به خوردگی در اثر وجود اختلاف پتانسیل الکتریکی بین فلزات در ارتباط با یکدیگر گفته می‌شود. اختلاف پتانسیل باعث شارش الکترون‌ها بین این دو فلز می‌شود. در این حالت فلز دارای پتانسیل تعادلی کمتر، آند پیل الکتروشیمیایی را تشکیل داده و خورده می‌شود.فلز کاتد خورده نمی‌شود یا خوردگی آن بسیار کم می‌شود. در اتصال دو فلز غیر همجنس،تشدید خوردگی آند را خوردگی گالوانیکی و کاهش خوردگی کاتد را حفاظت کاتدی گویند. به منظور کاهش یا به حداقل رساندن میزان خوردگی گالوانیکی از روش‌های تجربی گوناگون استفاده می‌شود.

روش‌های معمول در این موارد به قرار زیر هستند :

• انتخاب فلزاتی که تا حد امکان در جدول سری گالوانیک به هم نزدیکتر باشند.

• اجتناب از تأثیر نامطلوب مساحت‌ها (آند کوچک و کاتد بسیار بزرگ).

• عایق کردن فلزات غیر همجنس تا حدی که امکان اجرای عملی آن وجود داشته باشد.

• انجام پوشش مناسب مخصوصاً در منطقه آندی.

• استفاده از بازدارنده‌ها جهت کاهش خورندگی محیط.

• اجتناب از اتصالات پیچی در مورد فلزاتی که در سری گالوانیکی از همدیگر خیلی دور باشند.

• طراحی قطعات طوری صورت گیرد که قسمت آندی را بتوان به راحتی تعویض نمود یا این قسمت‌ها به منظور دوام و عمر بیشتر، ضخیم‌تر ساخته شوند.

• تعبیه یک فلز ثالث در تماس با آن‌ها به طوری که نسبت به هر دو فلز قبلی، دارای پتانسیل الکتریکی بالاتری باشد (خاصیت آندی بیشتر).

فلزات را می توان به یک توالی مرتب كرد تا راحت‌تر متوجه شویم هنگام اتصال دو فلز كدام سریع تر خورده می‌شود. به این توالی سری گالوانیک می‌گویند. جدول 1 سری گالوانیک را برای فلزات مختلف بر مبنای الکترولیت آب دریا ارائه می دهد، اگرچه گرافیت یک فلز نیست، اما هدایت آن به اندازه کافی زیاد است که می تواند باعث خوردگی گالوانیک شود، بنابراین در جدول 1 نیز گنجانده شده است. برای هر جفت فلز، فلزی که در سری پایین تر است، فلز فعال تر است و آن که بالاتر است فلز نجیب تر است. هنگامی که دو فلز در تماس هستند، ممکن است فلز فعال تر دچار خوردگی گالوانیک شود. به عنوان مثال، اگر روی با فولاد خفیف در تماس باشد، ممکن است روی دچار خوردگی گالوانیک شود زیرا این فلز فعال تر است.

جدول 1: سری گالوانیک عناصر

برای وقوع خوردگی گالوانیک، فلزات درگیر از دو طریق باید به هم متصل شوند. اول، آنها باید در تماس الکتریکی باشند؛ یا از طریق تماس فیزیکی مستقیم یا از طریق یک ماده هادی دیگر، تا جریان الکتریکی از یک فلز به فلز دیگر برقرار شود. دوم، همچنین آنها  باید در تماس یونی باهم باشند. و این مورد، نیاز به یک الکترولیت دارد، یعنی محلولی حاوی یون هایی مانند نمک محلول، یک اسید یا باز. برای تماس یونی، فلزات ممکن است کاملاً در الکترولیت غوطه ور شوند یا با یک فیلم پیوسته از الکترولیت پوشانده شوند که هر دو فلز را مرطوب می‌کند. بیشتر فلزات هنگام مرطوب شدن دچار خوردگی می‌شوند. بنابراین، با قربانی کردن یک فلز فعال، می‌توان از خوردگی گالوانیک برای محافظت از یک فلز در برابر خوردگی استفاده کرد. فلز فعال‌تر در این حالت، یک آند فداشونده خوانده می شود. به عنوان مثال، روی، آلومینیوم و منیزیم که همگی در سری های گالوانیک زیر آهن و فولاد قرار دارند، بعنوان آندهای فداشونده برای محافظت از فولاد در آب دریا استفاده شده است. تکنیک محافظت از فلز با یک آند قربانی، نمونه ای از یک رویکرد کلی‌تر به نام محافظت کاتدی است که می توان آن را با یک الکترود فلزی و منبع تغذیه نیز انجام داد.

مشکلات ناشی از خوردگی گالوانیک:

محافظه کاران باید هر زمان که دو فلز مختلف در تماس هستند از خطر خوردگی گالوانیک آگاه شوند. بعضی اوقات خطر آشکار است، مانند زمانی که دو فلز به دلایل هنری در سطح خارجی یک مجسمه استفاده می شوند به عنوان مثال، یک مجسمه برنز قلع دار در فضای باز، که در آن شکل یک جسم ساخته شده از فولاد خفیف را دارد، در نظر می گیریم. این فولاد می تواند به دلیل خوردگی گالوانیک زنگ بزند هر وقت باران یا رطوبت زیاد، نمک ها یا آلاینده ها را برای تولید الکترولیت حل می کند، زیرا فولاد در سری های گالوانیک فعال تر از برنز و قلع است. محصولات خوردگی از فولاد برنز را با رنگ زنگ زده لکه دار می کند. توجه داشته باشید که فولاد آلیاژی از آهن با مقدار کمی کربن است (به طور کلی کمتر از 1 درصد وزنی است) اما اغلب به آن به عنوان آهن گفته می شود.

نوع دیگر، کاربرد درون یک قطعه سیمانی یا کامپوزیتی بعنوان اسکلت ساختاری، می تواند باشد و این فلزات ممکن است از دید پنهان باشند. به عنوان مثال، آرماتورهای فولادی به طور سنتی برای پشتیبانی در مجسمه های برنز استفاده می شدند. اگر رطوبت داخل مجسمه، مستقیم یا بوسیله چگالش بدست آید، می توان یک الکترولیت تولید کرد. وقتی برنز و فولاد هم از طریق تماس مستقیم و هم از طریق الکترولیت به هم متصل شوند، فولاد در معرض خوردگی گالوانیک قرار می گیرد. محصولات خوردگی آهن از فولاد خورنده ممکن است بر روی سطح مجسمه نشت کنند، بنابراین رنگ آمیزی می کنند. خوردگی گالوانیک اغلب با انتخاب اشتباه پیچ ها همراه است. در صورت نگه داشتن آلومینیوم با پیچ آلیاژ مس، مس باعث خوردگی گالوانیک در آلومینیوم خواهد شد. این در شکل 1 مشاهده می شود، جایی که ناحیه سفید اطراف پیچ آلیاژ مس مرکزی، خوردگی آلومینیوم است. خوردگی آلومینیوم در کنار آلیاژ مس بدتر است، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. در صورت استفاده از پیچ های فلزی بر روی پلاک های برنز، فولاد می تواند در معرض خوردگی گالوانیک قرار گرفته و لکه های زنگ زدگی را بر روی پلاک‌ها ایجاد کند.

	شکل 1: خوردگی گالوانیک آلومینیوم در اطراف پیچ آلیاژ مس در یک مجسمه آلومینیومی در فضای باز. محصولات خوردگی حلقه سفید را در اطراف سر پیچ پیچ تیره تشکیل می دهند.		شکل 2: نمودار شماتیک خوردگی گالوانیک در اطراف پیچ آلیاژ مس در یک صفحه آلومینیومی.

از آنجا که کربن در جدول سری اول گالوانیک قرار دارد، بیشتر فلزات در تماس با کربن می توانند دچار خوردگی گالوانیکی شوند. حتی الیاف کربن که کاملا در پلیمرها تعبیه شده‌اند در صورت تخریب پلیمر و تماس کربن با یک فلز می توانند مشکلاتی ایجاد کنند. الیاف کربن همچنین می توانند در فلزات تعبیه شوند تا کامپوزیت های ماتریس فلزی تشکیل شوند و این کامپوزیت ها می توانند دچار خوردگی گالوانیکی شوند. در خوردگی گالوانیک غالبا مشاهده می‌شود که یک فلز بر روی دیگری قرار گرفته باشد. رفتار خوردگی بستگی به این دارد که آیا فلز موجود در بالا، به نام فلز آبکاری، فلز فعال تر است یا نجیب تر. یک نمونه متداول که فلز آبکاری فعال تر است، فولاد گالوانیزه است، که در آن فولاد با لایه ای از روی پوشیده شده است. پوشش روی به دو طریق از فولاد محافظت می کند: اول به عنوان یک مانع فیزیکی و دوم از طریق سدی در برابر خوردگی گالوانیک. اگر لایه روی دست نخورده باشد، روی به عنوان یک مانع فیزیکی در برابر رطوبت عمل می کند و فولاد دچار خوردگی نمی شود. اگرچه روی نسبت به فولاد فعال تر است، اما با استفاده از محصولات ضد خوردگی آن، به طور معمول کربنات روی محافظت می شود، و در واقع کندتر از فولاد خورده می‌شود. اگر لایه روی خراشیده شده یا به گونه ای دیگر آسیب دیده باشد که فولاد در معرض آن قرار گیرد، روی ترجیحا خورده می‌شود و از فولاد در معرض خوردگی گالوانیک محافظت می‌کند.

آلومینیوم و کادمیوم نیز در سری‌های گالوانیک زیر فولاد قرار دارند و از هر دو برای محافظت از فولاد استفاده شده است. از آلیاژهای آلومینیوم و روی نیز برای پوشاندن فولاد استفاده می‌شود. در گذشته کادمیوم برای سخت افزار فولادی در مبلمان مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما امروزه به دلیل سمیت آن کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 فلزات اندود شده که فلز آبکاری، نجیب تر است.

آبکاری یک فلز نجیب تر روی یک فلز فعال معمولا به منظور تولید محصولی انجام می‌شود که ظاهر فلز نجیب تر را دارد. برخی از نمونه های آن،  مجسمه های روی اندود شده با مس، نرده‌های پله از جنس برنج با روکش کروم، سینی های مسی با روکش نقره یا اشیا طلاکاری شده است که طلا روی آلیاژهای نقره یا مس اندود شده است. بسیاری از فلزات مختلف را می‌توان روی فولاد اندود کرد: آلیاژهای مس، مانند قاب‌های برنجی یا نقره، در ظروف آشپزخانه؛ کروم، در قطعات خودرو؛ قلع، در قوطی های قلع اندود و نیکل، که غالبا قبل از اینکه کروم در بالای آن اندود شود، روی فولاد اندود می شود. تا زمانی که این پوشش مداوم باشد، بدون تخلخل، فقط فلز نجیب تر در معرض دید قرار می گیرد و به عنوان سدی برای محافظت از فلز زیرین در برابر خوردگی عمل خواهد کرد. اگر فلز نجیب تر به کندی خورده شود، محافظتی که ارائه می دهد به طور بالقوه می تواند مدت طولانی دوام آورد.

اگر فلز آبکاری دارای نواقص باشد یا آسیب دیده باشد، فلز زیرین می‌تواند دچار خوردگی شود. در این حالت، خوردگی گالوانیک اتفاق می‌افتد و میزان خوردگی فلز زیرین را افزایش می‌دهد.

خوردگی فلز زیرین در صورت تمرکز در یک منطقه کوچک، می‌تواند لایه آبکاری را جدا کرده و باعث بلند شدن آن شود. شکل 3 بلند کردن آبکاری نقره را از یک فندق شکن با روکش نقره نشان می دهد، و شکل 4 نشان دهنده پوسته کردن آبکاری کروم از یک لبه چراغ جلو ماشین از جنس فولاد با روکش کروم است. تشکیل فرآورده های خوردگی آهن از فولاد خورنده باعث شده است تا آبکاری مثل یک حباب از سطح بلند شود.

	شکل 3: یک فندق شکن با روکش نقره ای که دچار خوردگی گالوانیک فولاد شده است. تشکیل محصولات خوردگی آهن از فولاد خورنده باعث شده است که روکش آبکاری پوسته کرده و از سطح برچیده شود.		شکل 4:  یک لبه استیل با روکش کرومی برای چراغهای جلو خودرو. این فولاد در معرض خوردگی گالوانیک قرار گرفته است. تشکیل فرآورده های خوردگی آهن از فولاد خورنده باعث شده است تا آبکاری سطح، پوسته کرده و سبب ایجاد لکه های زنگ آهن بر روی سطح کروم گردد.

  جلوگیری و درمان خوردگی گالوانیک:

آگاهی از اینکه چه ترکیبی از مواد ممکن است به خوردگی گالوانیک منجر شود، مهم است. این امر به ویژه در هنگام سفارش کارهای جدید هنری صادق است زیرا جلوگیری از مشکلی در طراحی، بهتر از آن است که بعدا در کار تمام شده، دیده و برطرف شود. هنگامی که دو فلز مختلف در تماس هستند، فلزهای مورد استفاده باید در سری های گالوانیک تا حد ممکن به یکدیگر نزدیک باشند. به عنوان مثال، اگر فولادی برای آرماتورهای داخل یک مجسمه برنز پیشنهاد شده است، باید آن را به فولاد ضدزنگ تغییر دهید، طبق سری گالوانیک (جدول1) روش دیگر برای جلوگیری از خوردگی گالوانیک جدا کردن فلزات مختلف با یک جسم عایق مانند تفلون یا یک پلاستیک دیگر است.

برای جدا کردن دو فلز در یک جسم اندود کاری هیچ کاری نمی توان انجام داد. جسم آبکاری شده ای که فلز نجیب تر در آن قرار دارد نمونه ای از مشکل بنیادی است، زیرا مشکل خوردگی گالوانیک بصورت ذاتی در جسم است. تنها کاری که باید انجام شود این است که شی را در محیطی نگه دارید که منجر به خوردگی گالوانیک نشود. از آنجا که فلزات با اتصال الکتریکی برگشت ناپذیر به یکدیگر وصل می شوند، باید از طریق یک الکترولیت جلوگیری شود. جسم باید در محیط خشک نگه داشته شود و یا با واکس زدن مرتب یا سایر روکش ها محافظت شود. اگر قرار باشد یک مجسمه در بیرون از خانه نمایش داده شود با خوردگی گالوانیک از بین می رود، به عنوان آخرین راه حل، می توان یک ماکت تهیه شده از مواد مختلف را به جای آن در خارج از خانه قرار داد، در حالی که اصل آن در خانه در محیط کنترل شده نگهداری می‌شود. اگر خوردگی گالوانیک تمامیت ساختاری یک جسم را تهدید کند، قسمت های خورنده باید تعویض شوند. این می تواند یک کار چالش برانگیز باشد، خصوصا برای مجسمه های بزرگ.

  مکانیسم خوردگی گالوانیک:

پتانسیل خوردگی و سری های گالوانیک، هنگامی که یک فلز در یک الکترولیت زنگ می‌زند، اتم ها از فلز به یون ها و الکترون ها جدا می شوند (^-e ) ، و یون ها در الکترولیت حل می شوند. به عنوان مثال، برای آهن (Fe) واکنش هست:                                                    

این واکنش آندی نامیده می شود و یون های ⁺Fe² تشکیل می شوند. سایر واکنشها، الکترونها را از بین می برد. به عنوان مثال ، اکسیژن O₂ حل شده در یک الکترولیت می تواند به شکل یون های هیدروکسید  ^-OH واکنش نشان دهد که به شرح زیر است.این یک واکنش کاتدی نامیده می شود.

الکترونها در واکنش آندی در فلز رسوب کرده و در واکنش کاتدی از آن خارج می شوند. هنگامی که الکترونها با همان سرعتی که رسوب می‌کنند خارج شوند، تعادل حاصل می شود. بارهای الکتریکی یون‌ها و الکترون‌ها باعث می‌شوند فلز پتانسیل الکتریکی ایجاد کند. برای یک فلز در حال زنگ زدن، اگر دو یا چند واکنش همزمان اتفاق افتد، به این پتانسیل مخلوط یا پتانسیل خوردگی گفته می شود. سری گالوانیک عناصر در جدول 1 براساس مقادیر پتانسیل خوردگی است. شکل 5 پتانسیل های خوردگی را برای فلزات مختلف و آلیاژهای اندازه گیری شده در آب دریا  نشان می‌دهد. پتانسیل خوردگی به واکنش پذیری فلز درگیر بستگی دارد. به عنوان مثال، فلز روی پتانسیل خوردگی پایین تری (منفی تر) نسبت به آهن ایجاد می کند، و آن را زیر آهن در سری گالوانیک قرار می‌دهد.

پتانسیل خوردگی به تمام واکنش هایی که در سطح فلز رخ می دهد بستگی دارد. بنابراین، به عوامل مختلفی مانند ترکیب الکترولیت و میزان اکسیژن محلول بستگی دارد. در شکل 5، پتانسیل خوردگی هر فلز به دلیل تغییر در چنین عواملی، دامنه ای از مقادیر دارد. همچنین این تغییرات، ممکن است تفاوت در ترتیب فلزات در سری های گالوانیک را نشان دهد.

جداول و نمودارهای منتشر شده از سری های گالوانیک ممکن است استیل ضدزنگ و برخی آلیاژهای دیگر را در دو موقعیت نشان دهد. یک موقعیت، که معمولا با عنوان "منفعل" خوانده می‌شود، در شرایط عادی با آلیاژ مطابقت دارد. این موقعیت برای فولاد ضد زنگ است که در جدول 1 و شکل 5 نشان داده شده است. موقعیت دیگر، که با عنوان "فعال" شناخته می‌شود، در سری گالوانیک پایین‌تر است و در صورت خراب شدن فیلم غیرفعال محافظت از آلیاژ، اعمال می شود، همانطور که در چاله ها و شکاف ها اتفاق می افتد.

شکل 5: سری گالوانیک برای فلزات انتخاب شده در آب دریا. میله های افقی دامنه پتانسیل خوردگی برای هر فلز را نشان می دهند، بر حسب ولت (V) بر مبنای الکترود مرجع کالومل استاندارد (SCE) یا یک الکترود هیدروژن استاندارد (SHE)

خوردگی فلزات در تماس باهم:

هنگامی که دو فلز مانند نقره و آهن در یک الکترولیت به هم متصل می شوند، پتانسیل نهایی این دو، مابین پتانسیل‌های خوردگی هر دو فلز قرار می گیرد. در نتیجه، میزان خوردگی دو فلز تغییر می‌کند. فلز فعال تر (آهن) سریعتر و فلز نجیب تر (نقره)، آهسته تر خورده می‌شود، در عین حال، سرعت واکنش های کاتدی مانند واکنش اکسیژن در جهت مخالف تغییر می‌کند: یعنی واکنش کاتدی بر روی فلز نجیب تر سرعت می یابد و بر روی فلز فعال تر کند می‌شود. افزایش سرعت خوردگی فلز فعال تر در این مثال، خوردگی گالوانیکی است. سری گالوانیک به خودی خود نشان نمی دهد که میزان خوردگی چقدر تغییر خواهد کرد، اگرچه به طور معمول خوردگی گالوانیک برای فلزاتی که در سری های گالوانیک از یکدیگر فاصله زیاد دارند جدی تر است.

شکل 6  نمونه ای از این واکنش‌ها را در منطقه‌ای نشان می دهد که یک لایه نقره اندود شده، آسیب دیده است و آهن زیر آن را در معرض نمایش قرار داده است. خوردگی در این حالت توسط مناطق بین دو فلز تقویت می‌شود. لایه نقره بالا منطقه بزرگی را ایجاد می کند که اکسیژن قادر به واکنش با آن است.

شکل 6 :نمودار شماتیک خوردگی در یک خراش یا نقص در آهن نقره اندود شده.

 منبع : واحد تحقیق و توسعه شرکت پویا شیمی شکوفا