RDZA
Terminem korozja określa się zjawisko niszczenia materiałów pod wpływem działania otaczającego je środowiska (atmosfery, opadów, wód), jak i czynników technologicznych uwalnianych do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Są nimi tlenki siarki, azotu, dwutlenek węgla, kurz, itp. oraz wszelkiego rodzaju chemikalia. Najczęściej zjawisko korozji odnosimy do metali i ich stopów, jednakże dotyczy ono również tworzyw niemetalowych, takich jak beton, materiały ceramiczne, tworzywa sztuczne, itp. O skali problemu zniszczeń wywołanych przez korozję świadczy fakt, że około 25% produkcji stali jest zużywane na zastąpienie strat spowodowanych korozją. W szczególności problem korozji dotyczy konstrukcji wykonanych z żelaza, gdzie proces korozji nazywany jest rdzewieniem. Produktem rdzewienia jest rdza, która okazuje się jest uwodnionym tlenkiem żelaza(III) o przybliżonym wzorze 2Fe2O3*3H2O. Zauważono, że żelazo nie rdzewieje w suchym powietrzu i wodzie pozbawionej całkowicie tlenu a natomiast proces ten pojawia się, kiedy w wodzie pojawi sie tlen a ulega przyspieszeniu w obecności kwasów, naprężeń w metalu, przy styczności z metalem mniej aktywnym oraz w obecności samej rdzy. Badania nad korozją wykazały, że najczęściej przebiega ona według mechanizmu elektrochemicznego i chemicznego. Stąd zależności od czynników wywołujących korozję, warunków i przebiegu procesu korozyjnego, występują różne rodzaje korozji, a mianowicie;
· korozja elektrochemiczna
· korozja chemiczna
Korozja elektrochemiczna jest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem korozji z jakim spotykamy się codziennie. Powstaje ona w środowisku wilgotnym i ma mechanizm elektrochemiczny, który polega na tworzeniu się lokalnych ogniw korozyjnych na powierzchni metalu. W każdym przypadku istotnym składnikiem tych ogniw jest roztwór elektrolitu, który powstaje w wyniku rozpuszczenia w wodzie takich substancji jak tlen, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenki azotu i inne. W przypadku deszczu lub konstrukcji ukrytych pod wodą na powierzchni metalu pojawia się nieskończona ilość takich ogniw korozyjnych a cała powierzchnia przykryta jest warstwą wody.
Elektrody w ogniwie korozyjnym powstają wskutek:
· różnicy naprężeń w samym metalu, powstałe w czasie chłodzenia stopionego metalu,
· obecności w samym metalu wtrąceń innego metalu, grafitu w przypadku stali węglowych lub też elementów konstrukcyjnych wykonanych z metalu bardziej szlachetnego,
· różnicy stężeń w roztworach soli lub tlenu, mającymi kontakt z powierzchnią metalu
Przyczyn korozji elektrochemicznej należy doszukiwać się w wartościach potencjałów z szeregu napięciowego metali a znajomość mechanizmu pozwala nam zapobiegać korozji. Głównym winowajcą powstawania korozji elektrochemicznej jest woda. Każdy metal położony w szeregu napięciowym niżej niż -0,83 V może zostać utleniony przez wodę w standardowych warunkach w wyniku reakcji połówkowej.
2H2O(c) + 2e- <=> H2(g) + 2OH-(aq) Eo = - 0,83 V
Korozja chemiczna polega na bezpośrednim ataku czynnika korozyjnego na metal lub stopy i charakteryzuje się tym, że przez metal podczas reakcji z czynnikiem korozyjnym (utleniaczem) nie przepływa prąd elektryczny. Wymiana elektronów między metalem a utleniaczem przebiega w środowisku nie wykazującym przewodnictwa jonowego. Reakcję korozji według mechanizmu chemicznego można przedstawić za pomocą ogólnego równania.
mM + nU --> MmUn
gdzie: M - metal, U - utleniacz
Najpospolitszym przykładem tego typu korozji jest korozja w gazach w podwyższonej temperaturze, a w szczególności tzw. zendrowanie żelaza. Żelazo czyli stal, ogrzewane w powietrzu lub ogólnie w atmosferze utleniającej, powleka się warstewką tlenków żelaza głównie: Fe3O4, ale powstają także pewne ilości Fe2O3 i FeO, wskutek bezpośredniej reakcji między żelazem a tlenem czy też innym czynnikiem utleniającym.
Korozja chemiczna atakuje zwykle równocześnie całą powierzchnię metalu narażoną na zetknięcie z czynnikiem korozyjnym albo prowadzi do wytworzenia szczelnie przylegającej ochronnej warstwy produktów korozji, albo daje w wyniku warstwę porowatą, nie chroniącą metalu. W tym drugim przypadku korozja trwa aż do zupełnego zniszczenia metalu lub wyczerpania czynnika korozyjnego.
Korozja w mikroogniwach
Często na powierzchni przedmiotu wykonanego z jednego metalu powstają obszary o różnym potencjale, czego konsekwencją jest tworzenie się mikroogniw korozyjnych. Przyczyny ich powstania są następujące:
· wtrącenia w strukturze metalu;
· niejednorodność struktury krystalicznej metalu, powstające zwykle podczas obróbki plastycznej lub jako skutek naprężeń (korozja naprężeniowa).
Powstałe obszary o nierównym potencjale tworzą mikroogniwa, w których rozpuszczaniu ulega metal w obszarze o niższym potencjale.
Stal oprócz żelaza zawiera także ok. 0,2 % węgla w postaci grafitu lub węgliku żelaza Fe3C. Na powierzchni stali znajdują się więc obszary o różnym składzie chemicznym, które w zetknięciu z roztworem elektrolitu przyjmują różne potencjały. W mikroogniwach żelazo jest zawsze anodą, natomiast zarówno grafit jak i węglik żelaza pozostają katodą. W rezultacie żelazo ulega utlenieniu i przechodzi do roztworu.
W przestrzeni anodowej żelazo utlenia się do jonów Fe2 (utlenianie jest reakcją anodową) zaś w przestrzeni katodowej zachodzi redukcja rozpuszczonego w wodzie tlenu do jonów OH- (redukcja jest reakcją katodową). Końcowym produktem korozji żelaza jest wodorotlenek żelaza(II), który jest dalej utleniany tlenem atmosferycznym do uwodnionego tlenku żelaza(III) czyli rdzy.
Ochrona przed korozją
Istnieje kilka sposobów ochrony przed korozją:
1. Dobór odpowiedniego metalu lub stopu.
2. Osłabienie agresywności środowiska. Sposób ten można stosować, gdy ilość ośrodka atakującego jest ograniczona. Stosuje się w tym przypadku:
· zmniejszenie depolaryzacji tlenowej przez usuwanie tlenu i elektrolitów o odczynie obojętnym np. odpowietrzanie wody kotłowej
· inhibitory (opóźniacze). Są to substancje organiczne lub nieorganiczne, które dodane do środowiska agresywnego, zmniejszają wybitnie szybkość procesów korozyjnych. Działanie inhibitorów tłumaczy się tworzeniem trudno rozpuszczalnych warstewek zaporowych w miejscach katodowych lub anodowych metalu.
· ochrona katodowa polega na tym, że do konstrukcji chronionej dołącza się zewnętrzną anodę w postaci metalu o potencjale elektrodowym niższym niż materiał chronionej konstrukcji. Płyta taka nazywa się protektorem.
· Połączenie protektora z konstrukcją chronioną wykonuje się przez bezpośredni styk lub za pomocą przewodnika. Materiał chronionej konstrukcji staje się katodą i nie koroduje.
Dobrym materiałem na protektor dla konstrukcji pracujących w wodzie morskiej jest cynk. Ma on zastosowanie do ochrony kadłubów statków, kotłów i rurociągów.
· powłoki ochronne metaliczne. na podstawie działania rozróżnia się powłoki katodowe i anodowe. Powłoki katodowe utworzone są z metalu o potencjale elektrodowym bardziej elektrododatnim niż metal chroniony w danych warunkach oddziaływania środowiska.
Działanie powłoki ochronnej katodowej jest czysto mechaniczne, spełnia swoje zadanie tylko wtedy, gdy powłoka jest całkowicie szczelna.
Powłokami katodowymi na stali są: nikiel, miedź, cyna, ołów, chociaż mogą być stosowane również powłoki wielowarstwowe np. Cu-Ni-Cr.
Powłoki anodowe utworzone są z metalu o bardziej elektroujemnym potencjale elektrodowym niż metal chroniony. Powłoki te chronią metal elektrochemicznie, nawet jeżeli są porowate. Dla stopów żelaza najlepszym pokryciem anodowym jest cynk i kadm.
· powłoki ochronne niemetaliczne otrzymuje się przez wytworzenie na powierzchni metalu chronionego jego związku chemicznego, najczęściej tlenku, fosforanu itp. na drodze reakcji chemicznej lub elektrochemicznej.
· powłoki ochronne niemetaliczne nakładane dzielą się na:
a) nieorganiczne - emalie, powłoki cementowe
b) organiczne - lakiery, smoły, asfalty, smary i farby
Głównym zadaniem tych powłok jest mechaniczna izolacja powierzchni metalicznej od środowiska agresywnego.
1
lauraa_91