التآكل الجلفاني في الواجهات متعددة المعادن: لماذا يجب ألا يتلامس الألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ

السلسلة الجلفانية، مشروحة لواضع المواصفات

يجب أن تتوافر ثلاثة أمور في آن واحد لحدوث التآكل الجلفاني: معدنان يحتلان موضعين مختلفين في السلسلة الجلفانية، ومسار كهربائي بينهما، وإلكتروليت يصل بينهما. أزل أيّاً منها ولن تعمل الخلية. وكل طريقة عزل تزيل واحداً من الثلاثة.

ترتّب السلسلة الجلفانية المعادن بحسب سهولة تخلّيها عن الإلكترونات في إلكتروليت معيّن، ومياه البحر هي المرجع المعتاد والأقرب إلى واجهة ساحلية على الخليج. عند الطرف النشط يقع المغنيسيوم والزنك، ثم سبائك الألمنيوم، ثم الفولاذ الطري. وعند الطرف النبيل تقع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في حالتها الخاملة وسبائك النحاس. وعندما يقترن عضوان من القائمة يصبح الأنشط منهما الأنود ويتآكل أسرع مما لو كان وحده، ويصبح الأنبل الكاثود ويحظى بالحماية. وكلما تباعد الموضعان اشتدّ الدافع.

بالنسبة لواضع المواصفات تقول القائمة ثلاثة أشياء. الألمنيوم المقترن بالفولاذ المقاوم للصدأ يتآكل من جهة الألمنيوم، والفجوة واسعة. والألمنيوم المقترن بالفولاذ الكربوني يخسر أيضاً من جهة الألمنيوم، وإن كانت الفجوة أضيق. والفولاذ المقاوم للصدأ المقترن بالنحاس أو النحاس الأصفر يقع عند الطرف النبيل والشريكان متقاربان، فالدافع ضعيف. وكلمة «خامل» مهمة: يحافظ 304 و316 على موضعهما النبيل بفضل غشاء أكسيد الكروم على السطح. وحيث ينهار ذلك الغشاء داخل حفرة كلوريدية يتغيّر الموضع محلياً، ولهذا فإن مقال لماذا يتبقّع 304 ويتنقّر قرب الساحل السعودي هو الرفيق لهذا المقال.

تُنشر جهود الأقطاب بالفولت، والإغراء قائم لاقتباسها. قاوِمه: فالأرقام تتغيّر مع الإلكتروليت ودرجة حرارته ومحتواه من الأكسجين، وجدول قيس في مياه بحر جارية لا يصف وصلة رطبة تحت سقف سفلي في الدمام. الترتيب هو ما يحتاجه واضع المواصفات، والترتيب ثابت.

قاعدة نسبة المساحة: لماذا يهمّ حجم كل معدن أكثر من الاقتران نفسه

يحدّد الكاثود التيار الذي تستطيع الخلية الجلفانية دفعه. فالكاثود الكبير المقترن بأنود صغير يركّز كل ذلك التيار على مساحة صغيرة، فيتآكل الأنود بسرعة. والكاثود الصغير على أنود كبير يوزّع التيار نفسه توزيعاً رقيقاً فلا يكاد الأنود يشعر به. هذا هو تأثير نسبة المساحة، وهو ما يقرّر أي تفاصيل المعادن المختلطة تفشل.

بتطبيق ذلك على واجهة: مثبّت من الفولاذ المقاوم للصدأ في لوح ألمنيوم هو كاثود صغير على أنود كبير. يتوزّع التيار من رأس برغي على اللوح كله، ويكون الهجوم، إن حدث أصلاً، بطيئاً وموضعياً. اعكس الترتيب وتنقلب الهندسة ضدك. برشام أو كتيفة من الألمنيوم تثبّت لوحاً من الفولاذ المقاوم للصدأ هي أنود صغير يغذّي كاثوداً كبيراً، ويمكن أن يُلتهم البرشام بالكامل بينما يبدو اللوح سليماً تماماً. والمنطق نفسه يدين شريط تزيين ضيقاً من ألمنيوم 6063 مثبّتاً عبر امتداد من تكسية الفولاذ المقاوم للصدأ، أو شريط منع تسرّب رقيقاً من الألمنيوم تحت غطاء جداري علوي من الفولاذ المقاوم للصدأ.

وتفسّر القاعدة أيضاً لماذا تُعدّ براغي الفولاذ المقاوم للصدأ في هياكل الجدران الستائرية من الألمنيوم ممارسة شائعة بينما البراغي نفسها في صفائح الألمنيوم قرب البحر ليست آمنة دائماً. فالبراغي في الهيكل تجلس في مقطع مبثوق جاف يحيط بها أنود كبير. أما البراغي في صفيحة 5052 على شرفة في جدة فتجلس في ثقب يجمع تكاثفاً محمّلاً بالملح، مع رأس المثبّت كاثوداً دائماً. الاقتران متطابق؛ أما الإلكتروليت والهندسة فلا.

من أين يأتي الإلكتروليت على واجهة خليجية

الوصلة الجافة خاملة؛ وما يلي هو كيف تكفّ الواجهات الخليجية عن أن تكون جافة.

على ساحلي البحر الأحمر والخليج، تحمل جدة والدمام رطوبة عالية مع كلوريد محمول في الهواء من البحر. يترسّب الملح على الأعمال المعدنية الخارجية بوصفه غشاءً، ولأن الأملاح ماصّة للرطوبة يسحب ذلك الغشاء الماء من الهواء الرطب قبل أن يهطل أي مطر. والوصلة التي تبدو جافة بعد الظهر تبتلّ ليلاً عندما يبرد المعدن دون نقطة الندى. والمطر أندر من أن يغسل الترسّب، فيتراكم على مدار السنة. ويمكن لواجهة لا تبدو مبتلّة أبداً أن تشغّل خلية جلفانية كل ليلة.

في الرياض الرطوبة أقل، لكن الغبار ليس نظيفاً. يستقرّ في الشقوق نفسها، ويحتفظ بالرطوبة والأملاح الذائبة، ويسلك سلوك إلكتروليت أضعف. والمعدن الخارجي تحت شمس الصيف السعودي يسخن أكثر بكثير من الهواء، فيجفّ الغشاء أثناء النهار، والتجفيف يركّز الأملاح، فما يبقى عند الغسق أقوى مما استقرّ عند الفجر.

والمواضع التي تحتفظ بالإلكتروليت أطول مدة يمكن التنبؤ بها: الحوافّ الأفقية، والوصلات المتراكبة حيث يُسحب الماء بالخاصية الشعرية، والوجه السفلي للأغطية الجدارية العلوية، والقضيب السفلي للوح حيث يتجمّع ماء الجريان، وأي ثقب مثبّت تشقّق فيه مانع التسرّب. والوصلة التي تصرّف الماء وتجفّ أكثر أماناً بكثير من الوصلة نفسها التي يتجمّع فيها الماء، أياً كانت المعادن. ولهذا فإن نمط شاشة المشربية أو الصفيحة المثقّبة يهمّ بقدر ما تهمّ درجتها: فالأنماط المفتوحة التي تطرد الماء تُبقي عمر الإلكتروليت قصيراً.

طرق العزل التي تنجح

كل طريقة أدناه تزيل واحداً من الشروط الثلاثة. استخدم أكثر من واحدة؛ فالواجهة تُفحص نادراً وتُصلَح بكلفة باهظة.

اقطع المسار الكهربائي عند الوصلة. حلقات من النايلون أو PTFE تحت رؤوس المثبتات، وجلبة نايلون عبر الثقب حتى لا يلامس الساق الألمنيوم أبداً، وحشية من EPDM أو ما يماثله بين كتيفة من الفولاذ المقاوم للصدأ وعنصر من الألمنيوم، هي التفاصيل المعيارية. والجلبة هي الأكثر نسياناً: فالحلقة تحت الرأس لا تفعل شيئاً للأسنان داخل الثقب.

أبعِد الإلكتروليت. أحكم إغلاق الوصلة المتراكبة حتى لا يُسحب الماء بالخاصية الشعرية، وفصّل التجميع بحيث يصرَّف أي ماء يدخل ويجفّ. التصريف أرخص من أي حاجز.

اختر الهندسة. حيث يجب أن يتلامس المعدنان، اجعل الفولاذ المقاوم للصدأ الجزء الصغير والألمنيوم الجزء الكبير. مثبتات من الفولاذ المقاوم للصدأ في الألمنيوم؛ وأبداً لا مثبتات من الألمنيوم في الفولاذ المقاوم للصدأ. واللوح من الفولاذ المقاوم للصدأ على هيكل فرعي من الألمنيوم يُعزل عند كل كتيفة.

اطلِ الكاثود لا الأنود فحسب. الطلاء على وجه التلامس من الفولاذ المقاوم للصدأ يقلّص الكاثود الفعّال. أما الطلاء على الألمنيوم وحده، إذا خُدش عند التركيب، فيترك أنوداً ضئيلاً في مواجهة سطح الفولاذ المقاوم للصدأ كله: أسوأ نسبة ممكنة، وعند نقطة التلف بالضبط.

لا تضف معدناً ثالثاً. كتيفة من الفولاذ الكربوني، S355JR أو مجلفنة، تصل بين الألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ تُدخل موضعين إضافيين في السلسلة واقترانين إضافيين.

أبعِد ماء الجريان من النحاس. الأسطح والمزاريب النحاسية وتكسية النحاس التي تصرّف على ألمنيوم أسفلها تترك آثاراً من النحاس على سطح الألمنيوم، وكل أثر هو كاثود صغير على أنود كبير، يتكرّر عبر الوجه كله.

الاقترانات الآمنة والاقترانات غير الآمنة

يرتّب الجدول اقترانات الواجهات الشائعة بحسب الخطر على الشريك الأنشط في تعرّض ساحلي خليجي، مع السبب والتفصيل الذي يتحكّم فيه. وهو نوعي عن قصد: فالترتيب في السلسلة الجلفانية ثابت، والأرقام ليست كذلك.

الفولاذ المقاوم للصدأ مع النحاس هو الاقتران الوحيد الذي يسلك سلوكاً حسناً، ولهذا يدوم درابزين من الفولاذ المقاوم للصدأ بتجهيزات من النحاس الأصفر. أما لوح من الفولاذ المقاوم للصدأ على كتائف من الفولاذ الكربوني أو المجلفن فهو الفشل الذي يبدو توفيراً عند طرح العطاء ويتحوّل إلى استبدال كتائف خلال فترة العيوب؛ وحالة دورة الحياة مبيّنة في الفولاذ الكربوني مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ للأعمال الإنشائية في الخليج.

واختيار الدرجة ضمن الفولاذ المقاوم للصدأ لا يغيّر الصورة. فكل من 304 و316 وفق ASTM A240 أو EN 10088-2 يقع عند الطرف النبيل عندما يكون خاملاً، بعيداً عن الألمنيوم وقريباً من الآخر. اختر بينهما لمقاومة الجزء المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ نفسه للتنقّر الكلوريدي، وهو ما تغطيه مقارنة 304 مقابل 316، لا من أجل الألمنيوم. وضمن الألمنيوم، يحتلّ المقطع المبثوق المعماري من 6063 وفق ASTM B221 والصفيحة البحرية من 5052 أو 5083 جميعها نطاق الألمنيوم؛ وسبائك الصفائح تقاوم تنقّرها الذاتي على نحو أفضل، لكنها مقترنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ كلها الأنود.

أين تأتي هداية

كلا جانبي الوصلة موجود في كتالوج هداية للصناعات المعدنية: الفولاذ المقاوم للصدأ بدرجات 304 و316 و316L، والألمنيوم من سلسلتي 5000 و6000، يُورَّد من ثلاث مدن وعشرة مواقع وثلاثة مصانع في السعودية، مع فروع في جدة والرياض والدمام. ويصنّع القسم المعماري الشاشات وتكسية المصاعد والمعدن الممدّد، وتعمل خدمة التصنيع من الرسم، فحدّد عليه الحاجز والجلبة والحلقة، وسمِّ المادتين، وبيّن التعرّض.