Galvanische corrosie in koelsystemen

Lastige keuzes voor engineers

We hoeven geen enkele engineer uit te leggen dat galvanische corrosie een probleem is. Toch komt corrosie nog wel eens voor als gevolg van de combinatie van metalen. Vaak komt het voor als aluminium wordt gebruikt. Met name koelsystemen hebben er regelmatig last van. Wat is het onderliggende probleem? En hoe los je het op?

galvanische corrosie in koelsystemen

De voorliefde van engineers voor aluminium is begrijpelijk want het heeft een aantal unieke eigenschappen, terwijl het niet buitengewoon kostbaar is:

goede thermische geleidbaarheid
zeer licht in vergelijking tot RVS of messing
goede bewerkbaarheid
goede nabewerking met anodiseren

Waar ontstaat nu het probleem? Galvanische corrosie heeft een elektrolyt nodig om op te treden. En dat is in een koelsysteem in ruime mate voorhanden in de vorm van het koelmiddel. En verschillende metalen die elkaar raken (een andere voorwaarde voor galvanische corrosie) is al snel het geval. Neem dit voorbeeld: een koelsysteem wordt ontworpen uit aluminium vanwege haar thermische eigenschappen. De vloeistof verbinding naar het koelsysteem wordt gemaakt uit kunststof slang. Dit vanuit praktische overwegingen van routering of de overgang van bewegende naar statische onderdelen. In dat geval heb je een koppeling nodig. Deze zijn weliswaar verkrijgbaar in aluminium, maar dat bevat tussen 2%-10% koper. En dat is waar de problemen ontstaan

Meer dan 0.2% koper is al teveel

Boosdoener van deze corrosievorm is dat twee elkaar rakende materialen een galvanisch koppel vormen waarbij het minst edele metaal een potentiaalverhoging tot stand brengt die een versnelde corrosie veroorzaakt bij het andere materiaal. En koper is veel edeler dan aluminium.

Aluminium legeringen die meer dan 0,2% koper bevatten kunnen al galvanische corrosie veroorzaken. En dat is niet alleen het geval bij de gangbare op de markt verkrijgbare aluminium koppelingen (2-10% koper), maar ook bij aluminium lassen. Het toegevoegde lasmateriaal bevat ook meer dan 0,2% koper. Dit koper leidt ertoe dat er vrije koper ionen in het koelmedium komen. En omdat het een gesloten systeem is, worden dat er over de jaren heen steeds meer. Dit veroorzaakt corrosie die soms pas na jaren aan de oppervlakte komt.

hoe los je dat nou op? pvdf of toch aluminium?

De eisen aan koppelingen in koelsystemen zijn duidelijk. De behoefte aan een koppeling met een laag gewicht, goede thermische eigenschappen en goede mechanische eigenschappen. PVDF dan maar? Dat kan. In sommige gevallen. Kijk in ieder geval goed naar de specificaties op het vlak van:

druk
mechanische eigenschappen
chemische eigenschappen
clean verpakking
vacuüm prestaties

PVDF kan een prima oplossing zijn, die we vaak adviseren. Maar als mechanische betrouwbaarheid een vereiste is, dan is aluminium superieur. Er zijn testen gedaan waarbij 100 PVDF koppelingen simultaan getest werden. Daarbij werd 1 koppeling bij montage (volgens voorschriften uiteraard) doordraaide. Wat in theorie dus zou moeten werken blijkt in de praktijk toch anders te liggen.

Ga je voor het maximaal haalbare, dan heeft een aluminium koppeling toch de voorkeur, maar wel gemaakt uit die moeilijk bewerkbare legering. Het heeft tot 2018 geduurd voordat er een fabrikant de uitdaging aanging. Serto levert al zo’n 30 jaar koppelingen en heeft een mooi systeem van radiale montage, waardoor koppelingen minder ruimte innemen en uitgebouwd kunnen worden zonder het leidingwerk los te nemen. Ze gebruiken een metalen knelring waardoor de koppeling meerdere keren gemonteerd kan worden en zowel op buis als op slang gebruikt kan worden (middels een steunhuls in de slang).

PVDF coupling

Aluminium coupling

De aluminium legering die Serto daarvoor gebruikt bevat buitengewoon weinig koper (<0,2%) (AlSi1MgMn / DIN 3.2315). Legeringselementen zoals magnesium, mangaan en silicium geven dit aluminium haar bijzondere eigenschappen. De aluminium knelkoppeling is geanodiseerd en daarmee tegen corrosie beschermd.

Lekdichtheid van aluminium koppelingen

Deze SERTO-verbindingen bereiken daarnaast een extreem lage lekdichtheid, ongeacht de temperatuur en het gebruikte medium. Dit komt omdat ze geen zachte afdichtingsmaterialen gebruiken, die kunnen uitharden of zich kunnen afzetten.

Dit is een bijzonder voordeel over een langere periode en bij gebruik bij extreme temperaturen. De gebruikelijke norm voor een industriële afdichting is gedefinieerd als een leksnelheid van 10-6 mbar l/s. Alle metaalproducten van SERTO gebruiken de veel betere norm van 10-8 mbar l/s. Bovendien kan, wanneer alle afzonderlijke componenten perfect op elkaar zijn afgestemd en de buizen volgens de voorschriften worden verwerkt, lekstromen tot 10-9 mbar l/s behaald worden. Dit overtreft de industriële standaard met een factor 1000.

Vacuum en aluminium: extra uitdagingen

De mogelijkheid om aluminium na te bewerken met anodiseren is geweldig. Het maakt het materiaal minder gevoelig voor corrosie en glad. Anodiseren werkt goed bij objecten met interne holtes en moeilijke vormen zijn ook probleemloos na te bewerken. Maar de oxidelaag die gevormd wordt bij het anodiseren is poreus. Ook na de sealing van de poriën blijft het een oppervlakte met holtes, waar gasmoleculen door adhesie achterblijven. De geleidelijke vrijgave van deze gasmoleculen maakt de toepassing in vacuüm toepassingen moeilijk. Zeer diep en stabiel vacuüm kan dan niet bereikt worden. De koppelingen van Serto zijn standaard blauw geanodiseerd. Maar als diep vacuüm de toepassing is, kan Serto ook niet blauw afgewerkte koppelingen te leveren. Maatwerk is ook mogelijk indien gewenst. Zo is voor een van onze klanten een niet standaardversie in productie met een straight union met specifieke steunhuls.

typische toepassingen bij onze klanten

Vloeistof koeling van optische elementen
In een machine waar zo’n 800 koppelingen gebruikt worden deed het probleem van corrosie zich voor. Met name bij verdeelblokken waarop RVS koppelingen zaten. Maar ook bij lassen in aluminium leidingen deed corrosie zich voor. Deze worden nu doorgezaagd en vervangen door aluminium koppelingen. Het spreekt voor zich dat voor deze situatie de nieuwe koppeling extensief getest is.
Ontkoppeling van mechanische beweging
In een machine voor chip fabricage deed de situatie zich voor dat de wafer op een elektromagnetisch veld drijft en is dus een bewegend geheel. Ook deze unit moest gekoeld worden. Ook in dit geval had men last van overgangscorrosie en had men een galvanische scheiding nodig.
Traditionele warmtewisselaar
In een derde toepassing wordt de koppeling gebruikt in een traditionele koeler situatie. Een radiator waar vloeistof doorheen stroomt reguleert de temperatuur van een luchtstroom zeer nauwkeurig.

Meer informatie?

Meer informatie over onze producten of op zoek naar een oplossing op maat? Neem contact op met onze sales engineers.

NL: +31 70 413 07 00
CN: +86-(0)10-60576210
USA: +(1) 973 383 0691
TW: +886-(0)3-5600560

Of gebruik ons contact formulier

Heeft u al contact met een sales engineer? Neem rechtstreeks contact op:

Vind uw sales engineer