Làm thế nào để tránh ăn mòn điện hóa trên các bộ phận cắt bằng laser

Bạn đã bao giờ sử dụng ốc vít thép thông thường hoặc thậm chí là ốc vít thép không gỉ trong một bộ phận nhôm chưa ? Vậy thì ăn mòn điện hóa là một chủ đề mà bạn nên quan tâm. Loại ăn mòn thường bị bỏ qua này thường có thể xuất hiện giống như rỉ sét thông thường. Ăn mòn điện hóa hay còn gọi là ăn mòn kim loại không giống nhau hoặc ăn mòn lưỡng kim, là một loại ăn mòn có thể xảy ra khi hai kim loại của các hợp kim khác nhau tiếp xúc với nhau, làm tăng tốc độ mà một trong hai kim loại đó bị hư hỏng. Sự ăn mòn này thực sự đã gây nguy hiểm cho Tượng Nữ thần Tự do và gây ra một cuộc cải tạo lớn vào những năm 1980! Các thành phần duy nhất cần thiết để quá trình này xảy ra là: hai kim loại của một hợp kim khác nhau và chất điện phân (thường là thông qua nước muối, nước không tinh khiết hoặc thậm chí là độ ẩm cao).

Sự ăn mòn tinh tế và thường bị bỏ qua này sẽ được phác thảo và các bước cần thiết để tránh nó sẽ được giải thích ở bài viết dưới đây. Trước khi đặt hàng chế tạo các bộ phận kim loại, hãy đảm bảo rằng các bộ phận đó sẽ không dễ bị hiện tượng nguy hiểm này.

Ăn mòn điện hóa là gì?

Quá trình ăn mòn điện hóa tương tự như cách hoạt động của pin. Một kim loại có điện thế cao hơn kim loại kia, do đó, dòng điện được tạo ra giữa chúng. Mặc dù quá trình này xảy ra với bất kỳ kim loại nào không giống nhau, nhưng nó phổ biến và gây ra nhiều vấn đề nhất khi có sự khác biệt lớn về điện thế hoặc mức độ phản ứng của kim loại (xem bảng bên dưới).

Sự khác biệt của kim loại chỉ đơn giản là mức độ phản ứng của kim loại dễ bị ăn mòn như thế nào. Ví dụ, sự ăn mòn trên Tượng Nữ thần Tự do xảy ra khi cấu trúc sắt tiếp xúc điện với lớp vỏ đồng của bức tượng. Những kim loại này đủ khác biệt để gây ra nguy cơ ăn mòn điện hóa đáng kể và làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn.

Một ví dụ khác phổ biến hơn là việc sử dụng ốc vít thép mạ kẽm trong thép không gỉ như được hiển thị trong hình ảnh bên dưới. Ngay cả khi kim loại được phủ, lớp phủ vẫn có thể bị hỏng hoặc trầy xước trong quá trình lắp đặt hoặc xử lý, cho phép tiếp xúc trực tiếp giữa hai kim loại và sau đó có thể xảy ra ăn mòn điện hóa nhanh chóng. Hãy nhớ rằng, tiếp xúc chỉ cần đủ để cho phép điện chạy qua giữa hai kim loại, vì vậy rất ít là cần thiết, đặc biệt là nếu thiết kế bị ngập hoàn toàn trong nước. Nếu sử dụng lớp phủ, lớp phủ phải bền và rất kỹ lưỡng khi áp dụng.

Ví dụ bên dưới cho thấy chốt thép mạ kẽm (anode) đã bị ăn mòn nghiêm trọng, đến mức khía trên chốt cho tua vít khó có thể nhận ra. Ngược lại, phần thép không gỉ (cathode) hầu như không bị gỉ, chỉ có một lớp phủ bề mặt mỏng trên một diện tích nhỏ. Lớp phủ bề mặt này thậm chí không đủ để gây ra rỗ, trong khi chốt sẽ rất khó tháo ra do mức độ ăn mòn. Tính toàn vẹn của chốt bị ảnh hưởng nghiêm trọng trong ví dụ này, có khả năng gây thêm nguy hiểm cho thiết kế.

Dưới đây là danh sách các kim loại từ hoạt động mạnh nhất đến ít hoạt động nhất (kim loại quý nhất). Các kim loại càng xa nhau thì ăn mòn điện hóa càng xảy ra nhanh.

Các cách để tránh ăn mòn điện hóa

Có ba cách chính để tránh ăn mòn điện hóa: chọn kim loại tương thích, cách điện các kim loại khác nhau hoặc thêm lớp phủ bảo vệ. Trong ba cách, lựa chọn kim loại tương thích là giải pháp tốt nhất vì nó là vĩnh viễn. Có thể cách điện các kim loại khác nhau bằng cách sử dụng vòng đệm không dẫn điện giữa các chốt. Trên thực tế, bạn ngăn chặn bất kỳ dòng điện nào đi qua giữa hai miếng kim loại không giống nhau, cách điện chúng với nhau.

Có nhiều lớp phủ để lựa chọn có thể giảm thiểu rủi ro ăn mòn điện hóa, mỗi lớp phủ có ưu và nhược điểm riêng. Yêu cầu duy nhất là lớp phủ không dẫn điện, ngoại trừ lớp phủ kẽm. Tất cả các lớp phủ đều có nguy cơ bị hư hỏng trong quá trình lắp ráp, bảo trì hoặc sử dụng, tại thời điểm đó, các kim loại có thể tiếp xúc với nhau và bắt đầu bị ăn mòn nhanh chóng. Một lựa chọn rất phổ biến với đặc tính độc đáo là phủ một bộ phận bằng kẽm thông qua mạ kẽm.
Kẽm là một kim loại không cách điện như các lớp phủ khác, nó hoạt động như một lớp phủ hy sinh để bảo vệ hai phần còn lại khỏi bị ăn mòn. Lớp phủ hy sinh này được gọi là anode hy sinh và được mô tả bên dưới.

Anode hy sinh: Tận dụng lợi thế của ăn mòn điện hóa

Cố ý gắn một miếng kim loại có tính phản ứng cao hơn sẽ bảo vệ các kim loại ít phản ứng hơn khỏi bị ăn mòn; đây được gọi là anode hy sinh. Mặc dù ăn mòn điện hóa thường được coi là tiêu cực, nhưng thực tế nó có thể được sử dụng để mang lại lợi thế cho nhà thiết kế.

Một ví dụ hoàn hảo về điều này là Cầu Howard Franklin ở Tampa, Florida. Các thành phần thép bị ăn mòn nhanh chóng trong nước mặn và việc thay thế hoàn toàn là một nỗ lực cực kỳ tốn kém. Một anode hy sinh làm bằng kẽm đã được sử dụng để bảo vệ kết cấu thép và kéo dài tuổi thọ của cây cầu thêm hơn bốn mươi năm! Ngành công nghiệp đóng tàu cũng đã sử dụng kỹ thuật này trong nhiều thập kỷ để bảo vệ tàu sắt và thép.

Mặc dù các anot hy sinh cần được bảo trì để đảm bảo phần hy sinh không bị ăn mòn hoàn toàn, nhưng đây là cách tiếp cận hợp lệ để bảo vệ các thiết kế khi không có giải pháp lâu dài hơn.

Vật liệu tổng hợp và ăn mòn điện hóa

Trong khi ăn mòn điện hóa thường liên quan đến các cấu trúc kim loại, vật liệu composite sợi carbon cũng có thể tạo ra một ô điện hóa. Điều này đặc biệt có vấn đề vì sợi carbon thường được ghép nối với các thành phần nhôm hoặc đinh tán nhôm để giảm thiểu trọng lượng. Carbon trong sợi carbon là vật liệu dẫn điện rất tốt. Ví dụ, sử dụng đinh tán nhôm trong sợi carbon có thể làm yếu đáng kể các đinh tán trong khoảng thời gian rất ngắn chỉ vài năm; thậm chí còn ít hơn nếu có độ ẩm cao. Sự yếu đi này có thể dẫn đến hỏng hóc về mặt cấu trúc. Giải pháp cho vấn đề này cũng giống như đối với kim loại: sử dụng vật liệu tương thích hoặc cô lập sợi carbon khỏi các kim loại anot. Ví dụ, một lớp sợi thủy tinh duy nhất giữa hai thành phần không giống nhau sẽ hoạt động như một chất cô lập để ngăn sợi carbon phản ứng với nhôm.

Tránh ăn mòn điện hóa trong các bộ phận cắt laser của bạn

Ăn mòn điện hóa là một hiện tượng dễ bị bỏ qua có thể gây ra hậu quả thảm khốc. Ngược lại, khi được sử dụng để mang lại lợi thế cho nhà thiết kế, nó cũng có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí bảo trì.

Khi thiết kế một bộ phận để chế tạo, hãy cân nhắc thêm một lớp chắn không dẫn điện như anot hóa nhôm, sơn tĩnh điện thép hoặc sử dụng chốt phủ oxit đen. Nếu không có cách nào khả thi, hãy cân nhắc thay đổi vật liệu hoặc thậm chí đặt hàng một lớp cách điện.

Khái niệm quan trọng nhất cần ghi nhớ là loại ăn mòn này thường chỉ đáng lo ngại khi các bộ phận tiếp xúc với độ ẩm cao và khi các kim loại khác nhau tiếp xúc trực tiếp. Các môi trường khắc nghiệt hơn, như tiếp xúc liên tục với nước muối, có thể đẩy nhanh vấn đề, vì vậy cần đặc biệt cẩn thận để đảm bảo khả năng chống ăn mòn thích hợp trong những trường hợp này.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về máy cắt laser, hãy liên hệ ngay với bộ phận hỗ trợ của EMC và nhận báo giá ngay hôm nay!