Korozija i površinska zaštita materijala

Softić Samra, 995

Hemijska korozija

Korozija

• Korozija metala u stvari je obrnut proces od postupka dobijanja metala i ona predstavlja prirodnu pojavu povratka metala u početno ravnotežno stanje.

• Korozija se javlja i kod keramičkih materijala kao gubitak boje, a može se javiti i kod polimera uslijed dejstva sunčevih ultraljubičastih zraka.

Hemijska korozija

• Hemijska korozija sastoji se u reakciji atoma metala iz kristalne rešetke s molekulama nekog elementa ili spoja iz okoline, pri čemu izravno nastaju molekule spoja koji je korozijski produkt.

Hemijska korozija se prema djelovanju okoline može podijeliti :

1. Hemijska korozija u vrućim plinovima (plinska korozija) nastaje u vrućem zraku i u sagorjevnim plinovima, i to pri vrućoj obradi metala ,

2. Hemijska korozija u neelektrolitima, tj. u medijima koji ne provode električnu struju, pri čemu nastaju spojevi metala s nemetalnim elementima

3. Hemijsku koroziju u elektrolitima,bezvodnim organskim tekućinama (jer kod vodnih tekućina dolazi do elektrokemijske korozije).

Brzina i tok hemijske korozije ovise o:• metalu koji korodira (sastav, struktura i

tekstura),• agresivnoj okolini koja ga okružuje (sastav i

koncentracija okoline),• korozijskim produktima (fizikalna i hemijska

svojstva produkata korozije),• fizikalnim uvjetima (temperatura, hrapavost

površine,naprezanja i napetosti),• brzini gibanja okoline.

Hemijska korozija u vrućim plinovima • Do korozije metala dolazi zbog izravnog spajanja atoma

metala s atomima sredine koja ga okružuje. Proces oksidacije i redukcije odvija se istodobno i na susjednim molekulama. Tipičan primjer je korozija bakra u atmosferi s kisikom pri temperaturi od 500 °C.

• Sloj oksida propustan je za kisik pa se proces nastavlja u dubinu. Što je veća debljina oksidnog filma to je manja mogućnost rasplinjavanja i veće kočenje korozijskog procesa. Plinska korozija je osobito jaka pri visokim temperaturama u atmosferi klora, sumpora, dušikovih i ugljikovih oksida. Plinska korozija nastaje često jer se mnogi tehnološki procesi zbivaju u takvim uvjetima: rad motora s unutrašnjim izgaranjem, rad ložišta kotlova i peći i dr.

Hemijska korozija u neelektrolitima

• U nevodljivim otopinama u kojima su neki oksidansi ili tvari koji mogu atomima metalu oduzimati elektrone i prevoditi ga u ionsko stanje. Npr. sumpor mijenja valenciju oduzimajući metalu elektron. Organski spojevi vežu sumpor na sebe stvarajući metalo-organske spojeve. Ti su spojevi većinom topivi, a i ako su netopivi stvaraju rahli korozijski proizvod tako da je korozijski proces ne-zakočen.

Hemijska korozija u elektrolitima

• Hemijsku koroziju u elektrolitima se događa kod čistih metala kod kojih dolazi do izravne izmjene elektrona. Tipičan je primjer korozija cinka u solnoj (kloridnoj) kiselini:

• Taj postupak “gašenja” solne kiseline poznat je odavno, a danas se upotrebljava za dekapiranje čeličnih limova prije lemljenja.

Sumarni tok rasta sloja korozijskih produkta

1. Linearan rast sloja korozijskih produkata2. Paraboličan rast sloja korozijskih produkata3. Logaritamski rast sloja korozijskih produkata

Wangerova teorija hemijske korozije• Wagnerov mehanizam oksidacije objašnjava analogno

elektrohemijskom članku. Površina metala je anoda na kojoj se odvija oksidacija (atomi metala oslobađaju elektrone). Površina oksida je katoda na kojoj se odvija redukcija kisika (atomi kisika primaju elektrone).

Hemijska korozija ugljičnog čelika

Hemijska korozija aluminija, nehrđajućeg čelika i titana

Hemijski korodirani predmet od Al

Hemijski korodiran predmet od Ti

Svojstva oksidnih prevlaka• Korozijski produkti koji nastaju kemijskom korozijom na površini

metala mogu se s obzirom na svoja zaštitna svojstva prema daljnjoj korozij podijeliti u tri kategorije:

1. Kompaktni korozijski produkti koji dobro pokrivaju metal štitit će ga od daljnje korozije ( Al i nehrđajući čelik u atmosferskoj koroziji)

2. Korozijski produkti koji potpuno ne pokrivaju metalnu površinu zbog pukotina u sebi ili je volumen korozijskog produkta manji od V-a korodiranog metala, ( čelik, alkalni i zemno-alkalni metali ).

3. Korozijski produkti koji ne ostaju na površini metala već se naprimjer, otapaju u tekućini. Metal je uvijek “gol” i nije zaštićen ( cink u solnoj kiselini ).

Fizički faktori koji utiču na brzinu hemijske korozije

• Ako je volumen oksida manji od volumena korodiranog metala nastali oksidne može pokriti metal pod sobom i korozija će napredovati. S druge strane ako je volumen korozijskog produkta mnogo veći od volumena metala koji je korodirao, oksidni sloj će se ljuštiti, bit će rahli i također neće pružiti dobru zaštitu. Pilling-Bedwords faktor je omjer volumena oksida i metala potrošenog u tom procesu .

Pilling – Bedwords-ov faktor

• Unutrašnja naprezanja nastaju kada je razlika između Vk i Vm veća. Ako su naprezanja veća od sila spajanja korozijskog produkta i metala sloj će se odvajati i pucati, naročito kod neravnih površina.

Dekarbonizacija čelika• Čelik na povišenoj temperaturi ima vrlo veliku brzina

korozije. Nakon što se stvori oksidni sloj brzina korozije se smanjuje. No, tada dolazi do interesantnog fenomena u kojem atomi ugljika lakše difundiraju iz čelika kroz oksidni sloj do njegove vanjske površine gdje reagiraju s korozijskim agensom. Zbog toga neposredno uz površinu čelika dolazi do smanjenja ugljika, time i do smanjenja čvrstoće i tvrdoće čelika. Do ovog fenomena dolazi samo ako je brzina oksidacije čelika veća od brzine dekarbonizacije.

“Poželjna” korozija

Slučajevi kad produkti korozije kompaktno prekrivaju metalnu površinu i na taj način štite materijal od daljnje korozije osim toga činjenica da produkti korozije najčešće imaju boju različitu od osnovnog metala, koristi se u umjetnosti i arhitekturi.

Kip slobode, New York, SAD - primjer prirodno formiranog estetski prihvatljivog korozionog sloja - patine na bakru.

Jedan od dva velika lava ispred Instituta za umjetnost u Chicago

Picassova „Glava žene“ koja se nalazi u Chicagu

“weathering steel” vrsta čelika (CORTEN) koji u uvjetima atmosferske korozije stvara gustu i kompaktnu oksidnu barijeru daljnjoj koroziji

Zaštita metala od korozije

Konstruktivne metode zaštite od korozije

Zaključak

• Najlakših načina zaštite metala i legura od korozije jeste pravilan izbor materijala za izradu dijelova konstrukcija koje su u toku eksploatacije izložene dejstvu agresivne sredine. Za izbor materijala mogu korisno poslužiti preporuke o korozivnoj otpornosti materijala u određenim agresivnim sredinama (katalozi proizvođača i priručnici). Pri izboru materijala i cijena može biti jedan od značajnih faktora. Nije uvijek ekonomski opravdano upotrijebiti materijal koji ima optimalnu otpornost na koroziju. Ponekad je korisnije izabrati drugi materijal i neku metodu zaštite.

Hvala na pažnji !