קורוזיה ותאימות גלוונית — מדריך מקיף
מדריך קורוזיה מקיף: סדרת גלוון, זוגות מתכות מסוכנים, PREN, שיטות מניעה, סוגי קורוזיה (Pitting, Crevice, SCC, Intergranular ועוד), שיטות בדיקה (Salt Spray, ASTM), קורוזיה בסביבות שונות, ותקנים מרכזיים.
⚡
קורוזיה ותאימות גלוונית
סדרת גלוון · זוגות מסוכנים · PREN · מניעה
⚡ סדרת גלוון — Galvanic Series (מים ים)
↑ קתודי (אציל) — הגנה
| מתכת/סגסוגת | פוטנציאל mV |
|---|---|
| זהב, פלטינה | +1200 |
| גרפיט/פחמן | +300 |
| CFRP (פחמן) | +200 |
| Hastelloy C | +100 |
| Inconel 625 | +50 |
| Monel 400 | +20 |
| SS 316L (passive) | -50 |
| SS 304 (passive) | -80 |
| נחושת C110 | -100 |
| ברונזה | -150 |
| פליז | -200 |
| ניקל | -250 |
| SS 304 (active) | -300 |
| טיטניום Grade 2 | -50 עד -300* |
| כסף (Noble!) | -150 |
↓ אנודי (פעיל) — קורוזיה
| מתכת/סגסוגת | פוטנציאל mV |
|---|---|
| Lead (עופרת) | -450 |
| פלדה A36 | -600 |
| פלדת יצוק | -650 |
| אלומיניום 7075 | -700 |
| אלומיניום 6061 | -750 |
| אלומיניום 1100 | -780 |
| קדמיום | -800 |
| אבץ (Zinc) | -900 |
| מגנזיום AZ31 | -1600 |
| הפרש >250mV = סכנת קורוזיה גלוונית! * Ti = passive (oxide) בסביבה רגילה: ~-50mV. Active (ללא oxide): ~-300mV | |
⚠️ CFRP + Al = הפרש ~950mV = קורוזיה קשה! חובה Glass ply barrier.
⚠️ SS + Al = הפרש ~650mV = קורוזיה. בידוד או ציפוי.▶ YouTube
⚠️ SS + Al = הפרש ~650mV = קורוזיה. בידוד או ציפוי.▶ YouTube
🚨 זוגות מסוכנים — מה לא לשלב
| חיבור | הפרש mV | סיכון | מניעה |
|---|---|---|---|
| CFRP + Al | ~950 | קריטי! | Glass ply barrier, Sealant |
| SS 304 + Al | ~670 | גבוה | Alodine + Primer, בידוד |
| SS 304 + Mg | ~1500 | קריטי! | לא לשלב! Mg מושמד |
| נחושת + Al | ~650 | גבוה | בידוד Nylon washer |
| SS + פלדה | ~520 | בינוני | Zinc plate, צבע |
| Al 7075 + Al 6061 | ~50 | נמוך | בד"כ מקובל |
| Ti + SS | ~250 | גבולי | בסביבת ים — בידוד |
| Cd + SS | ~550 | בינוני | פופולרי בתעופה בכוונה (Cd=אנודי) |
📐 חוק שטח היחס (Area Ratio Rule)
כלל קריטי שרבים מתעלמים ממנו: לא רק ההפרש בפוטנציאל קובע — גם היחס בין השטחים!
אנודה קטנה + קתודה גדולה = אסון — בורג פלדה (אנודי) בתוך לוח נירוסטה (קתודי) גדול: כל הזרם הגלווני מתרכז בשטח קטן = קורוזיה מהירה וקטסטרופלית של הבורג.
אנודה גדולה + קתודה קטנה = יחסית בטוח — לוח פלדה עם ברגי נירוסטה קטנים: הזרם מתפזר על שטח גדול = קצב קורוזיה איטי, לרוב מקובל.
אנודה קטנה + קתודה גדולה = אסון — בורג פלדה (אנודי) בתוך לוח נירוסטה (קתודי) גדול: כל הזרם הגלווני מתרכז בשטח קטן = קורוזיה מהירה וקטסטרופלית של הבורג.
אנודה גדולה + קתודה קטנה = יחסית בטוח — לוח פלדה עם ברגי נירוסטה קטנים: הזרם מתפזר על שטח גדול = קצב קורוזיה איטי, לרוב מקובל.
כלל אצבע: לעולם אל תשים חומר אנודי (פעיל) בשטח קטן ליד חומר קתודי (אציל) בשטח גדול — גם אם ההפרש בפוטנציאל נמוך יחסית.
🔢 PREN — עמידות קורוזיה אל-חלד
PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N
| סגסוגת | PREN | שימוש |
|---|---|---|
| SS 304 | ~18 | פנים, מזון |
| SS 316L | ~24 | ים קל, כימיה |
| SS 317L | ~30 | ים בינוני |
| SS 2205 Duplex | ~35 | ים, נפט/גז |
| SS 2507 Super | >40 | ים קשה |
| 904L | ~36 | חומצה |
| Hastelloy C276 | ~70+ | הכל |
PREN>35 = עמיד Pitting בסביבת ים. PREN>40 = Super Duplex = תנאים קשים ביותר.▶ YouTube
🌡️ Critical Pitting Temperature (CPT)
המדד המעשי ביותר להשוואת נירוסטות: הטמפרטורה שמעליה מתחילה Pitting בתמיסת FeCl₃ סטנדרטית (ASTM G48). ככל שגבוה יותר — עמיד יותר.
| סגסוגת | CPT (°C) |
|---|---|
| SS 316L | ~15°C |
| SS 2205 Duplex | ~30°C |
| SS 2507 Super Duplex | ~55°C |
| 254 SMO | ~70°C |
🛡️ שיטות מניעת קורוזיה
בחירת חומר
✅ SS 316L במקום 304 לסביבת ים
✅ Ti-Grade 2 — עמיד לכל
✅ Al 5083 לסביבת ים
✅ PREN>35 לים פתוח
✅ Ti-Grade 2 — עמיד לכל
✅ Al 5083 לסביבת ים
✅ PREN>35 לים פתוח
ציפויים הגנתיים
✅ Zinc (קרבני) לפלדה
✅ Alodine + Primer לAl
✅ Passivation לSS
✅ Cadmium לתעופה
✅ HDG לחיצוני
✅ Alodine + Primer לAl
✅ Passivation לSS
✅ Cadmium לתעופה
✅ HDG לחיצוני
בידוד גלוונית
✅ Nylon washer בין חומרים
✅ Glass ply barrier (CFRP+Al)
✅ Faying Surface Sealant
✅ Anodize + Sealant
✅ PR-1422 / PR-1776
▶ YouTube✅ Glass ply barrier (CFRP+Al)
✅ Faying Surface Sealant
✅ Anodize + Sealant
✅ PR-1422 / PR-1776
⚡ הגנה קתודית (Cathodic Protection)
אנודת קרבן (Sacrificial Anode)
מתכת אנודית יותר (Zn, Mg, Al) מקורבנת במקום המבנה המוגן. נפוצה בצנרת קבורה, גופי ספינות, מכלי דלק תת-קרקעיים. פשוט, ללא צורך בחשמל, אך דורש החלפה תקופתית.
זרם מוטבע (Impressed Current)
מקור מתח חיצוני דוחף זרם דרך אנודה אינרטית (טיטניום מצופה) להגנת המבנה. יעיל למבנים גדולים (צינורות ארוכים, מבני ים) אך דורש תחזוקה חשמלית.
📚 סוגי קורוזיה עיקריים
זיהוי נכון של סוג הקורוזיה הוא הצעד הראשון בפתרון הבעיה — כל סוג דורש אסטרטגיית מניעה שונה לחלוטין.
Uniform Corrosion — קורוזיה אחידה
מנגנוןהתקפה אחידה על כל השטח החשוף
חומרהנמוכה — צפויה, ניתנת לחישוב
דוגמהחלודה על פלדה חשופה לאטמוספרה
הכי "ידידותית" מבין סוגי הקורוזיה — קצב אחיד מאפשר תכנון Corrosion Allowance (עובי נוסף בתכן).
Pitting Corrosion — קורוזיה נקודתית
מנגנוןחדירת כלוריד דרך שכבת פסיביות מקומית
חומרהגבוהה מאוד — קשה לזהות, חודרת לעומק
דוגמהSS 304 בסביבת ים/כלור
מסוכנת כי הנזק החיצוני נראה קטן ("חור סיכה") בעוד שמתחתיו יכולה להיות חלולית עמוקה — סיבה מובילה לכשלי צנרת פתאומיים.
Crevice Corrosion — קורוזיה בסדק
מנגנוןתא חמצן דל בסדקים/מפרקים/אטמים
חומרהגבוהה — מתפתחת בשקט מתחת לפני השטח
דוגמהמתחת לאטמי O-Ring, ברגים, שכבות דבוקות
דומה מנגנונית ל-Pitting אך מתחילה תמיד באזור גיאומטרי מוגן (סדק, מרווח) — תכן טוב ("Crevice-Free Design") מונע אותה מראש.
Stress Corrosion Cracking (SCC)
מנגנוןשילוב מאמץ מתיחה + סביבה קורוזיבית ספציפית
חומרהקריטית — כשל פתאומי וחמקמק
דוגמהפליז + אמוניה, SS + כלוריד בטמפ' גבוהה
מסוכנת ביותר בתעשייה — סדק שגדל מבלי אזהרה ויזואלית עד לשבר שביר פתאומי. דורשת שילוב ספציפי של חומר+מאמץ+סביבה.
Intergranular Corrosion — בין-גבישית
מנגנוןהתקפה לאורך גבולות גרגר, לרוב אחרי ריתוך
חומרהגבוהה — מחלישה את החומר ללא סימן חיצוני
דוגמה"Weld Decay" ב-SS 304 לא-מיוצב
נגרמת מ-Sensitization — שקיעת קרביד כרום בגבולות גרגר באזור המושפע-חום (HAZ). פתרון: SS "L" grade (304L, 316L) עם פחמן נמוך.
Erosion-Corrosion
מנגנוןזרימה מהירה שוחקת את שכבת ההגנה
חומרהבינונית-גבוהה — תלוית מהירות זרימה
דוגמהמפנות צנרת, משאבות, שסתומים
שילוב מכני+כימי: הזרימה מסירה פיזית את שכבת התחמוצת המגנה לפני שהיא מספיקה להתחדש. פתרון: הגדלת רדיוס עקומות, הפחתת מהירות.
Fretting Corrosion
מנגנוןתזוזה מחזורית זעירה בין שתי משטחים במגע
חומרהבינונית — לרוב באזורי מגע/הרכבה
דוגמהחיבורי Press-fit, מסבים, ברגים תחת רטט
התזוזה הזעירה (מיקרונים) שוברת את שכבת החמצון שוב ושוב, יוצרת אבקת חמצון אדומה-חומה אופיינית ("Fretting Debris").
Hydrogen Embrittlement
מנגנוןחדירת מימן אטומי לרשת הגבישית, מפחית גמישות
חומרהקריטית — שבר שביר פתאומי ללא אזהרה
דוגמהברגים מצופים אבץ בציפוי אלקטרוליטי לא-נכון
סכנה עיקרית בציפוי אלקטרוליטי (Electroplating) של פלדות בעלות חוזק גבוה — חובה Bake-out תוך 4 שעות מהציפוי (ASTM B850) להוצאת המימן.
🧪 שיטות בדיקת קורוזיה
בדיקות מואצות מדמות שנים של חשיפה סביבתית בשבועות בודדים — כלי חיוני לאישור חומר/ציפוי לפני ייצור סדרתי.
| שיטה | תקן | משך אופייני | מדמה |
|---|---|---|---|
| Salt Spray (Fog) Test | ASTM B117 | 24-1000+ שעות | סביבה ימית/מלח |
| Cyclic Corrosion Test (CCT) | ASTM D5894 / GMW14872 | שבועות | מחזורי לחות/יובש/מלח — ריאלי יותר |
| Immersion Test | ASTM G31 | ימים-שבועות | טבילה מתמדת בכימיקל/תמיסה |
| Potentiodynamic Polarization | ASTM G5 / G61 | שעות | מדידה חשמלית — קצב קורוזיה מדויק |
| Pitting Resistance (FeCl₃) | ASTM G48 | 72 שעות | עמידות Pitting/Crevice בנירוסטה |
| Intergranular Corrosion Test | ASTM A262 | ימים | רגישות Sensitization בריתוכי SS |
| Stress Corrosion Test | ASTM G30 / G36 | ימים-שבועות | SCC תחת מאמץ מתמשך |
| Humidity/Condensation Test | ASTM D2247 | ימים | לחות גבוהה מתמדת (100% RH) |
⚠️ קורלציה בין Salt Spray לביצועים בשטח אינה ליניארית! "500 שעות Salt Spray" הוא מדד יחסי להשוואת חומרים/ציפויים — לא תחזית ישירה לזמן חיים בפועל בסביבה אמיתית.
קריטריון הערכה — דירוג חזותי
רוב תקני Salt Spray מדרגים לפי % שטח מושפע מקורוזיה אדומה (Red Rust) לפי ASTM D610, או לפי זמן עד להופעת הקורוזיה הראשונה על משטח מצופה.
קצב קורוזיה אלקטרוכימי
Potentiodynamic Polarization נותנת ערך מספרי (mm/year) מתוך עקומת Tafel — הרבה יותר מהיר ומדויק מבדיקת Salt Spray, אך דורש ציוד מעבדה ייעודי.
🌍 קורוזיה בסביבות ספציפיות
🌊 סביבה ימית/אטמוספרית
כלוריד (Cl⁻) מהמלח הוא המניע העיקרי ל-Pitting. חומרים מומלצים: SS 316L (PREN>24), Al 5083/5086, Ti Grade 2. הימנע: SS 304 רגיל, פלדת פחמן לא מוגנת, נחושת ליד אלומיניום.
🏭 סביבה כימית/תעשייתית
תלוי לחלוטין בכימיקל הספציפי — אין "פתרון אחד לכל". חומצה גופרתית מרוכזת = פלדת פחמן דווקא עמידה (שכבת סולפט מגנה); מדוללת = הרסנית לפלדה. חובה בדיקת תאימות כימית ספציפית (Corrosion Chart).
🔥 חמצון בטמפרטורה גבוהה
מעל ~500°C מנגנון שונה לחלוטין מקורוזיה רטובה — חמצון ישיר של המתכת באוויר. דורש סגסוגות עם Cr/Ni גבוה (SS 310, Inconel 600/601) שיוצרות שכבת תחמוצת מגנה יציבה בחום.
🏗️ קרקע/תת-קרקעי
קורוזיה תלוית התנגדות קרקע (Soil Resistivity) וזרמים תועים (Stray Currents). צנרת קבורה מוגנת בד"כ בשילוב: ציפוי חיצוני (Coal Tar/FBE) + הגנה קתודית (אנודת קרבן או זרם מוטבע).
🧊 קריוגני
בטמפרטורות נמוכות קצב הקורוזיה עצמו יורד משמעותית, אך יש לבדוק שבריריות בקור (Brittle Fracture) של החומר עצמו — לא כל חומר עמיד-קורוזיה מתאים גם לטמפ' קריוגניות.
💧 מים מותפלים/DI Water
מים נטולי מינרלים (DI/RO) הם למעשה תוקפניים יותר מכימיקלים "אגרסיביים" למראה — חוסר יונים גורם למים "לשאוב" יונים מהמתכת עצמה. דורש SS 316L או פלסטיק (PVDF/PTFE) במערכות טיהור מים.
📋 תקנים מרכזיים בתחום הקורוזיה
| תקן | נושא |
|---|---|
| ASTM B117 | Salt Spray (Fog) Testing — הבדיקה הנפוצה ביותר |
| ASTM G31 | Laboratory Immersion Corrosion Testing |
| ASTM G48 | Pitting and Crevice Corrosion Resistance (FeCl₃) |
| ASTM G5 / G61 | Potentiodynamic Polarization Measurements |
| ASTM A262 | Intergranular Attack Susceptibility (Stainless) |
| ASTM G30 / G36 / G38 | Stress Corrosion Cracking Testing |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | חומרים לסביבת נפט/גז חמצני (Sour Service) |
| ASTM B850 | Post-Coating Baking למניעת Hydrogen Embrittlement |
| ISO 9223/9224 | סיווג קורוזיביות אטמוספרית (C1-CX) |
| ASTM D1654 / D610 | הערכת דירוג קורוזיה על משטחים מצופים |
💡 NACE MR0175 קריטי בתעשיית נפט/גז — קובע אילו חומרים מותרים בסביבת H₂S (Sour Service) כדי למנוע Sulfide Stress Cracking, תת-סוג של SCC.