DE DEFINITIE
Wat is galvanische corrosie?
Corrosie is een eletrochemisch proces, waarbij metalen worden aangetast door hun omgeving. Het zuivere metaal vormt daarbij een verbinding met zuurstof (oxidatie) of een ander element.
Galvanische corrosie is een variant waarbij twee metalen betrokken zijn. Het minst edele metaal corrodeert dan extra snel, terwijl het edele metaal behouden blijft.
DE VOORWAARDEN
Wanneer kan galvanische corrosie plaatsvinden?
Galvanische corrosie vindt plaats als er drie voorwaarden wordt voldaan:
- Er zijn twee elektroden nodig. Meestal zijn dat twee verschillende metalen voorwerpen.
- De elektroden moeten elektrisch geleidend met elkaar verbonden zijn. Dat kan via direct contact, via een stroomdraad of door onderdompeling in een elektrolyt, zoals water.
- De omgeving dient corrosief te zijn. Dat wil zeggen dat er zuurstof, zuren of andere elementen aanwezig zijn die chemisch met de metalen kunnen reageren.
In de praktijk is dit al snel het geval. Bijvoorbeeld als twee metalen voorwerpen onder water tegen elkaar aan zitten, zoals bij een schip.
HET PRINCIPE
De chemie achter galvanische corrosie
De anode
Als aan bovenstaande voorwaarden wordt voldaan, gaat er een elektrische stroom lopen van het meest edele metaal naar het minst edele metaal. Ter illustratie blijven we bij het voorbeeld van het schip, dat onderdelen van ijzer en zink heeft. Zink is minder edel dan ijzer. De elektrische stroom laat zich dan als volgt verklaren:
Blank zink gaat in water in oplossing volgens de volgende deelreactie:
Zn -> Zn2+ + 2 e- (reactie 1)
Bij deze anodische reactie komen dus elektronen vrij. De betreffende elektrode wordt de anode genoemd. De zinkionen treden uit de anode in oplossing. De in het metaal achtergebleven elektronen bewegen zich door het metaal als stroom naar het edeler metaal. ion of letters.
De kathode
Met het ijzer gebeurt niets, maar aan het ijzeroppervlak treedt de volgende deelreactie op:
Waterstofionen + elektronen -> waterstofgas:
2 H+ + 2 e- -> H2 (reactie 2a)
Deze deelreactie wordt de kathodische reactie genoemd en de betreffende elektrode heet kathode. Bij deze reactie binden de elektronen zich met waterstofionen, die in water (zuur) zijn opgelost. Deze reactie is zichtbaar door de vorming van waterstofgasbellen.
De elektronen reageren echter liever met zuurstof (gas), dat is opgelost in het water. Dan ontstaat de volgende kathodische deelreactie:
Water + zuurstof + elektronen -> hydroxide-ionen
H2O + O2 + 2 e- -> 2 OH- (reactie 2b)
Uit de som van beide deelreacties volgt dat de omringende vloeistof aan de kathode alkalischer (minder zuur) wordt. Hetzij door de vorming van hydroxide-ionen (reactie 2b) of door het verdwijnen van waterstofionen (reactie 2a). Dit proces kan oneindig doorgaan, zolang er zuurstof wordt aangevoerd en/of het water zuur genoeg is en er voldoende reactief zink aanwezig is.
Eén elektrode
Galvanische corrosie treedt meestal op tussen objecten van verschillende metalen, maar het is ook mogelijk op één object van één soort metaal. Door bijvoorbeeld een aanwezige walshuid, door temperatuurverschillen of door mechanische spanningen, kunnen lokaal anodische en kathodische plaatsen ontstaan. Als er dan ook een elektrolyt aanwezig is, spreken we van een lokaal element. Op dat moment wordt weer aan de voorwaarden voldaan en kan galvanische corrosie optreden. De anodische plaatsen lossen dan op en de kathodische plaatsen blijven intact.
DE TOEPASSING
Galvanische corrosie en kathodische bescherming
Bij galvanische corrosie gaat een metaal sneller corroderen als het in contact komt met een meer edel metaal. Andersom geldt dat een metaal minder snel kan gaan corroderen als het (gecontroleerd) in contact komt met een minder edel metaal (en beide in contact staan met een elektrolyt). Bij kathodische bescherming maken we dus gebruik van het principe van galvanische corrosie.
Door elektronen aan te voeren wordt een object meer kathodisch gemaakt. Dan kan er geen oplossing van metaal meer plaatsvinden. Dit proces wordt kathodische bescherming genoemd. De enige voorwaarde om het tot stand te brengen, is de aanvoer van voldoende elektronen. Dat kan worden bereikt door negatieve lading in de constructie te brengen. De elektrische potentiaal van het te beschermen voorwerp wordt zo meer negatief. De Belgische onderzoeker Pourbaix heeft vastgesteld dat staal van 25°C beschermd is als de potentiaal –600 mV bedraagt, gemeten ten opzichte van een waterstofelektrode. Lees meer over de werking en uitvoering van de systemen voor kathodische bescherming.
Kathodische bescherming van schepen
Het systeem werd in 1824 voor het eerst toegepast. Dat gebeurde in Engeland door Sir Humphrey Davy. Houten schepen, bekleed met koperen platen, werden beschermd door middel van blokken weekijzer. Het minst edele metaal, het weekijzer, loste op, maar het koper bleef vrij van corrosie!
Deze methode wordt nog steeds toegepast. Nu zijn het stalen schepen, die worden beschermd door zinkblokken op de scheepswand aan te brengen. De toepassing van deze beschermingstechniek kwam pas in de eerste helft van deze eeuw tot volle ontplooiing. Eerst in de Verenigde Staten van Amerika en na de Tweede Wereldoorlog ook in Europa.
Zinkhydroxide
Soms werkt de zinkanode niet goed. Dat kan gebeuren als het oppervlak wordt afgesloten door een dun laagje zinkhydroxide. Als beide elektroden (kathode en anode) dicht opelkaar zitten, dan kan de hydroxide van de kathode met het zink van de anode reageren. We krijgen dan de volgende reactie:
Zn2+ + 2 OH- -> Zn(OH)2 (reactie 3)
De zinkhydroxide vormt een ondoordringbare oxidehuid, waardoor het corrosieproces sterk wordt vertraagd en zelfs kan stoppen. Als de zinken opofferingsanoden zich dichtbij het te beschermen object (bijvoorbeeld op een scheepshuid) bevinden, dienen deze daarom regelmatig gecontroleerd en gereinigd te worden. Bij voorkeur plaatsen we de anode op ruime afstand van het object om te voorkomen dat het anodeoppervlak blind slaat. Als u vragen heeft over het beschermen van uw metalen bezit, dan helpen we u graag.
