KOROZJA

Korozja chemiczna jest to korozja spowodowana działaniem substancji chemicznych, pod warunkiem, że reakcjom chemicznym nie towarzyszy przepływ prądu, np. reakcja metalu z gazem.

Korozja elektrochemiczna jest to korozja spowodowana działaniem substancji chemicznych, gdy reakcjom chemicznym towarzyszy przepływ prądu, np. reakcja metalu z elektrolitem. Najczęściej występuje w przypadku, gdy metal (żelazo, cynk) jest narażony na kontakt z elektrolitami w obecności pierwiastków o większym potencjale standardowym. W takiej sytuacji powstaje ogniwo galwaniczne, w którym pierwiastek bardziej szlachetny (o większym potencjale standardowym) jest katodą, a metal mniej szlachetny anodą. Za katodę najczęściej robią domieszki innych metali, jak również ziarenka grafitu. W miarę rozpuszczania się metalu coraz więcej domieszek zagęszcza się na powierzchni, liczba mikroogniw wzrasta i proces korozji przybiera na sile.

Korozja międzykrystaliczna przebiega na granicy ziaren metalu, powodując spadek jego wytrzymałości i ciągliwości. Postępuje ona bardzo szybko, atakując głębiej położone warstwy, co czasem jest przyczyną katastrofalnych zniszczeń. Korozja międzykrystaliczna występuje często w nieprawidłowo obrabianej cieplnie stali kwasoodpornej i duralowych stopach aluminium.

Korozja naprężeniowa jest to korozja lokalna zachodząca w materiale, w którym znajdują się stałe naprężenia technologiczne lub eksploatacyjne, zachodzi głównie w roztworach stosunkowo mało agresywnych, głównie chlorków (również bromków i jodków). Mogą to być zarówno naprężenia wywołane siłami zewnętrznymi jak i naprężenia własne wywołane np. zgniataniem na zimno, spawaniem. Uważa się, iż materiał pozostający pod wpływem naprężeń, poddany działaniu środowiska korozyjnego jest mniej odporny na oddziaływanie tego środowiska niż materiał nie obciążony. W wyniku naprężeń, powierzchnia metalu nie jest energetycznie jednorodna. Powstają miejsca bogatsze energetycznie, z których jony metalu znajdujące się na powierzchni przechodzą do roztworu łatwiej niż z powierzchni nie zdefektowanej. Powierzchnia zdefektowana staje się biegunem ujemnym a powierzchnia nie zdefektowana biegunem dodatnim ogniwa. W takim ogniwie na anodzie zachodzi proces utleniania. Pęknięcia przebiegają prostopadle do naprężeń głównych i mogą przebiegać wzdłuż granic ziaren (korozja naprężeniowa między krystaliczna) lub poprzez ziarna (korozja naprężeniowa śród krystaliczna).

Korozja zmęczeniowa jest wynikiem współdziałania korozji elektrochemicznej oraz zmiennych naprężeń spowodowanych powstaniem ostrych wżerów przechodzących w pęknięcia wypełnione produktami korozji. Uszkodzenia spowodowane korozją zmęczeniową jest znacznie większe niż suma uszkodzeń wynikających z samego naprężenia zmiennego i korozji elektrochemicznej.

Korozja chemiczna

Korozja chemiczna metali następuje w wyniku działania suchych gazów lub cieczy nie przewodzących prądu elektrycznego.

Przykładem korozji chemicznej może być działanie tlenu na metale w podwyższonej temperaturze w rezultacie, którego na powierzchni metalu powstaje warstwa tlenku. Utlenianie metalu do jego tlenków nie zawsze jest procesem szkodliwym. Jeżeli warstwa tlenku jest dostatecznie zwarta i mocno związana z powierzchnią metalu, chroni ona (pasywuje) metal przed dalszym utlenianiem (aluminium).

Glin jak wynika z jego położenia w szeregu napięciowym metali jest metalem nieszlachetnym. Jednak ten metal i jego stopy odznaczają się w środowisku obojętnym dużą odpornością na korozję, wynikającą z utworzenia się pasywnej, trudnorozpuszczalnej warstwy tlenku. Podobne tlenkowe warstewki ochronne tworzy cynk, chrom i nikiel.

Do korozji chemicznej zalicza się także czernienie przedmiotów srebrnych na powietrzu. Głównym składnikiem ciemnego nalotu jest siarczek srebra powstający w reakcji srebra ze związkami siarki zawartymi w powietrzu.

Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna jest najbardziej powszechnym rodzajem korozji. Należy do niej powszechnie spotykane zjawisko korozji atmosferycznej, która spowodowana jest działaniem na metale wilgotnego powietrza i zawartych w nim zanieczyszczeń.

Korozja elektrochemiczna powstaje wskutek działania krótkozwartych ogniw na styku metalu z elektrolitem. Ogniwa te powstają w rezultacie niejednorodności chemicznej (lub fizycznej) metalu np. na styku różnych metali, bądź wskutek niejednorodności krystalicznej w strukturze metalu. Zachodzi ona na granicy faz poprzez tworzenie się ogniw galwanicznych, Ogniwa te tworzą się z powodu niejednorodności na powierzchni metalu, zanieczyszczeń, uszkodzeń mechanicznych, nieodpowiedniego składu stopu lub składu elektrolitu. Są to lokalne anody i lokalne katody, taka korozja jest miejscowa. Analizując przyczyny powstawania mikroogniw można wywnioskować, że łatwiej skorodować elektrochemicznie stop lub dwa sąsiadujące ze sobą metale (można wtedy przewidzieć jak będzie przebiegać korozja pod względem chemicznym, studiując szereg napięciowy metali) niż czysty metal.

Korozja metali najczęściej objawia się poprzez powierzchniowe ubytki metalu (plamy i wżery), bądź przez obniżenie wytrzymałości metali. Najczęściej szybkość korozji określa się przez ubytek masy próbki metalu pod wpływem działania czynnika korodującego na jednostkę powierzchni i czasu.

Rodzaje korozji elektrochemicznej pod względem powstawania dzieli się na:

• korozja równomierna

• korozja lokalna:

- galwaniczna (kontakt różnych metali),

- erozyjna (przebiega podczas ścierania mechanicznego),

- szczelinowa (powstaje w cienkich szczelinach, zastój elektrolitu),

- wżerkowa (obecność chlorków na spasywowanej powierzchni),

- międzykrystaliczna (wzdłuż granic ziaren metalu),

- pękanie korozyjne

Podstawy teoretyczne korozji elektrochemicznej

Potencjał normalny, szereg napięciowy metali

Potencjał normalny stanowi różnicę potencjałów między elektrodą wodorową a półogniwem składającym się z metalu zanurzonego w roztworze jego soli o stężeniu 1 mol/dcm³ w temperaturze 25^oC. Wartości normalnych potencjałów półogniw dla różnych metali są różne.

Jeżeli normalne potencjały różnych metali uszeregujemy w kolejności wzrastających (lub malejących) wartości to otrzymamy szereg napięciowy metali.

Na<MgAl<Zn<Fe<Cd<Co<Ni<Pb<H<Cu<Hg<Ag<Au

Każdy metal tego szeregu wypiera następne metale z roztworu ich soli. Wszystkie metale występujące w szeregu przed wodorem posiadają ujemne potencjały normalne. Są to metale “nieszlachetne”, które wypierają wodór z kwasów, czyli rozpuszczają się w kwasach z wydzieleniem wodoru. Wszystkie metale występujące w szeregu napięciowym za wodorem posiadają dodatnie potencjały normalne. Są to metale “szlachetne”, które nie wypierają wodoru z kwasów.

Mikroogniwa korozyjne

Stal oprócz żelaza zawiera także ok. 0,2 % węgla w postaci grafitu lub węgliku żelaza Fe₃C. Na powierzchni stali znajdują się obszary o różnym składzie chemicznym, które w zetknięciu z roztworem elektrolitu przyjmują różne potencjały. Powstają w ten sposób mikroogniwa, w których żelazo jest zawsze anodą, natomiast zarówno grafit jak i węglik żelaza pozostają katodą. W rezultacie żelazo

Ochrona metali przed korozją

W zależności od rodzaju korozji i charakteru chemicznego czynników korozyjnych istnieje wiele sposobów zapobiegania lub zmniejszania skutków korozji:

1. Dobór odpowiedniego materiału do warunków środowiska agresywnego.

2. Zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Dla korozji w środowisku alkalicznym jako inhibitory korozji stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i magnezu, zaś w środowisku kwaśnym: krochmal, klej lub białko.

3. Ochrona katodowa. Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji z metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor) ogniwa, natomiast katodą jest obiekt chroniony.

4. Powłoki ochronne.

Podstawowym sposobem ochrony przed korozją chemiczną jest dobór odpowiedniego materiału do warunków środowiska agresywnego

Znacznie można obniżyć działanie korodujące niektórych czynników przez zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Dla korozji w środowisku alkalicznym jako inhibitory korozji stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i magnezu, zaś w środowisku kwaśnym: krochmal, klej lub białko.

Powłoki ochronne

Powłoka ochronna - warstwa materiału nałożona na powierzchnię części metalowej lub niemetalowej w celu zabezpieczenia jej przed korozją lub uszkodzeniami Powłoka metalowa powłoka z metalu na powierzchni chronionego tworzywa; w zależności od sposobu nakładania powłoki rozróżnia się powłoki: elektrolityczne, metalizacyjne, platerowe, kontaktowe.

Powłoka tlenkowa - powłoka wytworzona w sposób naturalny lub sztuczny na metalu lub stopie, w skład której wchodzą tlenki metali podłoża.

Powłoka malarska - powłoka wytworzona wskutek zestalania się ciekłego powłoko twórczego materiału malarskiego (farby olejnej,1akieru itp.), rozprowadzonego na powierzchni pokrywanego materiału (np. metalu) w postaci przylegającej do niej warstewki.

Powłoka anodowa - powłoka z metalu, który w określonym środowisku korozyjnym jest mniej szlachetny niż metal podłoża, a więc jego potencjał elektrochemiczny jest bardziej ujemny niż potencjał chronionego metalu. Powłoka chroni metal podłoża nie tylko w sposób mechaniczny,lecz i elektrochemiczny.
Powłoka katodowa - powłoka z metalu, który w określonym środowisku korozyjnym jest bardziej szlachetny niż chroniony metal, a więc wykazuje potencjał elektrodowy bardziej dodatni niż potencjał chronionego metalu. Powłoka chroni metal tylko mechanicznie i zapewnia ochronę tylko wówczas, gdy jest całkowicie szczelna.

Powłoka chemiczna - powłoka z metalu lub stopu wytworzona w wyniku redukcji chemicznej, najczęściej stosowanym reduktorem jest podfosforyn sodowy, a najczęściej osadzaną powłoką jest powłoka niklowa.

Powłoka galwaniczna - powłoka elektrolityczna z metalu lub stopu nałożona na inny metal lub stop, powstająca w wyniku redukcji prądem elektrycznym (na katodzie) jonów metali do metalu
Powłoka konwersyjna - powłoka niemetalowa wytworzona na powierzchni metalu w wyniku obróbki chemicznej,lub elektrochemicznej, stanowiąca dodatkową warstewkę, w skład której wchodzą związki metalu Takimi powłokami są np.: powłoki chromianowe na cynku, kadmie, srebrze, powłoki tlenkowe na stali.

Powłoka ceramiczna - powłoka z materiału ceramicznego. Powłokę uzyskuje się przez nałożenie sproszkowanego szkliwa na wytrawioną lub w inny sposób przygotowaną powierzchnię metalu a następnie ogrzanie tego metalu w piecu do takiej temperatury, w której szkliwo mięknie i wiąże się z podłożem.

Korozja. Przeciwdziałanie korozji

3

---