गैल्वेनिक जंग रोकथाम: फास्टनर में असमान धातुओं का मिश्रण

गैल्वेनिक जंग एक विद्युत-रासायनिक प्रक्रिया है जो तब होती है जब दो भिन्न धातुएं इलेक्ट्रोलाइट (पानी, नमक स्प्रे, नमी) की उपस्थिति में विद्युत संपर्क में होती हैं। कम शुद्ध (अधिक एनोडिक) धातु त्वरित दर से जंग खाती है, जबकि अधिक शुद्ध (कैथोडिक) धातु संरक्षित रहती है। फास्टनर विशेष रूप से कमजोर होते हैं क्योंकि उनका सतह क्षेत्र आमतौर पर उन घटकों से छोटा होता है जिन्हें वे जोड़ते हैं - जब कोई फास्टनर गैल्वेनिक जोड़ी में एनोड होता है, तो जंग की दर समान जंग की तुलना में 10 से 100 गुना अधिक हो सकती है।

गैल्वेनिक श्रृंखला समुद्री जल में इलेक्ट्रोड क्षमता के अनुसार धातुओं को वर्गीकृत करती है। एनोड इंडेक्स एक सरलीकृत और मानकीकृत संस्करण है (समुद्री जल में कैलोमेल इलेक्ट्रोड के विरुद्ध वोल्ट में मापा जाता है) जिसका उपयोग फास्टनर इंजीनियर द्वि-धातु जंग जोखिम का त्वरित मूल्यांकन करने के लिए करते हैं। संपर्क में रहने वाली दो धातुओं के बीच एनोड इंडेक्स का अंतर जितना बड़ा होगा, त्वरित जंग का जोखिम उतना ही अधिक होगा।

तीन शर्तें एक साथ मौजूद होनी चाहिए: (1) विभिन्न इलेक्ट्रोड क्षमता वाली दो धातुएं, (2) उनके बीच विद्युत निरंतरता, और (3) एक इलेक्ट्रोलाइट मौजूद। किसी एक को हटा दें और जंग रुक जाती है।

फास्टनर इंजीनियरों के लिए, परिणाम सरल है: डिज़ाइन चरण में लिए गए सामग्री चयन निर्णय यह निर्धारित करते हैं कि एक असेंबली दशकों तक चलेगी या महीनों में विफल होगी। बिना इन्सुलेशन के स्टेनलेस स्टील और एल्युमीनियम को मिलाना, कार्बन स्टील फास्टनरों को तांबे के फिटिंग के साथ उपयोग करना, या गैल्वेनिक श्रृंखला के समूहों को गलती से पार करना समुद्री, निर्माण और ऊर्जा उत्पादन अनुप्रयोगों में फास्टनर की समय से पहले विफलता के प्रमुख कारण हैं।

गैल्वेनिक जंग को रोकने का सबसे विश्वसनीय तरीका फास्टनर और बेस सामग्री के लिए समान धातु का उपयोग करना है, या ऐसी धातुओं का चयन करना है जो एनोड इंडेक्स पर बहुत करीब हों। जब यह संभव नहीं है (उदाहरण के लिए, जब संक्षारण प्रतिरोध के लिए स्टेनलेस स्टील की आवश्यकता होती है लेकिन सब्सट्रेट गैल्वेनाइज्ड स्टील होता है), तो सामग्री चयन रणनीतियों में फास्टनर के रूप में अधिक शुद्ध धातु का चयन करना (फास्टनर आमतौर पर बेस संरचनाओं की तुलना में बदलने में आसान होते हैं), या जब फास्टनर को बलिदान के रूप में बदला जा सकता है तो कम शुद्ध धातु को निर्दिष्ट करना शामिल है।

नीचे दी गई संदर्भ तालिका एनोड इंडेक्स द्वारा मूल्यांकित सबसे सामान्य फास्टनर-सब्सट्रेट संयोजनों का सारांश देती है। 0.25 V से अधिक एनोड इंडेक्स अंतर के लिए सुरक्षा उपाय आवश्यक हैं; 0.50 V से अधिक अंतर के लिए भौतिक इन्सुलेशन या पूर्ण पुनर्निर्माण आवश्यक है।

समुद्री और रासायनिक प्रक्रिया वातावरण के लिए जहां क्लोराइड की उपस्थिति निरंतर होती है, एल्युमीनियम या कार्बन स्टील सब्सट्रेट के साथ स्टेनलेस स्टील के संयोजन को एनोड इंडेक्स गणना की परवाह किए बिना टाला जाना चाहिए या पूरी तरह से अलग किया जाना चाहिए, क्योंकि क्लोराइड-प्रेरित पिटिंग जंग समग्र गैल्वेनिक सीमा से कम वोल्टेज पर शुरू हो सकती है।

अंतरराष्ट्रीय परियोजनाओं के लिए फास्टनर निर्दिष्ट करते समय, सुनिश्चित करें कि फास्टनर और सब्सट्रेट दोनों ISO या ASTM मानकों के एक ही परिवार के अनुरूप हों - ASTM F593/F594 (स्टेनलेस स्टील) के लिए प्रमाणित फास्टनर को केवल ASTM मानकों के अनुरूप सब्सट्रेट के साथ संयोजित किया जाना चाहिए ताकि ट्रेसेबिलिटी अंतराल से बचा जा सके जो वारंटी दायित्व को प्रभावित कर सकते हैं।

जब भिन्न धातुओं को जोड़ना होता है और एनोड क्षमता अंतर 0.25 V से अधिक होता है, तो इन्सुलेशन विधियाँ विद्युत सर्किट को तोड़ती हैं और गैल्वेनिक प्रवाह को रोकती हैं। सबसे सामान्य इन्सुलेशन विधियाँ गैर-प्रवाहकीय वॉशर, स्लीव, गैस्केट, गैस्केट सील और गैस्केट कंपाउंड हैं। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले इन्सुलेशन सामग्री EPDM (इथाइलीन प्रोपाइलीन डाइन मोनोमर), नियोप्रिन, नायलॉन, PTFE (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन, ब्रांड टेफ्लॉन), और माइका हैं।

EPDM वॉशर और स्लीव एल्युमीनियम या गैल्वेनाइज्ड स्टील सब्सट्रेट से स्टेनलेस स्टील फास्टनर को अलग करने के लिए उद्योग मानक हैं। EPDM ओजोन, UV और पानी के प्रति प्रतिरोधी है, और -50°C से +150°C के तापमान रेंज में काम करता है। 2-3 मिमी मोटाई वाले EPDM वॉशर अधिकांश अनुप्रयोगों में विद्युत निरंतरता को तोड़ने के लिए पर्याप्त हैं।

नायलॉन स्लीव थ्रेडेड फास्टनरों के लिए लोकप्रिय हैं क्योंकि वे सस्ते, स्थापित करने में आसान और अधिकांश रसायनों के प्रति प्रतिरोधी हैं। हालांकि, नायलॉन समय के साथ नमी को अवशोषित करता है और UV एक्सपोजर के तहत खराब हो सकता है, जो इसे बाहरी या डूबे हुए अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त बनाता है। PTFE स्लीव सर्वोत्तम तापमान प्रदर्शन (-200°C से +260°C) और रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करते हैं, लेकिन वे अधिक महंगे हैं और सटीक सहनशीलता के लिए मशीनिंग करना कठिन है।

फ्लैंज जोड़ में गैस्केट सीलिंग आमतौर पर ग्रेफाइट या अरामिड फाइबर इंसर्ट के साथ समग्र गैस्केट, या PTFE से भरे इलास्टोमेर गैस्केट के साथ प्राप्त की जाती है। भाप सेवा के लिए, धातु इंसर्ट वाले ग्रेफाइट गैस्केट मानक हैं। चुने गए गैस्केट सामग्री की परवाह किए बिना, गैस्केट की मोटाई फ्लैंज की सतह की सभी अनियमितताओं को भरने और भार के तहत संपर्क बनाए रखने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए — मानक पाइपिंग फ्लैंज के लिए आमतौर पर 1.5-3.0 मिमी।

यांत्रिक इन्सुलेशन का विकल्प थ्रेड्स पर और फास्टनर हेड्स के नीचे गैस्केट कंपाउंड या सीलेंट लगाना है। ये उत्पाद धातु की सतहों के बीच सूक्ष्म अंतराल को भरते हैं और विद्युत निरंतरता को बाधित करते हैं। समुद्री अनुप्रयोगों के लिए तैयार किए गए गैस्केट कंपाउंड में अक्सर इन्सुलेटेड इंटरफ़ेस पर बलिदान कैथोडिक सुरक्षा प्रदान करने के लिए जिंक या एल्युमीनियम कण होते हैं।

कोटिंग्स और फिनिशेस गैल्वेनिक जंग के विरुद्ध एक और सुरक्षा प्रदान करते हैं, या तो धातुओं के बीच बाधा के रूप में कार्य करके, बलिदान एनोड (जिंक की तरह) के रूप में सेवा करके, या जोड़ी के विद्युत-रासायनिक क्षमता को बराबर करके। कोटिंग का चयन आधार सामग्री, अनुप्रयोग और पर्यावरणीय स्थितियों पर निर्भर करता है।

जिंक कोटिंग कार्बन स्टील फास्टनरों के लिए सबसे सामान्य सुरक्षा है। जिंक स्टील के लिए बलिदान है - जंग के संपर्क में आने पर, जिंक पहले जंग खाता है, अंतर्निहित स्टील की रक्षा करता है। मुख्य प्रकार हैं: ASTM F2329 के अनुसार हॉट-डिप गैल्वेनाइजिंग (HDG), 50-85 माइक्रोमीटर की सामान्य कोटिंग मोटाई के साथ; ASTM B633 के अनुसार इलेक्ट्रोलाइटिक जिंक, 5-25 माइक्रोमीटर मोटाई के साथ; और ASTM F1941 के अनुसार जिंक-फ्लेक कोटिंग्स, 5-15 माइक्रोमीटर मोटाई और हाइड्रोजन भंगुरता का कोई जोखिम नहीं।

जिंक कोटिंग्स को सेवा प्रकार और अपेक्षित सेवा जीवन के अनुसार निर्दिष्ट किया जाता है। बाहरी या समुद्री वातावरण के लिए, 85 माइक्रोमीटर या अधिक के साथ HDG पहले रखरखाव से पहले 20 से 50 वर्ष की सेवा प्रदान करता है। शुष्क इनडोर वातावरण के लिए, 8-12 माइक्रोमीटर के साथ इलेक्ट्रोलाइटिक जिंक पर्याप्त है। जिंक-फ्लेक कोटिंग्स (आमतौर पर ऑटोमोटिव और पवन टरबाइन फास्टनरों में उपयोग किया जाता है) उच्च जंग प्रतिरोध को हाइड्रोजन भंगुरता की अनुपस्थिति के साथ जोड़ती हैं, जो उन्हें उच्च शक्ति वाले फास्टनरों (कक्षा 10.9 और ऊपर) के लिए आदर्श बनाता है।

फास्टनरों पर PTFE या Xylan कोटिंग कम घर्षण और रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करता है, लेकिन गैल्वेनिक सुरक्षा नहीं। ये कोटिंग्स बाधा हैं, बलिदान नहीं - कोटिंग को कोई भी क्षति आधार धातु को उजागर करती है। इसलिए, PTFE-लेपित फास्टनरों का उपयोग केवल उन अनुप्रयोगों में किया जाना चाहिए जहां गैल्वेनिक संगतता अन्य साधनों द्वारा नियंत्रित की गई है।

आक्रामक वातावरण में स्टेनलेस स्टील फास्टनरों के लिए, पिकलिंग और पैसिवेशन (ASTM A967) क्रोमियम ऑक्साइड की परत को पुनर्स्थापित करता है जो जंग प्रतिरोध प्रदान करती है। वेल्डिंग, मशीनिंग, या हैंडलिंग के बाद पैसिवेशन आवश्यक है, जब निष्क्रिय परत दूषित या क्षतिग्रस्त हो सकती है।

जब गैल्वेनिक युग्मन अपरिहार्य होता है और संरचना का अपेक्षित सेवा जीवन 25 वर्ष से अधिक होता है, तो कैथोडिक प्रोटेक्शन (CP) सिस्टम सबसे विश्वसनीय विकल्प हैं। बलिदान एनोड CP संरचना से जुड़े जिंक या मैग्नीशियम के ब्लॉक का उपयोग करता है, जो उनके स्थान पर जंग खाते हैं। इम्प्रेस्ड करंट CP सुरक्षात्मक धारा को चलाने के लिए बाहरी बिजली आपूर्ति का उपयोग करता है। दोनों सिस्टम को एक प्रमाणित जंग इंजीनियर द्वारा डिज़ाइन और कमीशन किया जाना चाहिए, दस्तावेज़ कार्यक्रम के अनुसार आवधिक निगरानी और एनोड प्रतिस्थापन के साथ।