알루미늄에 스테인리스 나사: 어느 쪽이 작은 쪽입니까?

요약: 서로 다른 금속이 닿아 있다고 자동으로 부식되지는 않습니다. 갈바닉 부식에는 세 가지 조건이 동시에 필요합니다. 전위차, 연속된 전해질, 전기 경로이며 이 중 하나만 없애도 멈춥니다. 심각도를 정하는 것은 재료보다 면적비인 경우가 많습니다. 체결 부품은 조립체에서 가장 작은 금속이므로 나사가 양극인지 음극인지에 따라 같은 재료 조합이 완전히 다른 결과로 이어집니다.

두 금속이 그 밖에는 같은 부품 위의 두 가지 도금일 때도 같은 계산이 적용됩니다. 아연 도금 볼트와 흑색 산화 피막 너트는 갈바닉 쌍이며, 돈을 들인 도금이 돈을 들이지 않은 부품을 조용히 보호하고 있습니다.

육각 소켓 나사로 체결한 알루미늄 판 두 장의 단면. 접촉부에 붉은 공식 고리가 있습니다.

세 가지 조건, 모두 필요합니다

갈바닉 부식에 필요한 조건과 각각을 끊는 방법
조건	의미	끊는 방법
전위차	그 환경에서 두 금속의 전위가 다릅니다	전위가 더 가까운 재료를 고릅니다
전해질	연속된 전도성 막: 결로, 염수 분무, 세척수, 빗물	도장, 실링, 배수, 환경 관리
전기 경로	둘 사이의 전도 경로. 대개 접촉 자체입니다	절연 와셔, 절연 슬리브

셋 다 있거나 아무 일도 없거나입니다. 그러니 “다른 금속끼리는 반드시 부식된다”는 틀린 말입니다. 건조한 실내 캐비닛에서는 알루미늄에 박은 스테인리스 나사가 오래 갑니다. 두 번째 조건이 성립하지 않기 때문입니다. 이 약속을 깬 체결부는 모두 건조하다고 여겨졌던 곳입니다. 냉난방이 없는 창고는 밤에 이슬점 아래로 내려가고, 도로에서 튄 물은 바다를 본 적 없는 조립체에 염화물을 실어 나르며, 세척수는 표면이 마른 것처럼 보인 뒤에도 오래 나사산 골에 남습니다. 그러니 공간의 이름을 믿지 말고 연간 젖어 있는 시간을 세십시오. 사용 환경이 그 막을 만드는지 확인하는 일이 어떤 재료표보다 가치가 있습니다.

심각도는 면적비가 정합니다

전체 전류는 전지 전체의 특성이지만 부식은 양극에서 일어납니다. 같은 전류가 넓은 면적에 퍼지면 완만한 전면 손실이고, 좁은 면적에 몰리면 빠른 국부 공격입니다.

같은 두 금속, 정반대의 결과
배치	양극	면적	결과
알루미늄에 스테인리스 나사	알루미늄	큰 양극, 작은 음극	공격이 넓은 면적에 퍼집니다. 비교적 견딜 만합니다
스테인리스에 알루미늄 나사	나사	작은 양극, 큰 음극	공격이 체결 부품에 집중됩니다. 가장 나쁜 배치입니다

그래서 체결 부품 재료는 “어느 쪽이 더 내식성이 좋은가”만으로 고를 수 없습니다. 나사는 그 자리에서 가장 작은 금속이므로 양극 쪽에 두면 체결부 전체의 부식 전류가 나사에 몰립니다. 여기서 일반 설계 원칙이 나옵니다. 체결 부품은 음극 쪽이 되도록 하십시오.

이 시점에서 사람들이 찾는 적합성 표는 그 표가 들어 있지 않은 규격에서 나온 것으로 잘못 알려져 있습니다. 양극 지수 표를 참고하십시오.

스테인리스에는 잊히는 전제 조건이 있습니다

스테인리스는 갈바닉 계열에서 귀한 쪽 끝에 가깝습니다. 그러나 그것은 부동태 상태의 스테인리스입니다. 부동태 피막은 유지되려면 산소가 필요하고, 나사산은 구조상 산소가 부족한 틈입니다.

그런 틈 안에서 스테인리스는 부동태를 잃고 활성 거동 쪽으로 옮겨 갈 수 있으며, 그러면 전위가 움직여 설계의 전제였던 관계가 무너집니다. 틈 부식이 공식과 함께 다뤄지는 이유도, A4의 몰리브덴이 염화물 환경에서 차이를 만드는 이유도 여기에 있습니다.

그러면 도금하면 됩니다. 다만 그 방벽에는 유효 기간이 있습니다

도금은 전해질을 차단하거나 접촉부의 전위를 바꿉니다. 그 효과는 피막이 온전할 때만 유지됩니다. 마모, 체결 시 긁힘, 처음부터 덮이지 않은 부위가 생기면 노출된 소지 금속은 작고, 이는 바로 작은 양극이라는 불리한 조건입니다.

아연은 쌍의 방향을 뒤집습니다. 해수 중 갈바닉 계열에서 아연은 알루미늄보다 양극 쪽에 있으므로, 알루미늄 부품에 박은 아연 도금 나사에서는 알루미늄 대신 도금이 부식됩니다. 주변이 대가를 치르는 스테인리스 나사와는 정반대의 분담입니다. Electrochemistry에 실린 2024년 연구는 0.01~2 M 염화물 범위에서 아연과 A1050 알루미늄 사이의 극성이 유지됨을 확인했습니다. 물리 상수가 아니라 강한 기본 가정으로 취급하고, 아연 몇 마이크로미터는 예산이라는 점을 기억하십시오. 무엇이 먼저 바닥나느냐가 무엇을 살지 정합니다.

작은 치수에서는 이 문제가 더 날카롭습니다. 피막이 원래 얇은 데다 M1~M1.4에서는 나사산 공차가 도금 몫을 따로 남겨 두지 않으므로 쓸 수 있는 두께가 제한됩니다. 도금은 영원히 버티는 방벽이 아니라 관리해야 하는 대상으로 취급하십시오.

설계에서 쓸 수 있는 네 가지 수단

전기 경로를 끊습니다. 절연 와셔와 절연 슬리브. 둘 다 필요하다는 점에 유의하십시오. 한쪽만 처리하면 여전히 도통됩니다. 탭 구멍에 체결하는 나사는 이 방법으로 아예 절연할 수 없습니다. 나사산 접촉이 곧 체결부이기 때문입니다. 그래서 그 경우 실효적인 방어선은 다음 항목인 실링입니다
전해질을 끊습니다. 도장, 실링, 배수. 체결부에 물이 고이지 않게 합니다
전위차를 줄입니다. 전위가 더 가까운 재료를 고르거나 양쪽을 같은 그룹 안에 둡니다
면적비를 바꿉니다. 큰 음극에 작은 양극을 맞대지 않습니다. 무언가 희생해야 한다면 더 큰 부품이 희생하게 합니다

실무에서는 두 가지 이상을 조합합니다. 어떤 단일 대책도 사용 중에 실패할 수 있기 때문입니다. 실링은 노화하고, 절연재는 체결 시 눌려 찌그러지며, 도금은 닳아 없어집니다. 방어선 하나에 기댄 설계는 그 방어선이 절대 무너지지 않는다는 데 신뢰성을 거는 셈입니다.

⚠️ 또 하나 유의하십시오. SEMS 나사의 와셔는 제조 단계에서 짝지어집니다. 부식 대책상 다른 재료나 절연 재료의 와셔가 필요하다면 SEMS 나사로는 해결할 수 없습니다.

견적 요청과 함께 보내 주십시오

상대 재료가 무엇인지: 단순히 “금속”이 아니라 알루미늄, 마그네슘, 아연 도금 강, 탄소 복합재처럼 구체적으로. 모두 거동이 다릅니다
사용 환경: 건조한 실내, 내륙 옥외, 해안, 염화물 세척
현재 쓰는 재료와 표면 처리
절연재나 실링이 있는지, 정비 때 제거되는지

두 번째 항목이 가장 자주 빠지며, 세 조건이 성립하는지 자체를 결정합니다. 한 문장이면 충분합니다. 스테인리스 주문서에 넣을 네 줄과 같은 이야기입니다.

이 글은 5단계: 표면 처리를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

스테인리스 나사는 알루미늄을 부식시킵니까?

부식되는 쪽은 알루미늄입니다. 알루미늄이 쌍의 양극이므로 구멍 주변 알루미늄에 흰 부착물과 공식이 나타나고 나사는 반짝이는 상태로 남습니다. 정말로 건조하게 유지되는 체결부에서는 갈바닉 전류가 거의 없습니다. 방향도 견딜 만한 쪽입니다. 큰 알루미늄 부품 속의 작은 귀한 나사는 공격을 얇게 분산하지만, 스테인리스 조립체 속의 알루미늄 체결 부품은 공격을 집중시킵니다.

아연 도금 나사는 알루미늄을 부식시킵니까?

대개 그 반대입니다. 해수 중 갈바닉 계열에서 아연은 알루미늄보다 양극 쪽에 있으므로 도금이 희생하여 아래의 강과 주변 알루미늄을 함께 보호합니다. 2024년 연구는 0.01~2 M 염화물에서 아연과 A1050 알루미늄 사이의 극성을 확인했습니다. 보장이 아니라 강한 기본 가정이며, 아연은 소모품입니다. 몇 마이크로미터의 피막은 젖어 있는 시간에 대한 유한한 예산입니다.

나일론 와셔로 갈바닉 부식을 막을 수 있습니까?

그것만으로는 안 됩니다. 머리 자리면은 절연되지만 나사산은 여전히 금속끼리 닿아 있고, 접촉 면적의 대부분은 나사산입니다. 관통 볼트는 절연 슬리브와 양쪽 와셔로 실제로 절연할 수 있지만 탭 구멍에 체결한 나사는 전기적으로 전혀 절연할 수 없으므로, 그 경우 실효적인 대책은 체결부를 실링하고 물이 들어오지 않게 하는 것입니다.

참고 자료

이 글은 원리와 설계상의 절충을 설명합니다. 갈바닉 계열의 순서는 환경과 기준 전극에 따라 달라지므로 재료는 계열의 어느 끝에 가까운지로만 설명하고 전위 값은 인용하지 않습니다. 재료 선정은 사용 환경과 해당 규격에 따릅니다.

문의

알루미늄, 마그네슘 또는 복합재에 체결하는데 견딜지 확신이 없으십니까? 상대 재료, 사용 환경, 현재 사양을 보내 주십시오. 어느 쪽이 양극인지, 면적비가 유리하게 작용하는지 불리하게 작용하는지, 그리고 어느 방어선이 가장 먼저 무너질 가능성이 높은지 정리해 드리겠습니다.

견적 요청

품목과 수량을 알려 주시면 생산 가능 여부, 납기와 가격을 회신해 드립니다.

또는 이메일로 직접 문의　sales@tigerfasteners.com