Reação do alumínio e do aço inoxidável: como prevenir a corrosão galvânica

Numa fazenda solar, os registros de manutenção contavam uma história familiar. Depósitos brancos e calcários se espalhavam ao redor dos parafusos de aço inoxidável nos trilhos de montagem de alumínio, e a corrosão havia começado sob a cabeça de cada parafuso. Esta é a reação do alumínio e do aço inoxidável na prática e é uma das causas mais comuns de falha prematura em montagens de metais mistos. A reação não significa que os dois metais nunca possam ser usados ​​juntos. Isso significa que a junta deve ser projetada com um entendimento claro da corrosão galvânica, que é exatamente o que este artigo fornece.

Qual é realmente a reação do alumínio e do aço inoxidável

A reação do alumínio e do aço inoxidável é uma forma de corrosão galvânica, também chamada de corrosão bimetálica. Quando os dois metais estão em contato elétrico e ambos são expostos a um eletrólito, seja maresia, água da chuva, condensação ou simplesmente umidade persistente, eles formam um par galvânico. O alumínio, o metal menos nobre, torna-se o ânodo e começa a liberar íons metálicos. O aço inoxidável, o metal mais nobre, torna-se o cátodo. Os elétrons viajam do ânodo para o cátodo através da conexão metálica e o eletrólito completa o circuito elétrico. O resultado é que o alumínio corrói muito mais rápido do que sozinho.

Este não é um ataque químico do aço inoxidável ao alumínio. O aço inoxidável atua simplesmente como um cátodo grande e eficiente que acelera a corrosão natural do alumínio. Os sinais visíveis são distintivos: produtos de corrosão brancos ou cinzentos na superfície do alumínio, corrosão em torno da cabeça do fixador ou da anilha e, em casos graves, uma perda gradual da força de fixação à medida que o alumínio perde espessura.

As três condições que devem estar presentes

A corrosão galvânica não é automática. Requer três condições simultâneas e a remoção de qualquer uma delas interrompe a reação.

• Contato elétrico. Os dois metais devem estar conectados através de um caminho condutor. Um parafuso de aço inoxidável inserido em um trilho de alumínio ou um suporte de alumínio preso por uma porca de aço inoxidável fornecem exatamente esse caminho.
• Um eletrólito. Um fluido condutor deve unir as duas superfícies. A água salgada é o eletrólito mais agressivo, mas a água da chuva, a condensação e até mesmo a umidade absorvida sob um revestimento podem conduzir a reação a uma taxa significativa.
• Uma diferença no potencial eletroquímico. Os metais devem diferir em sua tendência à corrosão. O alumínio e o aço inoxidável diferem em cerca de meio volt na água do mar, o que é mais que suficiente para sustentar uma corrosão significativa.

A consequência prática é simples: manter os metais secos, mantê-los eletricamente separados ou aceitar que o alumínio sofrerá corrosão. Todo método de prevenção eficaz ataca uma dessas três condições.

Por que o alumínio é sempre o metal sacrificial

Todo metal ocupa uma posição na série galvânica, que classifica os materiais pelo seu potencial de corrosão em um determinado ambiente. Na água do mar, o aço inoxidável fica bem acima do alumínio. Isso significa que o aço inoxidável é o cátodo e o alumínio é o ânodo sempre que os dois são conectados em uma montagem úmida.

Vale a pena conhecer uma nuance. O aço inoxidável só é nobre enquanto sua camada de óxido passiva estiver intacta. Dentro de uma fenda pobre em oxigênio, como a lacuna abaixo da cabeça de um parafuso ou entre superfícies firmemente fixadas, o aço inoxidável pode perder sua camada passiva e tornar-se ativo. É por isso que a corrosão em frestas aparece em fixadores de aço inoxidável, mesmo sem a presença de alumínio. Contudo, num par alumínio-aço exposto às intempéries, o resultado prático é consistente: o alumínio é o metal que perde material.

Quando o alumínio e o aço inoxidável podem ser usados juntos com segurança

A reação do alumínio e do aço inoxidável não é inevitável. Incontáveis ​​conjuntos de metais mistos proporcionaram longa vida útil porque as condições para corrosão galvânica nunca foram atendidas.

• Ambientes internos e secos. Um interior aquecido e ventilado raramente fornece eletrólito suficiente para sustentar a corrosão galvânica, de modo que o par pode permanecer inativo durante décadas.
• Juntas seladas. Se a interface for revestida com um selante compatível ou separada por uma barreira que exclua a umidade, o eletrólito não poderá alcançar a junção e o circuito permanecerá aberto.
• Uma relação de área favorável. Quando a peça de alumínio é grande e a peça de aço inoxidável é pequena, a corrente galvânica se espalha por uma ampla superfície de alumínio, de modo que a taxa de corrosão local pode ser aceitável durante a vida útil pretendida. O caso perigoso é o oposto: um pequeno componente de alumínio preso a uma grande estrutura de aço inoxidável concentra toda a corrosão em um pequeno ânodo e falha rapidamente.

Para serviços externos ou marítimos, a suposição conservadora é que eventualmente haverá umidade. Em estantes solares, revestimentos arquitetônicos, ferragens para barcos e equipamentos industriais expostos às intempéries, a prevenção é um requisito de projeto e não uma opção.

Como prevenir a corrosão galvânica em montagens de metais mistos

A maneira mais confiável de interromper a corrosão galvânica é interromper o circuito elétrico entre os dois metais ou manter o eletrólito longe da junção. Várias medidas funcionam bem em combinação.

1. Isole com barreiras não condutoras. Uma arruela de náilon ou fibra sob a cabeça do fixador de aço inoxidável, combinada com uma luva isolante sobre a haste do parafuso, evita o contato direto de metal com metal. Este é o método mais eficaz.
2. Sele a junta. Um selante de polissulfeto, poliuretano ou butila aplicado ao redor da cabeça do fixador e ao longo da borda da junta exclui a umidade e separa fisicamente as superfícies.
3. Use revestimentos com cuidado. O revestimento em pó ou pintura do alumínio antes da montagem adiciona uma barreira, mas qualquer arranhão ou lasca pode criar um ânodo local. Os revestimentos nunca devem ser a única linha de defesa.
4. Projeto para drenagem. Posicione a junta de forma que a água escorra do fixador em vez de se acumular ao redor dele.

Uma arruela plana de aço inoxidável tem uma função dupla neste sistema. Ele distribui a carga de fixação por uma área mais ampla, o que é importante em alumínio macio, e fornece uma superfície de apoio lisa para a porca ou cabeça do parafuso. Por si só, não interrompe a corrosão galvânica, a menos que seja separado do alumínio por uma camada isolante. Quando combinada com uma arruela de náilon ou um cordão de selante, uma arruela plana de aço inoxidável 304 proporciona uma longa vida útil e desempenho de fixação consistente.

Arruela plana SS304 para parafusos M10, DIN125/GB97 Esta arruela plana de aço inoxidável 304 distribui cargas de fixação em alumínio macio e fornece uma superfície de rolamento lisa, embora o isolamento galvânico ainda exija uma camada de separação. Ver Produto →

Selecionando o grau correto de fixador de aço inoxidável

Se o projeto exigir fixadores de aço inoxidável em contato com alumínio, as duas opções padrão são aço inoxidável 304 (A2) e 316 (A4). Ambos são classes austeníticas com resistência à corrosão muito melhor do que o aço carbono e ambos ocupam posições semelhantes na série galvânica. A seleção não altera o comportamento galvânico do casal. Nenhuma das classes é significativamente melhor que a outra na proteção do alumínio, portanto a decisão é realmente sobre quão bem o próprio fixador sobrevive no ambiente de serviço.

O aço inoxidável 304 é o padrão para a maioria dos trabalhos industriais e arquitetônicos. Resiste à corrosão atmosférica, à água doce e a uma ampla gama de produtos químicos. Para um painel solar interno ou uma fachada de edifício, um fixador de aço inoxidável grau 304 é uma escolha comprovada e econômica. Tanto o 304 quanto o 316 são produzidos de acordo com os padrões DIN 933, GB5783 e ISO 4017, e nosso guia para Parafusos sextavados de aço inoxidável 304 versus 316 compara as duas notas com mais detalhes.

Parafuso de cabeça hexagonal SS304 M10, padrão DIN933 Um parafuso de aço inoxidável 304 comprovado e econômico para ambientes internos ou gerais, que oferece resistência à corrosão atmosférica e desempenho confiável de suporte de carga para conexões estruturais. Ver Produto →

O aço inoxidável 316 adiciona molibdênio, o que melhora a resistência aos cloretos. Instalações costeiras, ferragens de barcos e qualquer ambiente exposto ao sal da estrada devem usar 316 para os fixadores, pois os fixadores devem durar mais que a montagem nas condições mais exigentes. Como regra geral, o gama de fixadores de aço inoxidável para projetos de metais mistos deve ser selecionado com base na exposição ao cloreto, e não na suposição de que um grau diferente protegerá de alguma forma o alumínio.

Para uma instalação costeira, emparelhar uma porca sextavada 316 com um parafuso 316 é a opção mais confiável, especialmente para conexões roscadas que serão inspecionadas ao longo do tempo. A diferença de resistência à corrosão entre 304 e 316 em atmosfera marinha é significativa o suficiente para justificar o custo mais elevado do 316.

Porca sextavada SS316 M10, padrão DIN934 Uma porca sextavada de aço inoxidável 316 com grau A4-80, projetada para ambientes marinhos e ricos em cloreto, proporcionando fixação segura e resistência à corrosão de longo prazo quando combinada com parafusos 316. Ver Produto →

Diretrizes Práticas de Montagem

Montagens de metais mistos falham quando o básico é ignorado. A sequência a seguir provou ser eficaz para montagem solar, ferragens de convés marítimos, estruturas industriais e estruturas arquitetônicas de alumínio.

1. Limpe ambas as superfícies de contato antes da montagem. Graxa, areia ou contaminação condutiva podem criar uma célula de corrosão mesmo quando o projeto está correto.
2. Instale primeiro a camada isolante. Coloque uma arruela de náilon ou um cordão de vedação sob a cabeça do fixador de aço inoxidável e na face do rolamento da porca.
3. Aperte com o torque nominal. O torque excessivo esmaga a camada isolante, distorce o alumínio e deixa a junta vulnerável à corrosão galvânica e ao relaxamento de tensão.
4. Inspecione após a primeira temporada de exposição. A corrosão precoce aparece como pó branco ou corrosão fraca. Se for detectado, a solução será uma arruela de reposição e um pouco de selante, não um reparo estrutural.

Nada disso deve desencorajar engenheiros e fabricantes de usarem alumínio e aço inoxidável juntos. Os dois materiais funcionam bem como sistema quando as regras acima são seguidas. O alumínio só corrói se o circuito galvânico permanecer completo e esse circuito for fácil de interromper.