Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год. Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта ВТБ для материальной поддержки сайта: 4893470220568296.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
" title="Написать письмо">Написать письмо

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 1238
Просмотры материалов : 4487701
 
Электрическая совместимость металлов (27.06.2015). Печать E-mail
2015 - Июнь
27.06.2015 12:59
Save & Share

Если тот факт, что нельзя медную проводку скручивать с алюминиевой (сгоришь), я уже уяснил - то остальные факты несовместимости металлов были полной неожиданностью. А это - химия, 8 класс...

У каждого металла есть свой электродный потенциал, и соединение двух металлов друг с другом порождает потенциальную гальваническую пару (разность их электродных потенциалов породит электродный потенциал гальванической пары). Чем выше электродный потенциал, тем хуже: процесс перемещения электронов из одного металла в другой, приводящий к разрушению наиболее отрицательного металла.

У меди электродный потенциал +0.4В, у алюминия -1.7В. При их соединении электродный потенциал составит более 2В, что сулит быстрое разрушение более отрицательного металла: алюминия. Разрушение металла приведет увеличению его сопротивления, повышенное сопротивление приведет к повышенному нагреву, что ещё больше увеличит скорость электрохимического процесса и увеличения сопротивления - пожааар!!!

Но электродный потенциал на то и потенциал, что его нужно как-то активировать: простого соединения двух металлов недостаточно. Потенциал 220В в розетке тоже не принесет вреда человеку, пока он пальцы в розетку не засунет. А активируется электродный потенциал при помощи электролита, в роли которого выступает вода, т.е. влага из воздуха. Влага делает из разомкнутой цепи замкнутую, превращая место соединения в подобие короткозамкнутой батарейки. Эта же влага играет и другую пагубную роль: окисляет разрушаемый металл, что приводит к увеличению сопротивления в месте соединения; и именно коррозия ускоряется с повышением температуры на этом сопротивлении.

То есть, если влаги нет совсем - можно хоть алюминий с серебром скручивать. Но это идиллия...

Пусть электродный потенциал активирован. На скорость окисления металла дополнительно влияет также номинал силы тока, текущего в цепи через эту гальваническую пару. А на процесс нагрева места соединения влияет площадь этого соединения, и если оно большое - окисленные участки будут просто выпадать из электрической цепи как большое сопротивление, площадь контакта которого (пока) ничтожна по сравнению с площадью ещё не окисленного соединения. А вот когда площади контакта перестанет хватать для протекающей в цепи силы тока - и пойдет нагрев.

А на качество контакта влияет ещё и термодинамическое свойство металлов: их различное расширение при одинаковой температуре, что приводит даже к деформации алюминия медью в той-самой скрутке при ее нагреве.

Итак, для пожара в доме необходимо:
- использовать грязные металлы (например, медь с чистотой менее 99%);
- соединить проводку из таких металлов, электродный потенциал которых превысит 0.6В. Стандарт, содержащий эту цифру, не найден; но есть любопытное учебное пособие химического факультета МГУ (Морозов И.В, Болталин А.И., Карпова Е.В. Окислительно-восстановительные процессы. Учебное пособие / Москва: Издательство Московского университета, 2003 г.). Там говорится об обратимости окислительного процесса; и пособие содержит эту же граничную величину 0.6В, после которой реакция считается необратимой - и в итоге останутся только конечные продукты этой реакции. В нашем случае алюминий прекратит свое существование;
- сила соединения должна быть слабой, на малом участке: чтобы площадь контакта была как можно меньше;
- положить скрутку в более влажное место, для надежности посыпать солью;
- пропускать через скрутку как можно больший ток.

Чтобы не было пожара в доме, необходимо:
- считать чистоту металла заведомо ниже заявленной или по нижней границе его чистоты;
- соединять металлы, электродный потенциал которых <0.6В. Об этом будут таблицы ниже;
- отдавать предпочтение пайке, клеммам, муфтам, но не скрутке;
- если же скрутка неизбежна - скручивать провода минимум на протяжении 4см, полученное согнуть пополам и сильно зафиксировать как единое целое. Длина даст большую площадь контакта, сгибание обеспечит эффект параллельного соединения двух сопротивлений, фиксация не даст произвольного разъединения с течением времени (термодинамику никто не отменял). Вообще, крепчайшее соединение двух электрических проводников - тема совсем другой статьи, там тоже много премудростей. Согласно ПУЭ 2.1.21 скрутка проводов запрещена;
- изолировать соединение от влаги. Покрасить краской в 2 слоя, например (кисточкой). Продвинутые электрики используют изоляторы, которые начинают просто невыносимо вонять при определенном нагреве. А если электрик вообще божественен - намазывает какой-то смазкой, которая становится текучей при нагреве соединения и вытекает наружу (мгновенная визуальная идентификация соединения как вышедшего из строя и подлежащего замене);
- адекватно оценивать максимальную силу тока, текущую через соединение;
- качество проделанных пунктов основополагающее, если же сделать все через одно место - и такая загорится.

Таблицы электрохимической совместимости металлов и сплавов в интернете попадаются разные. Пришлось делать свою, на основе материалов Википедии и прочих источников, оценивая совместимость по граничному вольтажу (разные значения потенциала для одного и того же металла). Самое интересное, что о сплавах нет вообще никакой информации. То есть нержавейка, легированная сталь, бронза, латунь, чугун, дюралюминий, припой ПОС: откуда по ним взята информация об их электродном потенциале - вообще непонятно. Даже на форумах химиков мне никто не смог ответить на вопрос электродного потенциала сплавов. Значит, их применение как соединения с другими металлами и сплавами пока небезопасно.

 

Металл Алюминий Цинк Хром  Железо Fe2+ Никель Олово Свинец Pb2+ Железо Fe3+ Медь Cu2+ Медь Cu+ Свинец Pb4+ Серебро

Алюминий

(-1.7В)

  - - - - - - - - - - -

Цинк

(-0.76В)

-   + + + +- +- - - - - -

Хром

(-0.74В)

- +   + + +- +- - - - - -

Железо Fe2+

(-0.44В)

- + +   + + + + - - - -

Никель

(-0.25В)

- + + +   + + + + - - -

Олово

(-0.14В)

- +- +- + +   + + + - - -

Свинец Pb2+

(-0.13В)

- +- +- + +     + + - - -

Железо Fe3+

(-0.04В)

- - - + + + +   + + - -

Медь Cu2+

(+0.34В)

- - - - + + + +   + + +

Медь Cu+

(+0.52В)

- - - - - - - + +   + +

Свинец Pb4+

(+0.8В)

- - - - - - - - + +   +

Серебро

(+0.8В)

- - - - - - - - + + +  

О таблице:
- используется жесткое условие <0.6В, т.к. выяснилась ещё одна деталь: в разных местах интернета потенциал одного и того же металла разный. Химики на форумах дали ответ, что в обычных условиях железо -0.44В, медь +0.34В, свинец -0.13В (всегда "2+"). "+-" отмечены места [0.6;0.63]В, на свой страх и риск;
- алюминий - металл-изгой;
- любое железо дружит друг с другом;
- олово дружит с МЕ более отрицательного ряда, медь с МЕ более положительного. Возможно, то же отражается и в свойствах припоев из этих МЕ;
- для некоторых МЕ нужно применять пайку. К примеру, хром - слишком жесткий и колкий МЕ, и его нужно расплавить, чтобы он растекся по поверхности другого МЕ. Или другой МЕ расплавить для растекания по первому.

Об особенностях и неизвестном:
- единственное безопасное фактическое применение припоя ПОС (оловянно-свинцовый, с определенным процентом олова) испробовано на меди, значит электродный потенциал припоев ПОС 60 и ПОС 61 лежит в диапазоне ~[-0.2;1.1]В;
- предполагается, что электродные потенциалы латуни и бронзы близки к меди, т.к. представляют сплавы с большим ее содержанием (66-90%);
- у свинца наибольший диапазон электродного потенциала, поэтому в таблице он занимает лишь показательную роль: нужно знать методику расчета потенциала для разных видов свинца.

Искусственный разрыв гальванической пары (полное избавление от потенциала >0.6В при соединении металлов, которые соединять нельзя):
- использование шайб/муфт/клемм/клеммников из другого металла для разбиения электродного потенциала пары на части. Если нужно соединить серебро с оловом, нужно использовать между ними прокладку в виде медной шайбы, которая разобьет потенциал на 0.46В и 0.48В;
- использование третьего металла, чтобы он разрушался первым, защищая два основных металла. Если нужно соединить цинк с медью, нужно прикрутить оба металла к алюминиевому винту или залить алюминием. При этом все металлы должны касаться друг друга. ЭДС больше 0.6В, коррозия металла будет сильной, но разрушится именно алюминий как наиболее отрицательный металл (и объем разрушаемого алюминия огромен по сравнению соединяемыми металлами). Данный метод используется крайне редко; и есть вероятность наличия своих тонкостей и нюансов.

Обновлено ( 24.08.2016 20:09 )
 
 

Последние новости


©2008-2019. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).