AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Chemia Ogólna

Chemia Ogólna

Wykład 7

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

KOROZJA

KOROZJA

Korozja – osłabienie podstawowych własności

materiału w wyniku reakcji z otoczeniem.

Korozja metalu

Korozja cegieł

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

• korozja ogólna,
•

korozja

lokalna:

wżerowa,

szczelinowa,

międzykrystaliczna,
•korozja naprężeniowa,
• procesy korozyjno–erozyjne,
• kawitacja,
• korozja atmosferyczna,
• korozja w betonie,
• korozja w glebie,
• korozja biologiczna,
• korozja wysokotemperaturowa.

Rodzaje korozji

Rodzaje korozji

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Środowiska korozyjne

Środowiska korozyjne

• kwaśne,
• alkaliczne,
• woda morska,
• solanka,
• środowiska organiczne,
• stopione sole.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna (glawaniczna) –

najczęściej występujący typ korozji. Zachodzi

podczas zetknięcia dwóch metali o różnych

potencjałach

elektrochemicznych.

Tworzą

one

ogniwo galwaniczne, gdzie metal o niższym

potencjale stanowi anodę, zaś metal o wyższym

potencjale – katodę.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Żelazo pokryte kroplami wody jako ogniwo galwaniczne

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

ne

Me

Me

n







d

Re

ne

Ox





Mechanizm korozji elektrochemicznej

Mechanizm korozji elektrochemicznej

Zniszczenie metalu następuje w wyniku reakcji

anodowej:

sprzężonej z procesem katodowym:

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Typowe reakcje katodowe:

2

H

2

1

e

H













OH

4

e

4

O

H

2

O

2

2









2

3

Fe

e

Fe









Cu

e

Cu

2

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Ogniwa galwaniczne

Ogniwa galwaniczne

Rodzaj procesu korozyjnego związany jest z:

a)występowaniem naprężeń, b) obecnością wtrąceń,

c) różnicą stężeń.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Schemat ogniwa korozyjnego w rurociągu

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Schemat ogniwa korozyjnego:

a) stal węglowa pokryta miedzią,

b) stal węglowa pokryta cynkiem.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Polaryzacja elektrochemiczna

Polaryzacja elektrochemiczna

Diagram polaryzacyjny dla reakcji: 

O

O + ne  

R

R

nH

+

+ ne  n/2H

2

M  M

n+

+ ne

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Pasywacja

Pasywacja

Pasywacja

Pasywacja – stan odporności korozyjnej aktywnego

metalu w wyniku utworzenia odpornej warstwy

powierzchniowej inhibitującej proces korozji w

określonym środowisku i określonych warunkach pH.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Anodowe zachowanie metali

Anodowe zachowanie metali

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej















e

H

MeOH

)

O

H

(

Me

O

H

Me

ad

ad

2

2









e

H

)

OH

(

Me

2

O

H

MeO

2



O

H

2







 e

MeOH

O

H

Me

2

2







H

rozpuszczanie

pasywacja

Możliwe ścieżki reakcji metalu w wodzie.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Mechanizm of pasywacji

Mechanizm of pasywacji

Źródłem tlenu, niezbędnego dla powstania warstwy pasywnej,

mogą być:

- w środowisku wodnym:
• cząsteczki wody,
• rozpuszczony tlen.

- w środowiskach bezwodnych:

• cząsteczki kwasów tlenowych (H

2

SO

4

, H

3

PO

4

, HNO

3

, HCOOH),

• aniony zawierające tlen (CrO

4

-2

, Cr

2

O

7

-2

, MnO

4

-

),

• cząsteczki rozpuszczalnika (CH

3

OH).

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

2

O

p

3

corr

p

3

k

U

U

i

i







Wpływ stężenia utleniacza na zdolność do pasywacji

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Odpornośc korozyjna stopów zależy od obecności i ilości

składników

stopowych

posiadających

wysokie

powinowactwo do tlenu i zdolności tworzenia warstwy

pasywnej.

Najważniejszym

pierwiastkiem

stopowym

odpowiedzialnym za pasywację jest chrom.

Pasywacja stopów

Pasywacja stopów

Struktura hydroksytlenku chromu

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Wpływ zawartości chromu na pasywację stopu Fe-Cr-Ni w 1M H

2

SO

4

.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Wpływ zawartości chromu na pasywację stopów Fe-Si w 1M H

2

SO

4

.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Wpływ składników stopowych na kształt

krzywych polaryzacji stopów żelaza

.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja wżerowa

Korozja wżerowa

Korozja wżerowa

Korozja wżerowa – rodzaj korozji lokalnej w wyniku której

powstają „dziury” w materiale.

Jest bardziej niebezpieczna od korozji ogólnej, ponieważ

trudniej ją przewidzieć i jej przeciwdziałać.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

metal oxide

salt layer

absorption

of chloride ion

initiation

of pit

development

of pit

Mechanizm korozji wżerowej w chlorkach.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja wżerowa stopu Fe - 18% Cr w CH

3

OH - 1MH

2

SO

4

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja międzykrystaliczna

Korozja międzykrystaliczna

Korozja międzykrystaliczna

Korozja międzykrystaliczna – korozja zachodzą wzdłuż

granic ziaren metalu, osłabiająca znacząco właściwości

mechaniczne stopu.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja międzykrystaliczna części samolotu wykonana ze stopu

aluminum 7075-T6

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja naprężeniowa

Korozja naprężeniowa

Korozja

naprężeniowa

Korozja

naprężeniowa

–

pęknięcia

materiału

spowodowane

naprężeniami

oraz

środowiskiem

korozyjnym.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Korozja naprężeniowa wymiennika cieplnego ze stopu

Inconel z pęknięciami wzdłuż granic ziaren.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Ochrona przed korozją

Ochrona przed korozją

• stopy odporne na korozję,
• kompozyty,
• powłoki ochronne,
• ochrona katodowa,
• ochrona anodowa,
• inhibitory.

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Ochrona katodowa

Ochrona katodowa

Chroniony metal jest katodą – pokrywa się go metalem o

niższym potencjale (protektor), bądź podnosi się jego

potencjał poprzez zewnętrzne źródło zasilania.

pipeline -
cathode

anod
e

current

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Powłoki ochronne metaliczne

Powłoki ochronne metaliczne

0

n

M

ne

M







Zn

2+

+ 2e  Zn

0

Cu

2+

+ 2e  Cu

0

Ni

2+

+ 2e  Ni

0

Cr

3+

+ 3e  Cr

0

Ag

+

+ e  Ag

0

Au

3+

+ 3e  Au

0

Przykłady:

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Powłoki ochronne organiczne

Powłoki ochronne organiczne

D r y in g o ils
B itu m e n s
F o s s il r e s in s

L o w - m o le c u la r

C e lu lo s e d e r iv a tiv e s
N a tu r a l r u b b e r
C a s e in

H ig h - m o le c u la r

N a tu r a l

A lk y d r e s in s
P o ly e s te r s
E p o x y r e s in s
P h e n o lic r e s in s
A m in o r e s in s
P o ly a m id e s
P o ly u r e th a n s
S ilic o n s

C o n d e n s a tio n a n d a d d itio n o lig o m e r s

R u b b e r
P o ly o le fi n
P o ly v in y l c h lo r id e
P o ly v in y l a c e ta te s
P o ly a c r y ls

A d d itio n p o ly m e r s

S y n th e tic

F ilm f o r m in g s u b s ta n c e s

o r ig in f r o m

AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

a) inhibitory anodowe, np. fosforany, krzemiany);

b) inhibitory katodowe, np. Ca(HCO

3

)

2

, polifosforany,;

c) inhibitory anodowo–katodowe, np. aminy.

Inhibitory

Inhibitory