действует как анод.
Тенденцию различных металлов образовывать гальванические пары и направленность электрохимического действия в различных коррозионных средах (морской воде, тропическом климате, промышленной атмосфере и т.д.) показывают в так называемых гальванических рядах. Чем далее удалены друг от друга металлы в этих рядах, тем более серьезной может быть электрохимическая коррозия. В разных коррозионных средах эти последовательности металлов могут быть разными (рисунок 2).
Присутствие электролита
Область контакта должна быть смочена водным раствором, чтобы обеспечивать ионную электропроводимость. В противном случае отсутствует возможность для гальванической коррозии.
Электрический контакт между металлами
Электрический контакт между металлами может происходить или путем прямого контакта между двумя металлами, или через крепежное соединение, например, болт.
Электрохимическая коррозия алюминия
Наиболее частые ошибки проектирования алюминиевых конструкций связаны с гальванической коррозией. Гальваническая или электрохимическая коррозия происходит, когда два разнородных металла образуют электрическую цепь, замыкаемую жидким или пленочным электролитом или коррозионной средой. В этих условиях разность потенциалов между разнородными металлами создает электрический ток, проходящий через электролит, который (ток) и приводит к коррозии в первую очередь анода или менее благородного металла из этой пары.
Внешний вид гальванической коррозии
Внешний вид гальванической коррозии является очень характерным. Эта коррозия не раскидывается по всей поверхности изделия, как это бывает с точечной – питтинговой – коррозий. Гальваническая коррозия плотно локализована в зоне контакта алюминия с другим металлом. Коррозионное воздействие на алюминий имеет равномерный характер, он развивается в глубь в виде кратеров, которые имеют более или менее округлую форму [3[.
Все алюминиевые сплавы подвергаются идентичной гальванической коррозии [3].
гальванические пары металлов
гальванические пары металлов
Гальванические пары металлов
Атмосферная коррозионная стойкость алюминия обьясняется наличием оксидной пленки, образующейся сразу после взаимодействия металла с кислородом воздуха (Литер.: В.Ф. Хенли «Анодное оксидирование алюминия и его сплавов»).
Табл. 1 Совместимость металлов и сплавов
Пример нежелательных гальванических пар:
1 ПАРА : алюминий и все сплавы на его основе не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с медью и ее сплавами
2 ПАРА : алюминий и все сплавы на его основе не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с титаном и с его сплавами
3 ПАРА : магниево-алюминиевые сплавы не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— со сталью легированной и нелегированной
4 ПАРА : цинк и его сплавы не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с медью и ее сплавами
5 ПАРА : никель и хром не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с медью и ее сплавами
6 ПАРА : сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий не рекомендуется и недопустимо сочетать:
Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет.
Катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — это электрод, где протекают окислительные процессы.
Ряд активности металлов (электрохимический ряд напряжений металлов)
гальванические пары металлов
гальванические пары металлов
Гальванические пары металлов
Атмосферная коррозионная стойкость алюминия обьясняется наличием оксидной пленки, образующейся сразу после взаимодействия металла с кислородом воздуха (Литер.: В.Ф. Хенли «Анодное оксидирование алюминия и его сплавов»).
Табл. 1 Совместимость металлов и сплавов
Пример нежелательных гальванических пар:
1 ПАРА : алюминий и все сплавы на его основе не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с медью и ее сплавами
2 ПАРА : алюминий и все сплавы на его основе не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с титаном и с его сплавами
3 ПАРА : магниево-алюминиевые сплавы не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— со сталью легированной и нелегированной
4 ПАРА : цинк и его сплавы не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с медью и ее сплавами
5 ПАРА : никель и хром не рекомендуется и недопустимо сочетать:
— с медью и ее сплавами
6 ПАРА : сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий не рекомендуется и недопустимо сочетать:
Гальваническая коррозия более активного металла начинается в тот момент, когда две или более детали из разнородных металлов, имеющие взаимный контакт (благодаря обычному соприкосновению, или же посредством проводника) помещаются в электролит (любую жидкость, проводящую электричество). Электролитом может быть что угодно, за исключением химически чистой воды. Не только соленая морская, но и обычная вода из-под крана благодаря наличию минеральных веществ является превосходным электролитом, и с ростом температуры электропроводность ее только растет.
Катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — это электрод, где протекают окислительные процессы.
Ряд активности металлов (электрохимический ряд напряжений металлов)