Podstawy korozji

1 Definicja
2 Wprowadzenie
3 Formy korozji
4 Metody ochrony przed korozją
5 Monitorowanie korozji

Definicja

Niszczenie materiałów, w tym metali,
będące wynikiem ich oddziaływania ze
środowiskiem.

Wprowadzenie

„

Korozja jest zjawiskiem naturalnym

„

Całkowite jej zahamowanie jest trudne

„

Tworzywa sztuczne korodują powoli

„

Procesy korozyjne są często

pożyteczne: trawienie metali, elektrody

w ogniwach (baterie), tworzenie warstw

pasywnych

Przykłady zaatakowań korozyjnych

Przykłady zaatakowań korozyjnych

Czynniki wpływające na korozję

Wewnętrzne

z

Rodzaj metalu

z

Sk

ład chemiczny

z

Struktura

z

Stan powierzchni

z

Obróbka cieplna

z

Obróbka mechaniczna

z

Naprężenia w

łasne

Zewnętrzne

z

Rodzaj środowiska

z

Sk

ład środowiska

z

Temperatura

z

Prędkość przep

ływu

z

Ciśnienie atmosferyczne

z

Polaryzacja zewnętrzna

Rodzaje korozji

Zależnie od mechanizmu

korozja

elektrochemiczna

(chemiczna)

Zależnie od środowiska

korozja wodna
korozja atmosferyczna
korozja wysoko temperaturowa

Mechanizm korozji elektrochemicznej

„

Na powierzchni metalu można zlokalizować

miejsca mające charakter

anod

i

katod

„

Na anodach zachodzi proces utleniania:

Fe

→ Fe

+2

+ 2e

„

Na katodach zachodzi proces redukcji:

1/2 O

2

+ H

2

O + 2e = 2 OH

-

2H

+

+ 2e = H

2

Rodzaje ogniw korozyjnych

„

Dwa różne metale

„

Ogniwa stężeniowe

„

Ogniwo zmiennego

napowietrzenia

„

Ogniwo tworzone

przez działające

prądy błądzące

„

Ogniwo naprężeniowe

„

Nowy metal – stary

metal

„

Ogniwo

temperaturowe

Formy korozji

„

Rodzaje korozji

„

Korozja ogólna

„

Korozja galwaniczna

„

Korozja wżerowa

„

Korozja szczelinowa

„

Korozja międzykrystaliczna (i transkrystaliczna)

„

Korozja selektywna

„

Erozja – korozja

„

Korozja naprężeniowa

Formy korozji-

ogólna

Formy korozji - galwaniczna

„

Czynniki wpływające na korozję galwaniczną:

„

Różnica potencjałów pomiędzy metalami

„

Stosunek powierzchni anody do katody

„

Rezystancja w utworzonym ogniwie

galwanicznym

Formy korozji - galwaniczna

stal

mosiądz

żeliwo

miedź

Formy korozji - galwaniczna

Szereg napięciowy metali

Uszeregowanie metali w zależności od

wartości ich potencjałów korozyjnych

względem elektrody wodorowej (NEW)

„

Wskazuje na tendencję do korozji

„

Metale o potencjałach wyższych od NEW–

metale szlachetne

„

Metale o potencjałach niższych od NEW –

metale nieszlachetne (aktywne

elektrochemicznie)

Mg, Mg

2+

Mg <=> Mg

2+

+ 2e

- 2,37

Al, Al

3+

Al <=> Al

3+

+ 3e

- 1,66

Zn, Zn

2+

Zn <=> Zn

2+

+ 2e

- 0,76

Cr, Cr

3+

Cr <=> Cr

3+

+ 3e

- 0,71

Fe, Fe

2+

Fe <=> Fe

2+

+ 2e

- 0,44

Ni, Ni

2+

Ni <=> Ni

2+

+ 2e

- 0,24

H

2

, H

+

H

2

<=> 2H

+

+ 2e

- 0,00

Cu, Cu

2+

Cu

2+

+ 2e <=> Cu

+ 0,345

Au, Au

+

Au

+

+ e <=> Au

+ 1,420

Formy korozji - galwaniczna

Tablica 1. Praktyczny szereg napięciowy
wybranych metali w 3 % NaCl

Metal Symbol

Potencjał względem NEW

Platyna

Tytan

Srebro

Miedź
Nikiel

Ołów

Żelazo

Glin

Cynk

Pt

Ti

Ag

Cu

Ni

Pb

Fe

Al.

Zn

+ 0,47 V
+ 0,37 V
+ 0,30 V
+ 0,04 V

- 0,03 V
- 0,27 V
- 0,40 V
- 0,53 V
- 0,76 V

Formy korozji - galwaniczna

Problem:

„

stalowa

śruba łącząca konstrukcję

wykonaną z

brązu

„

śruba z brązu

łącząca konstrukcję

stalową

.

Stal w układzie jest

anodą

,

brąz jest

katodą

.

Formy korozji - galwaniczna

c

Mała katoda z brązu w

niewielkim stopniu

wpływa na szybkość

korozji dużej anody

(stal).

Mała stalowa anoda

(śruba) będzie ulegała

wzmożone korozji w

połączeniu z dużą

powierzchnią brązu.

Formy korozji

„

Korozja wżerowa

Korozja wżerowa jest jedną z postaci

korozji lokalnej.

Charakteryzuje się tym, że atak zlokalizowany jest na
niewielkich, dyskretnych miejscach na powierzchni metalu.
Korozja wżerowa ma miejsce głównie w obojętnych i kwaśnych
roztworach zawierających

chlorki lub inne halogenki.

Miejscami

inicjacji korozji wżerowej mogą być

wtrącenia niemetaliczne

, lub

mikro-szczeliny

powstające podczas obróbki mechanicznej.

Korozja wżerowa

O

2

O

2

Cr

3+

Cr

3+

3e

3e

Cl

-

Cl

-

Korozja wżerowa

Korozja wżerowa

stali odpornych na korozję

i stopów niklu

Formy korozji - szczelinowa

Metal

O

2

Cr

3+

Metal

Cr

3+

1.

Tlen jest zużywany

w elektrolicie w szczelinie w procesie

korozji; stan pasywny występuje wokół szczeliny

2. Wartość

pH spada

w wyniku hydrolizy CrCl

3

wewnątrz

wżeru

3.

Niszczenie warstwy pasywnej

w kwasie wewnątrz wżeru

4. Dalsze

zakwaszenie środowiska

wewnątrz wżeru

i rozwój korozji szczelinowej

Korozja szczelinowa

Korozja szczelinowa w środkowej części wyparki od

strony wylotu aminy

Formy korozji

„

Korozja

międzykrystaliczna

Przyczyną występowania podatności na korozję międzykrystaliczną

są najczęściej zmiany strukturalne w stopie zachodzące na

granicach ziaren, głównie pod wpływem obróbki termicznej. Jeżeli

węgliki chromu

wytrącają się na granicy ziaren to oznacza, że stal

uległa uczuleniu

w strefie oddziaływania ciepła.

Zubożenie

przygranicznych obszarów ziaren austenitu w chrom wynika ze

zmiany rozpuszczalności węgla w austenicie

w

zależności od

temperatury oraz z wyższego powinowactwa chemicznego węgla

do chromu niż do żelaza.

W temperaturze uczulenia 400 - 850 °C wydzielający się z roztworu
stałego węgiel dyfunduje do granic ziaren, gdzie łączy się głównie z
chromem tworząc węgliki chromu. Z powodu małych rozmiarów
szybkość dyfuzji atomów węgla jest znacznie większa niż atomów
chromu

.

W reakcji tworzenia węglików bierze udział cały rozpuszczony w
austenicie węgiel. Chrom migruje z obszarów znajdujących się
najbliżej granic ziaren. Zubożone w chrom przygraniczne strefy
ziaren są w ogniwie anodami, natomiast katodami pozostaną
spasywowane powierzchnie ziaren z nienaruszoną zawartością
chromu oraz powierzchnie wydzielonych węglików bogatych w
chrom. Powierzchnia anod jest znacznie mniejsza od powierzchni
katod, dlatego efektem jest szybka korozja stopu postępująca wzdłuż
granic ziaren.

Jeżeli stal ogrzaną do temperatury powyżej 1100

o

C bardzo

szybko ochłodzimy (na przykład przez zanurzenie w
wodzie), to nie zostanie ona uczulona na korozję
międzykrystaliczną. Czas przebywania w uczulającym
zakresie temperatur będzie zbyt krótki, aby węgiel mógł
przedyfundować do granic ziaren i przereagować z
chromem. Poważny wpływ na rozwój korozji miedzy
krystalicznej ma rozmiar ziarna w stali. Mniej korzystna
jest struktura gruboziarnista. Wzrost ziarna występuje pod
wpływem przekroczenia temperatury hartowania oraz zbyt
długiego przetrzymywania w zakresie wysokich temperatur
(1100 do 1200°C). Praktyczne zastosowanie znalazły trzy
sposoby eliminowania korozji międzykrystalicznej:
przesycanie, obniżanie zawartości węgla, oraz stabilizacja.

Stal 304 L z niską zawartością węgla

(0,03%)

Formy korozji - selektywna

Stopy metalu szlachetnego i aktywnego (na

przykład

brąz: Cu + Zn)

„

Jeden ze składników stopu może ulegać roztwarzaniu

pozostawiając osnowę wykonaną z metalu szlachetnego

„

Odcynkowanie mosiądzów

„

Grafityzacja żeliwa

„

Korozja duraluminium ( AL + Cu )

„

Powoduje utratę właściwości mechanicznych bez widocznych zmian

kształtu

Formy korozji – erozja korozja

Korozja przyspieszana przez

uderzenia cząstek stałych lub

pęcherzy gazów znajdujących

się w strumieniu cieczy

Chłodnica wodna refluksu regeneratora w rafinerii –

erozja płaszcza przy króćcu wylotowym

Korozja-erozja w górnej części płaszcza wyparki

regeneratora aminy w rafinerii

Erozja

kawitacyjna

wymiennika

ciepła

w rafinerii

Formy korozji

„

Korozja

naprężeniowa

Specyficzne współdziałanie

środowiska

korozyjnego i

naprężeń

.

Ochrona przed korozją

„

Podstawowym celem ochrony przed

korozją jest

zmniejszenie szybkości

korozji do akceptowalnego poziomu.

Metody ochrony przed korozją

z

Ochrona powłokowa

(uniwersalna, powszechna

– ponad 80% zabezpieczeń)

z

Ochrona elektrochemiczna

(w zanurzeniu,

zwykle uzupełnienie ochrony powłokowej)

„

Ochrona katodowa (protektorowa lub zewnętrzne
zasilanie prądem stałym

„

Ochrona anodowa.

z

Modyfikacja środowiska

(inhibitory, odtlenianie,

klimatyzacja, opakowania, osuszanie)

Metody ochrony przed korozją

z

Dobór materiałów

„

Stopy metali

„

Kompozyty

„

Nanowarstwy

z

Odpowiednie projektowanie konstrukcji

„

Projekt konstrukcji powinien uwzględniać

przygotowanie powierzchni, nakładanie powłok lub

wykładzin, nadzór i renowację systemu ochronnego.

Ochrona powłokowa

Zadaniem ochrony powłokowej jest

oddzielenie środowiska korozyjnego

od konstrukcji podlegającej

ochronie

Ochrona elektrochemiczna

Zmiana potencjału w kierunku wartości

aktywnych

Zmniejszenie różnic potencjałów w ogniwie

korozyjnym (zwykle o 150-300 mV)

Zastosowanie: konstrukcje pod wodą, lub

osadzone w gruncie

Zwykle ochrona kombinowana, stosowana łącznie

z powłokami ochronnymi

Ochrona elektrochemiczna

Dwa sposoby realizacji ochrony katodowej

:

1. Polaryzacja z zewnętrznego źródła prądu

Ochrona elektrochemiczna

2. Podłączenie konstrukcji do roztwarzalnych anod

Typowe anody roztwarzalne:

Cynk, magnez i aluminium

Modyfikacja środowiska

„

Ograniczanie wilgotności atmosfery

„

Zmniejszenie zawartości tlenu

„

Dodatek inhibitorów korozji

„

Korekta pH (głównie alkalizacja)

„

Zmniejszenie temperatury

„

Dodatek biocydów

Dobór materiałów

Katalogi danych dotyczących szybkości korozji

większości metali technologicznych w różnych

środowiskach korozyjnych.

Monitorowanie korozji

„

W celu kontroli procesów korozyjnych

monitorujemy

„

Czynniki powodujące korozję

„

Parametry korodującego obiektu