Upload
thien-le
View
217
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
corrosion
Citation preview
Podstawy korozji i ochrony metali przed korozj
Podstawy korozji i ochrony metali przed korozj
Metalrodowisko Oddziaywania
Ukad korozyjnyUkad korozyjny
Zniszczenia korozyjne: pogorszenie funkcji (utrata uytecznoci) metalu, rodowiska lub ukadu technicznego, ktrego s czciami
Metalrodowisko Oddziaywania
rodowiska (zawierajce czynniki korozyjne):- naturalne: atmosfera, gleba, wody, tkanki - zwizane z dziaalnoci czowieka, np: przemys chemiczny,
hutniczy, kosmonautyka, motoryzacja, spoywczy, oczyszczalnie ciekw, itp.
Metalrodowisko Oddziaywania
Metal:- metale, - metale, - stopy metali,- kompozyty z
elementami metalowymi
Metalrodowisko Oddziaywania
Oddziaywania:- elektrochemiczne korozja elektrochemiczna - elektrochemiczne korozja elektrochemiczna - chemiczne korozja chemiczna- mikrobiologiczne korozja mikrobiologiczna - fizyczne wraz z poprzednimi
zwykle wspdziaanie ronych oddziaywa
Pogorszenie funkcji rodowiska
Pogorszenie funkcji rodowiska
Pogorszenie funkcji?
Korozja = samorzutna reakcja
Reakcja:M + O2 MOZmiana entalpii swobodnej reakcji:G0 = G0 (G0 + G0 ) < 0G0 = G0MO (G0M + G0O2) < 0
Zmiana entalpii swobodnej reakcji
Reakcja:M + O2 MO
Dla Fe2O3 G0 = -1484 kJ/molDla Fe2O3 G = -1484 kJ/molAl2O3 - 2281 kJ/molAu2O3 78 kJ/mol
MG0M
G0Mox
Redukcja rudy metalu: reakcja wymuszona
MG0MM
G0Mox
Metal w formie atomowej stan nietrway
MG0M
G0Mox
Korozja: reakcja samorzutna
Mox
Obieg (wielu) metali w przyrodzie
Trwaa forma metalu: elaza tlenek
Ochrona przed korozj
Metalrodowisko Oddziaywania
Oddziaywania:- chemiczne korozja chemiczna- chemiczne korozja chemiczna- fizyczne
Korozja chemiczna w rodowiskach nieelektrolitycznych (gazy, pary,
zwizki organiczne, stopiona siarka, brom) utlenianie metalu w wyniku bezporedniej reakcji
z utleniaczem:
nM + mX MnXmnM + mX MnXm najwiksze straty powoduje korozja wysoko-
temperaturowa (utlenianie, siarkowanie):
nM + mO2 MnO2m powyej 200 - 400C
Korozja chemiczna w rodowiskach nieelektrolitycznych (gazy, pary,
zwizki organiczne, stopiona siarka, brom) utlenianie metalu w wyniku bezporedniej reakcji
z utleniaczem:
nM + mX MnXmnM + mX MnXm najwiksze straty powoduje korozja wysoko-
temperaturowa (utlenianie, siarkowanie):
nM + mO2 MnO2m przykady: korozja turbin gazowych, silnikw
rakietowych, w piecach, w spalinach, przemys petrochemiczny, itd.
Korozja wysokotemperaturowa termodynamika
Warunek utleniania metalu: GT < 0Dla reakcji: nM + mO2 MnO2m
GT0 = RTln(pO r /pO ) < 0GT0 = RTln(pO2r /pO2) < 0
pO2 >pO2r
prno rozkadowa tlenkuzalena od temperatury
Temperaturowa zaleno prnoci rozkadowej tlenku
0,6
0,8
1, a
tm
0
0,2
0,4
0,6
600 700 800 900 1000
temperatura, oC
pO
2r, a
tm
pO2
tlenek powstaje tlenek nie powstaje
nM + mO2 MnO2mnM + mO2 MnO2m
pO2 > pO2r pO2 < pO2r
Temperaturowa zaleno prnoci rozkadowej tlenku
0,6
0,8
1, a
tm
0
0,2
0,4
0,6
600 700 800 900 1000
temperatura, oC
pO
2r, a
tm
pO2
tlenek powstaje tlenek nie powstaje
Prnoci rozkadowe tlenkw powszechnie stosowanych metali
Nawet w wysokich temperaturach prnoci rozkadowe tlenkw wikszoci metali s b. mae powstaj tlenki / metale utleniaj si
Warunki powstawania tlenkw elazapO2r,atm
10-4
100
pO2
FeO Fe
10-2
t, C800 1200 1600 2000 240010-10
10-6
10-8
Fe2O3
Fe3O4
Warunki powstawania tlenkw elazapO2r,atm
10-4
100
pO2
FeO Fe
10-2
t, C800 1200 1600 2000 240010-10
10-6
10-8
Fe2O3
Fe3O4
FeFe
FeO
Fe2O3Fe3O4
Fe
FeO
Fe
FeO
Fe3O4
Mechanizm korozji wysokotemperaturowej
O2
M + O2 MO - adsorpcja tlenu: O2 O2ads
M
Mechanizm korozji wysokotemperaturowejM + O2 MO - adsorpcja tlenu: O2 O2ads
- dysocjacja tlenu: O2ads 2Oads
M
O
Mechanizm korozji wysokotemperaturowejM + O2 MO - adsorpcja tlenu: O2 O2ads
- dysocjacja tlenu: O2ads 2Oads
- jonizacja tlenu: Oads + 2e O2-ads
M
O2-
Mechanizm korozji wysokotemperaturowejM + O2 MO - adsorpcja tlenu: O2 O2ads
- dysocjacja tlenu: O2ads 2Oads
- jonizacja tlenu Oads + 2e O2-ads
- reakcja chemiczna: M2+ + O2-ads MO
Dla dalszego biegu O2
M
MO
Dla dalszego biegu reakcji potrzebna jest dyfuzja reagentw: jonw, elektronw przez warstw produktu / tlenku:
O2-
M2+ e
Mechanizm korozji wysokotemperaturowejM + O2 MO - adsorpcja tlenu: O2 O2ads
- dysocjacja tlenu: O2ads 2Oads
- jonizacja tlenu Oads + 2e O2-ads
- reakcja chemiczna: M2+ + O2-ads MO
Ktre jony dyfunduj szybciej,
M
MO
Ktre jony dyfunduj szybciej, O2- czy M2+?O2-
M2+ e
Promie jonowy, nmO2- 0,140Fe2+ 0,075Fe3+ 0,067Cr3+ 0,065Al3+ 0,050
O szybkoci korozji decyduje dyfuzja kationw metalu do powierzchni tlenku
Kinetyka korozji wysokotemperaturowej
M
temperatura = const
ubytek masy metalu m/S
O2
M
Kinetyczne prawa utleniania
czas
Kinetyka korozji wysokotemperaturowej
M
m/S = kt + C
ubytek masy metalu m/S
M
prawo liniowe: decyduje reakcja chemiczna, staa szybko utleniania, ubytek masy ronie liniowo z czasem
Produkt gazowy lub cieky lub stay, ale warstwa nie zapewnia ochrony (porowata, le przyczepna)
czas
Kinetyka korozji wysokotemperaturowej
M
MO
(m/S)2 = kt + C
ubytek masy metalu m/S
M
prawo paraboliczne: decyduje dyfuzja przez narastajc warstw produktu, ubytek masy jest funkcj pierwiastka z czasu (szybko spada)
zwarta, gruba warstwa produktu = zgorzelina
czas
Kinetyka korozji wysokotemperaturowej
M
MO
(m/S) = klog(At + C)
ubytek masy metalu m/S
M (m/S) = klog(At + C)
prawo logarytmiczne: decyduje migracja przez warstw produktu, ubytek masy jest funkcj logarytmu z czasu (szybko bardzo spada)
cienka (< 0,1 m) warstwa produktu = warstwa nalotowa
czas
Kinetyka korozji wysokotemperaturowej
ubytek masy metalu m/S
prawo liniowe: wysokie temperaturyprodukt nie ma waciwoci ochronnych
prawo paraboliczne: rednie temperaturyzgorzelina
czas
zgorzelina
prawo logarytmiczne: niskie temperaturywarstwa nalotowa
Ochrona przed korozj wysokotemperaturow
Odporno na korozj wysokotemperaturow = aroodporno, zalena od waciwoci ochronnych zgorzelin:
- szczelno,- przyczepno,- wspczynnik rozszerzalnoci cieplnej produktu (tlenku)
podobny jak dla metalu, podobny jak dla metalu, - wysoka temperatura topnienia:
temperatury topnienia: Mg: 650C MgO: 2830CMo: 2620C MoO3: 802C
Ochrona przed korozj wysokotemperaturow
Odporno na korozj wysokotemperaturow = aroodporno, zalena od waciwoci ochronnych zgorzelin:
- szczelno,- przyczepno,- wspczynnik rozszerzalnoci cieplnej produktu (tlenku)
podobny jak dla metalu, podobny jak dla metalu, - wysoka temperatura topnienia, - mae przewodnictwo elektronowe,- mae wspczynniki dyfuzji jonowej (mae zdefektowania
zwaszcza podsieci kationowej)
stopy aroodporne
Ochrona przed korozj wysokotemperaturow
- dodatki stopowe tworzce zgorzeliny o dobrych waciwociach ochronnych: Cr, Al, Si do Fe, Ni (pocztkowo preferencyjna korozja skadnika o mniejszej aroodpornoci wzbogacenie powierzchni w skadnik o wyszej aroodpornoci wolniejsza korozja,
Cr2O3Fe2O3
Fe-Cr
- dodatki stopowe zmniejszajce zdefektowanie zgorzeliny (podsieci kationowej wolniejsza dyfuzja sieciowa wolniejsza korozja),
- powoki ochronne (m.in.: metaliczne: Al, Cr-Ni, cermety Cr-Al2O3, Ni-MgO, ceramiczne: SiO2, ZrO2, borki),
- atmosfery ochronne (prnia, Ar, He)
Fe
Poytki z korozji wysokotemperaturowej
- azotowanie: w atmosferze NH3 (N): tworzenie azotkw metali powierzchniowe utwardzenie stali wglowych i niskostopowych
Metalrodowisko Oddziaywania
Oddziaywania:- elektrochemiczne korozja elektrochemiczna- elektrochemiczne korozja elektrochemiczna
Korozja elektrochemiczna w rodowiskach elektrolitycznych (przewodnictwo
jonowe): roztwory elektrolitw i stopione elektrolity sprzenie dwch reakcji elektrochemicznych:
- anodowej (utlenianie metalu):
M Mz+ + ze
- katodowej (redukcja depolaryzatora):D + ze [Dze]
te reakcji zachodz z jednakow szybkoci przy potencjale korozyjnym
te reakcje mog zachodzi na rnych czciach powierzchni metalu (przepyw elektronw w metalu)
Korozja elektrochemiczna
powoduje najwiksze zniszczenia korozyjne metali
tak zachodzi korozja metali w rodowiskach naturalnych (atmosfera, gleba, wody, ciao czowieka) i zwizanych z dziaalnoci gospodarcz (przemys chemiczny, hutniczy, gospodarcz (przemys chemiczny, hutniczy, spoywczy, energetyka, )
Mechanizm korozji elektrochemicznej
R`oztwr elektrolityczny
Fe2+
Fe Fe2+ + 2e
Reakcja anodowa (utleniania metalu) powoduje polaryzacj ukadu, hamujc
Metal
Fe
Fe Fe2+ + 2e ukadu, hamujc jej dalszy bieg
e
e
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwr elektrolityczny
Fe2+ H+ H+
Metal
e
e
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwr elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
H+ H+
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwr elektrolityczny
Fe2+Reakcja katodowa (redukcja jonw wodorowych) powoduje depolaryzacj
2H+ + 2e H2
Metal
H2
depolaryzacj umoliwiajc dalszy bieg reakcji anodowej (korozji)
2H + 2e H2
Fe Fe2+ + 2e reakcja anodowa
Korozja z depolaryzacj wodorow
2H+ + 2e H2 reakcja katodowa
Korozji wodorowej ulegaj zwaszcza metale aktywne w roztworach kwanych, np. Zn w roztworze HCl
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwr elektrolityczny
Fe2+ O2
Inna reakcja depolaryzacji
Metal
e
e
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwr elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
O2
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwr elektrolityczny
Fe2+Reakcja katodowa (redukcja tlenu) powoduje depolaryzacj umoliwiajc O2 + H2O + 2e 2OH
-
Metal
umoliwiajc dalszy bieg reakcji anodowej (korozji)
O2 + H2O + 2e 2OH-
OH-OH-
Fe Fe2+ + 2e reakcja anodowa
Korozja z depolaryzacj tlenow
O2 + H2O + 2e 2OH- reakcja katodowa
Korozja tlenowa zachodzi w rodowiskach natlenionych (napowietrzonych): atmosfera, gleba. Typowym przykadem jest korozja metali na linii wodnej.
Reakcja anodowa: roztwarzania metalu
Roztwr elektrolityczny
Fe2+
Fe Fe2+ + 2e
Metal
e
e
Fe Fe2+ + 2e
Reakcja anodowe: inna moliwo
Roztwr elektrolityczny
H2O H2O
Metal
Fe Fe
Reakcja anodowe: inna moliwo
Roztwr elektrolityczny
2Fe + 3H O Fe O + 6H+ + 2e
Metal
Fe2O3 Fe2O3
e
e
e
e e
e
2Fe + 3H2O Fe2O3 + 6H+ + 2e
Reakcja anodowe: inna moliwo
Roztwr elektrolityczny
H2O H2O
Metal
Fe2O3 Fe2O3
Reakcja anodowe: pasywacja
Roztwr elektrolityczny
H2O H2O
Reakcja anodowe: pasywno
Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3
Fe Fe
warstwa pasywna
Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: trudnorozpuszczalna, szczelna, przyczepna do podoa
Takie warstwy s bardzo cienkie i hamuj korozj.
Pasywno metali
Takie warstwy s bardzo cienkie i hamuj korozj.
Pasywno wykazuj m.in. stopy Fe (SONK), Cr, Ni, Ti, Al zwaszcza w roztworach utleniajcych.Pasywacja jest utrudniona, gdy: roztwr zawiera jony chlorkowe, metal zawiera wydzielenia niemetaliczne (siarczki).
Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: trudnorozpuszczalna, szczelna, przyczepna do podoa
Takie warstwy s bardzo cienkie i hamuj korozj.
Pasywno metali
Takie warstwy s bardzo cienkie i hamuj korozj.
Porowate, sabo przyczepne warstwy tlenkowe s grube i w maym stopniu hamuj korozj metalu, a mog je nawet przyspiesza.
utlenianie metalu do jonu:Fe Fe2+ + 2e
szybka reakcja
Reakcje anodowe:
utlenianie metalu do tlenku:2Fe + 3H2O Fe2O3 + 6H+ + 6e
nieznaczna szybko reakcji, jeli powstaje warstwa pasywna
Metal Roztwr korozyjny
Potencja korozyjny
e
e
e
reakcja anodowa: Fe Fe2+ + 2ereakcja katodowa: 2H+ + 2e H2Przy potencjale korozyjnym obie reakcje zachodz z rwn szybkoci (prd sumaryczny rwny zeru).
Analiza ukadw korozyjnych metal roztwr korozyjny:
W jakich warunkach wystpi korozja?
Jaki jest jej mechanizm depolaryzacji: tlenowa czy wodorowa?
W jakich warunkach wystpuje pasywno metalu?
Przebieg reakcji korozji elektrochemicznej zaley od potencjau metalu w roztworze korozyjnych (E) i skadu tego roztworu (m.in. pH).
Wykresy E - pH
Wykres E pH dla Fe
1
2
Fe3+
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Wykres E pH dla Fe
1
2
Fe3+
Warunki odpornoci dla Fe
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
odporno
Fe2O3
Warunki odpornoci i korozji dla Fe
1
2
korozja
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
korozja
Fe3O4
odporno
Fe2O3
Warunki odpornoci, korozji i teoretycznej pasywnoci dla Fe
1
2
korozja
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W korozja
odporno
pasywno
12
Fe3+
Warunki odpornoci, korozji i teoretycznej pasywnoci dla Fe
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Nieco inny wykres E-pH
dla Fe
Warunki wystpowania korozji z depolaryzacj wodorow
1
2
Fe3+
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3H+/H2
Warunki wystpowania korozji z depolaryzacj wodorow
1
2
SE
W
Fe3+
O2/OH-
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3H+/H2
Warunki wystpowania korozji z depolaryzacj tlenow
1
2
Fe3+
O2/OH-
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3H+/H2
Warunki wystpowania korozji z depolaryzacj tlenow
1
2
Fe3+
O2/OH-
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3H+/H2
Obszary na wykresach E-pH:
odpornoci metalu (trway atom metalu: Fe)
korozji (trwae jony metalu)
korozji z depolaryzacj wodorow / tlenow (rodzaj reakcji katodowej)(rodzaj reakcji katodowej)
teoretycznej pasywnoci (trwae tlenki / wodorotlenki metalu)
Wstpna analiza, bo liczne zaoenia i uproszczeniaKonieczno weryfikacji eksperymentalnej
Wykres E-pH dla Na
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
E, V
SE
W
Na+
H2/H+
OH-/O2
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
Na
Na
Korozja z depolaryzacj wodorow i tlenow,produkt: Na+
Wykres E-pH dla Cu
-0,5
0
0,5
1
1,5E
, V/S
EW
Cu2+ CuO22-
CuO
Cu2OH+/H2
O2/OH-
-1,5
-1
-0,5
0 2 4 6 8 10 12 14pH
Cu
Korozja z depolaryzacj tlenow,produkty: Cu2+ (pH: 0 - 7), CuO22- (pH: 13 - 14)
moliwa pasywno w roztworach sabozasadowych: Cu2O, CuO
Wykres E-pH dla Au
0,5
1
1,5
2
E,
V/S
EW
Au
Au(OH)3Au+ H2AuO3
-
HAuO32-
Au3+
O2/OH-
-1
-0,5
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
V/S
EW
H+/H2
Termodynamiczna odporno: niemoliwa korozja w roztworach wodnych?
Wykres E-pH dla Ta
0
1
2
E, V
SH
E Ta2O5
OH-/O2
H2/H+
-2
-1
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E, V
Ta
2
Moliwa odporno na korozj w wyniku pasywacji: Ta2O5
Wykres E-pH dla Mg
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5E
, VS
EW
Mg2+ Mg(OH)2
H2/H+
OH-/O2
-3
-2,5
-2
-1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
Mg2+
Mg
Mg(OH)2
Korozja w roztworach kwanych i obojtnych: Mg2+,moliwa pasywno w roztworach zasadowych: Mg(OH)2
Wykres E-pH dla Zn
0
1
2
E, V
SE
W
H2/H+
OH-/O2
Zn2+
Zn(OH)2HZnO2
-
-2
-1
0 7 14
pH
Zn
Korozja w roztworach kwanych i obojtnych: Zn2+
oraz silnie zasadowych: HZnO2-
moliwa pasywno w roztworach sabo zasadowych: Zn(OH)2
00,5
1
1,5
E, V
SE
W
WO42-H2/H
+
OH-/O2
WO3
WO
Wykres E-pH dla W
-1,5
-1
-0,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
W
WO2
Pasywno w roztworach kwanych: WO2, WO,korozja w obojtnych i zasadowych: WO42-
Korozja stopw jednofazowych (roztworu stae)
A B A B A B BA
Wykresy rwnowagi fazowej
A B A B A B BA
Pasywno stopw jednofazowych (roztwory stae) - na przykadzie stopu Fe-Cr
Preferencyjna korozja Fe (skadnik stopu ulegajcy
Fe Fe FeCr Fe Fe Fe FeCr
Fe Fe Fe Fe Fe FeCr Cr Cr
Fe Fe Fe FeCr Fe Fe CrCr
Fe Fe Fe Fe Fe FeCr Cr Fe
ulegajcy trudniej pasywacji) z powierzchni stopu
Pasywno stopw jednofazowych (roztwory stae) - na przykadzie stopu Fe-Cr
Wzbogacenie powierzchni w Cr (skadnik ulegajcy
Cr Cr
Fe Fe Fe Fe Fe FeCr Cr Cr
Fe Fe Fe FeCr Fe Fe CrCr
Fe Fe Fe Fe Fe FeCr Cr Fe
Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe
ulegajcy atwiej pasywacji)
Pasywno stopw jednofazowych (roztwory stae) - na przykadzie stopu Fe-Cr
Na powierzchni przewaa Cr -warstwa
Cr
Fe Fe Fe FeCr Fe Fe CrCr
Fe Fe Fe Fe Fe FeCr Cr Fe
Fe FeCr Cr Cr
Cr
Fe Fe Fe Fe
warstwa pasywna jest zbudowana prawie tylko ze zwizkw chromu
Odporno korozyjna stopu jest zbliona do odpornoci Cr (bardziej odpornego skadnika)
Cr
Fe Fe Fe FeCr Fe CrCr
Fe Fe Fe Fe Fe FeCr Cr Fe
FeCr Cr Cr
Szybko korozji stopw Fe-Cr w roztworze obojtnym
szybko korozji, mm/rok
Przy tej zawartoci
% Cr0 5 10 15
12%
Przy tej zawartoci Cr w stopie warstwa pasywna jest zbudowana gwnie z jego tlenkwSkadnik o wikszej odpornoci
korozyjnej (Cr) decyduje o odpornoci korozyjnej stopu
Krytyczne zawartoci skadnika o wyszej odpornoci korozyjnej (potrzebne do
pasywacji stopw jednofazowych)
stop rodowisko korozyjne
krytyczna zawarto, % at.
przykady stopw
Fe-Cr 0,5 M H2SO4, 20C
13 stale odporne na korozj 20C na korozj
(nierdzewne)Co-Cr 0,5 M H2SO4,
20C11 Vitallium
(protezy staww)
Nb-Ta 20% HCl, wrzcy
20
FM + B + A + B
Korozja stopw dwufazowych
Wykresy rwnowagi fazowej
A B A B BAA B
A + FM
A B A B BAA B
- anodowe (utlenianie metalu), np.:Fe Fe2+ + 2e
szybsze, gdy wzrasta potencja metalu
Szybko reakcji elektrochemicznych
- katodowe (redukcja depolaryzatora), np.:2H+ + 2e H2
szybsze, gdy obnia si potencja metalu
Ogniwo korozyjne
Roztwr korozyjny
M1 M12+ + 2e2H+ + 2e H2
M2 M22+ + 2e2H+ + 2e H2
EkorM1 EkorM2
M1 M2
Potencjay korozyjne metali w wodzie morskiej (szereg galwaniczny)
grafit
Au
Ti
Ag
Ni
-1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4
Ni
Cu
Fe
Al
Zn
Mg
Ekor, VNEK
Ogniwo korozyjne
Roztwr korozyjny
M1 M12+ + 2e2H+ + 2e H2
M2 M22+ + 2e2H+ + 2e H2
EkorM1 >> EkorM2
M1 M2
Ogniwo korozyjne
Roztwr korozyjny
Dua rnica potencjaw korozyjnych metali
2H+ + 2e H2 M2 M22+ + 2e
EkorM1 > > EkorM2
reakcja katodowa na M1 reakcja anodowa na M2
M1 M2
M1 = katoda M2 = anoda
e
Korozja stopw dwufazowych
Izolowane wydzielenia krystalitw fazy F2
rodowisko korozyjne
F1
F2
w matrycy z fazy F1
Korozja stopw dwufazowych
rodowisko korozyjne
EkorF1 < EkorF2
faza F1
anoda
faza F2
katoda
F1
F2
anoda
reakcja anodowa
katoda
reakcja katodowa
Korozja stopw dwufazowych
EkorF1 < EkorF2rodowisko korozyjne
faza F1
anoda
faza F2
katoda
F1
F2
anoda
reakcja anodowa
katoda
reakcja katodowa
Korozja stopw dwufazowych
EkorF1 < EkorF2rodowisko korozyjne
faza F1
anoda
faza F2
katoda
F1
F2
anoda
reakcja anodowa
katoda
reakcja katodowa
Korozja stopw dwufazowych
Selektywna korozja fazy F1 z caej
objtoci stopu: pozostaj krystality fazy F2 i produkty
rodowisko korozyjne
F2
fazy F2 i produkty korozji fazy F1
800
1200
1600
t, o
CWykres fazowy Fe C
eliwa szare: (ferryt) + C (grafit)
+ C (grafit)
0
400
800
0 1 2 3 4 5 6
% mas. C
t,
Fe
+ C (grafit)
eliwo szare
Izolowane wydzielenia grafitu w ferrycie
ferryt (Fe): Ekor = -0,6 V
grafit (C): Ekor = 0,3 V
Ekor = 0,9 V
anoda
katoda
Korozja selektywna eliwa szarego w glebie (z zewntrz) = koroduje ferryt
Pozostaj patki grafitu i rdza
Wykres fazowy Cu-Zn
Cu: Ekor = -0,3 V
Zn: Ekor = -1 V
E = 0,7
katoda
anoda
Ekor = 0,7
Roztwr stay Zn w Cu + zwizek midzymetaliczny ZnCu
Korozja selektywna mosidzu w wodzie morskiej = koroduje faza bogata w Zn
Wykres fazowy Al-Ni
Al: Ekor = -0,9 V
Ni: Ekor = -0,1 V
E = 0,8 VEkor = 0,8 V
Al3Ni + Al3Ni2 + AlNi
Nikiel Raneya
Korozja selektywna stopu Ni-Al w 5 M NaOH = koroduj fazy bogate w Al
Pozostaje proszek: gbczaste krystality stopu Ni z ok. 15% Al,
powierzchnia waciwa ok. 100 m2/g!
Korozja stopw dwufazowych
rodowisko korozyjne
EkorF1 > EkorF2
faza F1
katoda
faza F2
anoda
F1
F2
katoda
reakcja katodowa
anoda
reakcja anodowa
Korozja stopw dwufazowych
EkorF1 < EkorF2rodowisko korozyjne
faza F1
katoda
faza F2
anoda
F1
F2
katoda
reakcja katodowa
anoda
reakcja anodowa
Korozja stopw dwufazowych
EkorF1 < EkorF2rodowisko korozyjne
faza F1
katoda
faza F2
anoda
F1
F2
katoda
reakcja katodowa
anoda
reakcja anodowa
Korozja stopw dwufazowych
rodowisko korozyjne Selektywna korozja fazy F2 tylko z
powierzchni stopu: na powierzchni
pozostaje faza F1 (bardziej odporna)
F1
F2
(bardziej odporna) i ona decyduje o
odpornoci korozyjnej stopu
Krystality fazy F2 pozostaj w gbi stopu i zapewniaj np. umocnienie wydzieleniowe
Przykady
stopy Al-Mg w wodzie morskiej (selektywna korozja fazy Mg2Al3 z powierzchni)
stal w glebie (selektywna korozja aktywnych wydziele (S) z powierzchni)
stal damasceska w roztworach kwasw stal damasceska w roztworach kwasw (selektywna korozja aktywnych wydziele z powierzchni)
Wzrost odpornoci korozyjnej stopu
Metody ochrony przed korozj
Metalrodowisko Oddziaywania
Metody ochrony przed korozj
Modyfikacjarodowiska Ochrona
elektrochemiczna
Powokiochronne Modyfikacja
metalu
12
Fe3+
Ochrona katodowa
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Ochrona katodowaObnienie potencjau metalu w danym rodowisku z obszaru korozji do obszaru odpornoci
poczenie z metalem o niszym potencjale korozyjnym w danym rodowisku (protektorem),np. Fe z ?np. Fe z ?
Potencjay korozyjne metali w wodzie morskiej (szereg galwaniczny)
grafit
Au
Ti
Ag
Ni
-1,8 -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4
Ni
Cu
Fe
Al
Zn
Mg
Ekor, VNEK
Ochrona katodowaObnienie potencjau metalu w danym rodowisku z obszaru korozji do obszaru odpornoci
poczenie z metalem o niszym potencjale korozyjnym w danym rodowisku (protektorem),np. Fe z Zn, Al lub Mgnp. Fe z Zn, Al lub Mg
Ochrona katodowa
Ochrona katodowaObnienie potencjau metalu w danym rodowisku z obszaru korozji do obszaru odpornoci
poczenie z metalem o niszym potencjale korozyjnym w danym rodowisku (protektorem),np. Fe z Zn, Al lub Mgnp. Fe z Zn, Al lub Mg
pokrycie powok o niszym potencjale korozyjnym, np. Zn na stali (Fe)
podczenie chronionego metalu do ujemnego bieguna zasilacza prdu staego
Ochrona anodowa
1
2
Fe3+
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Ochrona anodowa
Podwyszenie potencjau metalu w danym rodowisku z obszaru korozji do obszaru pasywnoci
poczenie z metalem o wyszym potencjale w danym rodowisku (np. Ti z Pt)
przyoenie wyszego potencjau zasilacza prdu staego (potencjostatu)
Modyfikacja rodowiska korozyjnego (pH)
1
2
Fe3+
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E, V
SE
W
Fe2+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Zmiana pH rodowiska powodujca przejcie z obszaru korozji do obszaru pasywnoci
Modyfikacja rodowiska korozyjnego (pH)
wzrost pH (zobojtnienie, alkalizacja) ?
obnienie pH (zakwaszenie) ?
Wykres E-pH dla Zn
0
1
2
E, V
SE
W
H2/H+
OH-/O2
Zn2+
Zn(OH)2HZnO2
-
-2
-1
0 7 14
pH
Zn