Coroziunea galvanică cupru-aluminiu: cum o preveniți

Coroziunea galvanică (numită și coroziune de contact sau coroziune bimetalică) este una dintre cele mai frecvente probleme din industria electrică atunci când metale diferite, de regulă cuprul și aluminiul, sunt puse în contact direct. În acest articol explicăm de ce este periculoasă, ce consecințe poate avea și cum o rezolvă materialul bimetalic CUPAL.

Ce este coroziunea galvanică?

Coroziunea galvanică este un proces electrochimic care apare atunci când două metale diferite se află în contact direct în prezența unui electrolit (umiditate, vapori, condens). Diferența de potențial electrochimic dintre cele două metale generează un curent electric, iar metalul mai puțin nobil (anodul) se dizolvă treptat, adică se corodează.

Seria potențialelor electrochimice

Pentru a înțelege coroziunea galvanică, trebuie să știm ce poziție ocupă metalele în seria potențialelor electrochimice:

Diferența termodinamică dintre potențialele standard din tabel este de aproape 2 V, însă aceasta este doar o limită superioară teoretică, valabilă pentru metale pure într-un electrolit special. În practică, pe electrozi acoperiți de straturi pasive de oxid de aluminiu și oxid de cupru și montați într-un echipament, tensiunea în circuit deschis a cuplului galvanic Cu/Al se stabilizează de regulă în jurul valorii de ~0,5–1 V, în funcție de starea stratului pasiv. Forța motrice rămâne însă permanent prezentă, de aceea o îmbinare directă Cu/Al se corodează treptat în prezența umidității.

De ce este deosebit de periculoasă combinația cupru-aluminiu?

În distribuția energiei electrice este foarte frecvent ca papucii de cablu din cupru să fie conectați la bare colectoare din aluminiu. Această configurație este deosebit de periculoasă din mai multe motive:

1. Diferență de potențial semnificativă

Așa cum se vede în tabelul de mai sus, diferența termodinamică de potențial dintre cupru și aluminiu este una dintre cele mai mari dintre perechile de metale întâlnite în practică. Chiar și după reducerea datorată straturilor pasive, rămâne o forță motrice de ~0,5–1 V pentru coroziunea galvanică.

2. Prezența umidității

În tablourile electrice, tablourile de distribuție și instalațiile exterioare, umiditatea este aproape întotdeauna prezentă, fie sub formă de condens, fie ca umiditate a aerului. Ea furnizează electrolitul necesar funcționării celulei galvanice.

3. Creșterea stratului de oxid de aluminiu

Pe măsură ce suprafața aluminiului se corodează, se formează un strat de oxid de aluminiu, care este izolant. Acest strat de oxid crește rezistența de contact a îmbinării.

4. Slăbirea îmbinărilor

Produsele de coroziune (oxidul de aluminiu) au un volum mai mare decât metalul inițial, ceea ce slăbește și mecanic îmbinările cu șuruburi.

Consecințe reale

Coroziunea galvanică la îmbinările cupru-aluminiu are consecințe practice serioase:

Creșterea rezistenței de contact

Stratul de oxid și produsele de coroziune măresc rezistența de contact. Aceasta duce la încălzirea îmbinării, care accelerează la rândul ei coroziunea: procesul se autoîntreține într-un cerc vicios.

Supraîncălzire și pericol de incendiu

Rezistența de contact crescută produce căldură. În aplicațiile cu curenți mari, creșterea temperaturii poate atinge un nivel care prezintă pericol de incendiu. Nu este un risc teoretic: numeroase incendii documentate au fost puse pe seama unor îmbinări cupru-aluminiu necorespunzătoare.

Defecte și întreruperi în alimentare

Îmbinările slăbite și corodate se defectează în timp: contact intermitent, scântei și, în final, întreruperea completă a circuitului.

Pierderea garanției

Îmbinările cupru-aluminiu necorespunzătoare nu îndeplinesc cerințele de conexiune impuse de standardele de omologare ale echipamentului (de exemplu IEC 61439, IEC 61238), ceea ce poate duce la pierderea garanției echipamentului și la probleme de răspundere.

Cum rezolvă CUPAL problema?

Tabla bimetalică CUPAL conține simultan cupru și aluminiu: un suport din aluminiu EN AW-1050A și un strat de cupru Cu-ETP, unite inseparabil prin placare prin laminare la rece și sudură prin difuzie. Această soluție tratează problema coroziunii galvanice pe mai multe niveluri:

1. Același metal în contact cu același metal

Șaiba CUPAL sau elementul de tranziție se montează între conductorul de cupru și cel de aluminiu astfel încât:

• Fiecare față să fie orientată spre metalul corespunzător: fața de cupru spre piesa din cupru
• Fața de aluminiu să fie orientată spre bara colectoare din aluminiu

Astfel, pe ambele fețe se ating metale identice: nu există diferență de potențial și nu apare coroziune galvanică.

2. Zona de tranziție este protejată

Tranziția cupru-aluminiu se află în interiorul tablei CUPAL, unde sudura prin difuzie asigură o legătură permanentă și etanșă. Această zonă de tranziție nu este atinsă de umiditate, pe ea nu se formează oxid și procesul de coroziune galvanică nu poate porni.

3. Rezistență de contact scăzută și stabilă

Rezistența de contact a îmbinării CUPAL rămâne scăzută și stabilă pe toată durata de viață a echipamentului, deoarece interfața critică Cu/Al se află în interiorul compozitului, într-un mediu protejat, fără contact cu umiditatea.

4. Fiabilitate pe termen lung

Materialul CUPAL are în spate mulți ani de utilizare. Funcționează fără probleme în numeroase sisteme de distribuție a energiei, tablouri electrice, instalații de protecție împotriva trăsnetului și instalații de energie regenerabilă din întreaga Europă.

Aplicații practice

Șaibe CUPAL

Cea mai simplă și mai frecventă aplicație: șaibele CUPAL de dimensiuni M6–M20 se montează între papucul de cablu din cupru și bara colectoare din aluminiu. Montajul durează câteva minute și asigură imediat o îmbinare protejată, fără coroziune.

Benzi CUPAL

În instalațiile de protecție împotriva trăsnetului și la îmbinările cu papuci de cablu, banda CUPAL se înfășoară în jurul punctului de conexiune, asigurând o tranziție fără coroziune.

Table de tranziție CUPAL

La conexiunile cu suprafață mai mare (bare colectoare, bare de tablou de distribuție) se folosesc table de tranziție CUPAL pentru un contact uniform și o protecție completă împotriva coroziunii, debitate la dimensiune. Articolul despre conectarea conductoarelor de cupru și aluminiu ia pe rând fiecare tip de îmbinare și arată care dintre cele trei forme se potrivește și când e nevoie în locul lor de un papuc bimetalic sau de un manșon de îmbinare.

Prevenție sau reparație ulterioară?

Prevenirea coroziunii galvanice este întotdeauna mai ieftină și mai simplă decât reparația ulterioară. Prețul unei șaibe CUPAL este o fracțiune din costul înlocuirii unei îmbinări defecte, al renovării unui tablou electric sau, în cel mai rău caz, al pagubelor produse de un incendiu.

Standardele de echipamente și conectori (DIN 43671 pentru bare colectoare, IEC 61439 pentru aparatajul de comutație de joasă tensiune, IEC 61238 pentru conectorii de cablu) impun îmbinărilor dintre metale diferite cerințe privind rezistența de contact, creșterea temperaturii și stabilitatea pe termen lung. Elementul de tranziție CUPAL, verificat de decenii, poate fi soluția care le îndeplinește.

Articole conexe

• Ce este CUPAL? Bimetalul cupru-aluminiu
• Standarde de material și de aplicare pentru CUPAL (DIN, IEC, SR EN)

Aveți întrebări despre prevenirea coroziunii galvanice? Solicitați sfatul unui specialist. Răspundem în zilele lucrătoare, în engleză sau maghiară; solicitările scrise în limba română sunt binevenite.

Un caz concret: cablu de cupru pe catarg din aluminiu

O mare parte dintre întrebările pe care le primim se referă la o singură îmbinare: un conductor de cupru pentru egalizarea potențialului, împământare sau protecție împotriva trăsnetului, prins cu șurub pe un catarg din aluminiu, fie la o ambarcațiune cu vele, la un stâlp de antenă sau de telecomunicații, fie la turnul unei turbine eoliene. Ceața salină o face mult mai expusă decât aceeași îmbinare pe uscat. Articolul despre cablul de cupru pe catargul de aluminiu arată ce se degradează, de ce o șaibă din inox doar întârzie coroziunea și ce element de tranziție se potrivește.