5.04.21

1

KOROZJA

PODSTAWY

TEORETYCZNE,

METODY POMIAROWE,

SPOSOBY

ZAPOBIEGANIA

I OCHRONY

PRZECIWKOROZYJNEJ

HENRYK SCHOLL



Katedra Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

Wydział Chemii

Uniwersytetu Łódzkiego

e-mail: [e-mail]

ELEKTROCHEMIA STOSOWANA

W Y K Ł A D 5 (2008)

5.04.21

2

Ze zjawiskiem korozji związanych jest szereg ważnych terminów

i pojęć. Ze względu na często spotykane rozbieżności w

rozumieniu niektórych terminów związanych z korozją, niezbędne

jest posługiwanie się usystematyzowanymi terminami i pojęciami.

Definicje tych terminów i pojęć można znaleźć w

Polskiej Normie PN-EN ISO 8044 "Korozja metali i stopów.
Podstawowe terminy i definicje"

.

Norma

PN-EN ISO 8044

definiuje korozję jako oddziaływanie

fizykochemiczne między metalem i środowiskiem, w wyniku

którego powstają zmiany we właściwościach metalu, które

mogą prowadzić do znaczącego pogorszenia funkcji metalu,

środowiska lub układu technicznego, którego są częściami.

5.04.21

3

Ważnymi terminami ogólnymi z zakresu tematyki korozyjnej są:

- 

czynnik korozyjny

- substancja, która w kontakcie z danym metalem

powoduje korozję;

- 

środowisko korozyjne

- środowisko, w którym obecny jest co

najmniej jeden lub większa liczba czynników korozyjnych;

- 

efekt korozyjny

- zmiana jakiejkolwiek części układu korozyjnego

spowodowana korozją;

- 

produkt korozji

-substancja wytworzona w wyniku korozji;

- 

szybkość korozji

- efekt korozyjny dotyczący metalu w jednostce

czasu. (Jednostki definiujące szybkość korozji zależą od układu

technicznego i rodzaju efektu korozyjnego.

Szybkość korozji

może być wyrażona jako

zwiększenie głębokości

skorodowania w czasie lub jako masa metalu przekształcona w
produkty korozji na jednostkę powierzchni i w jednostce czasu

.

Efekt korozyjny może zmieniać się w czasie i może nie być
jednakowy w każdym punkcie korodującej powierzchni.

5.04.21

4

- 

odporność na korozję

- zdolność metalu do zachowania użyteczności

w danym układzie korozyjnym.

W normie

PN-EN ISO 8044

ujęte są także rodzaje korozji. Są to m.in.:

- 

korozja elektrochemiczna

- korozja, podczas której zachodzi co

najmniej jedna reakcja anodowa i jedna reakcja katodowa;
- 

korozja chemiczna

- korozja, podczas której nie zachodzą procesy

elektrochemiczne;

- 

korozja atmosferyczna

- korozja, gdzie środowiskiem korozyjnym

jest atmosfera ziemska o temperaturze otoczenia;

- 

korozja mikrobiologiczna

- korozja związana z działaniem

mikroorganizmów obecnych w układzie korozyjnym;

- 

korozja ogólna

- korozja zachodząca na całej powierzchni metalu

eksponowanego w środowisku korozyjnym;

- 

korozja równomierna

- korozja ogólna zachodząca z prawie taką

samą szybkością na całej powierzchni;

- 

korozja lokalna

- korozja występująca wybiórczo, w wyróżnionych

miejscach powierzchni metalu poddanego działaniu środowiska
korozyjnego;

5.04.21

5

Korozja mikrobiologiczna –

powodowana jest przez określone rodzaje

bakterii, które w środowisku wodnym zawierającym jony

siarczanowe SO

4

2-

w reakcji zachodzącej z depolaryzacją katodową:

Reakcja anodowa:

4Fe – 8e  4 Fe

2+

Reakcja katodowa:

8H

2

O + 8e  8 H

ads

+ 8 OH

-

8 H

ads

+ SO

4

2-

 4 H

2

O + S

2-

Reakcja w ogniwie korozyjnym:

4 Fe + 4 H

2

O + SO

4

2-

 4 Fe

2+

+ S

2-

+ 8 OH

-

i następnie wytworzenie warstwy siarczku na

powierzchni żelaza:

S

2-

+ Fe

2+

 FeS

5.04.21

6

- 

korozja wżerowa

- korozja lokalna wywołująca tworzenie się

wżerów, tzn. wgłębień postępujących od powierzchni w głąb metalu;

- 

korozja szczelinowa

- korozja lokalna związana i występująca w

wąskiej szczelinie, lub w bezpośrednim jej sąsiedztwie, lub w
prześwicie utworzonym między powierzchnią metalu i inną
powierzchnią (metalową lub niemetalową);

- 

korozja selektywna

- korozja stopu, którego składniki wchodzą w

reakcje w innych proporcjach niż ich proporcje w stopie;

 

korozja międzykrystaliczna

- korozja występująca na granicach

ziaren metalu lub w obszarach do nich przylegających;

- 

korozja cierna

- proces, w którym równocześnie występuje korozja

i tarcie między dwiema przesuwającymi się i stykającymi się ze
sobą powierzchniami;

- 

korozja zmęczeniowa

- proces, w którym równocześnie występuje

korozja i przemienne odkształcenia metalu, często prowadzące do
jego pęknięcia;

- 

korozja wodorowa

– proces, w wyniku którego następuje

zmniejszenie ciągliwości lub plastyczności metalu spowodowane
absorpcją wodoru pomiędzy krystality (skutkiem procesu korozji
wodorowej jest

kruchość wodorowa

).

5.04.21

7

POJĘCIA STOSOWANE W OPISIE PROCESÓW KOROZYJNYCH

- 

potencjał korozyjny

- potencjał elektrodowy metalu w danym układzie

korozyjnym;

- 

swobodny potencjał korozyjny

- potencjał korozyjny występujący przy

braku sumarycznego (zewnętrznego) prądu płynącego do lub od

powierzchni metalu;
- 

potencjał korozji wżerowej

- najniższa wartość potencjału korozyjnego

przy której możliwe jest powstawanie wżerów na powierzchni pasywnej
w danym środowisku korozyjnym;

 -

pasywacja

- zmniejszenie szybkości korozji przez wytworzoną na

powierzchni metalu warstwę pasywną;

- 

potencjał pasywacji

- potencjał korozyjny, przy którym prąd korozyjny

ma najwyższą wartość, a powyżej tego potencjału znajduje się zakres
potencjałów, przy których metal jest w stanie pasywnym;

5.04.21

8

- 

warstwa pasywna (pasywacyjna)

- cienka, przyczepna do podłoża

warstwa ochronna utworzona na powierzchni metalu w wyniku
reakcji metalu ze środowiskiem. Warstwa ta hamuje postęp korozji.

- 

depasywacja

- wzrost szybkości korozji metalu znajdującego się w

stanie pasywnym, spowodowany przez całkowite lub miejscowe
usunięcie warstwy pasywnej;

- 

stan aktywny

- stan powierzchni metalu korodującego, którego

potencjał jest mniejszy od potencjału pasywacji;

- 

stan transpasywny

- stan metalu spolaryzowanego do potencjału o

wartości wyższej od zakresu potencjałów stanu pasywnego,
charakteryzujący się znacznym wzrostem prądu korozyjnego, ale
nie związanym z korozją wżerową;

5.04.21

9

U W A G A O Z A S A D N I C Z Y M

Z N A C Z E N I U:

Wymienione rodzaje korozji obejmują jedynie podstawowe typy

procesów korozyjnych.

W warunkach rzeczywistej eksploatacji metali i ich stopów

rzadko się zdarza zachodzenie tylko jednego typu procesu

korozyjnego.

Zwykle występują one w różnorodnych kombinacjach !!

I to jest podstawowa trudność we wprowadzaniu zabezpieczeń

antykorozyjnych.

5.04.21

10

Podstawowym zjawiskiem, od którego trzeba zacząć

omawianie korozji elektrochemicznej jest

polaryzacja elektrod.

Jest to zjawisko polegające na wytrąceniu elektrody ze stanu

równowagi dynamicznej.

Układ może być wytrącony z równowagi albo poprzez zewnętrznie

przyłożony potencjał albo po przez wymuszony przepływ prądu.

Jak już wiemy

w stanie równowagi

prąd anodowy jest równy co do

wartości prądowi katodowemu (i

a

=-i

c

), na skutek zmiany jednego z

omawianych czynników (prądu lub potencjału) powodujemy,

że jedna z reakcji, anodowa lub katodowa, przyśpiesza lub zwalnia
co powoduje, że i

a

-i

c

.

Zjawisko takie nazywamy polaryzacją ogniwa i będzie się ono

objawiać przepływem prądu przez układ. Przepływ prądu jest

miarą, zarówno odchylenia od stanu równowagi, jak i miarą

zdolności układu do powracania do stanu równowagi.

5.04.21

11

Polaryzacja aktywacyjna

.

W przypadku, kiedy najwolniejszym procesem zachodzącym w badanym

ogniwie jest proces przeniesienia ładunku,

M

0

– ne  M

n+

prąd jest limitowany zgodnie z równaniem Volmera–Butlera.

Zastosowanie mają tutaj dwa przybliżenia dla tego równania,

czyli przypadek procesu odwracalnego jak i proces nieodwracalny,

czyli

równanie Tafela

. Przypadek polaryzacji aktywacyjnej przedstawia

rysunek:

Krzywe polaryzacji metalu w stanie

aktywnym (np. żelazo w wodnym

roztworze NaCl).

1 – polaryzacja aktywacyjna
anodowa (utlenianie metalu),

2 – polaryzacja aktywacyjna
katodowa (redukcja jonów
wodorowych),

3- polaryzacja dyfuzyjna katodowa
(redukcja tlenu kontrola dyfuzyjna).

5.04.21

12

Polaryzacja stężeniowa (inaczej dyfuzyjna).

Jeżeli w rozpatrywanym układzie substraty lub produkty procesu

elektrodowego muszą być transportowane poprzez roztwór, wtedy

często dochodzi do sytuacji, kiedy szybkość dyfuzji jest mniejsza niż

szybkość procesów elektrodowych. Wtedy to właśnie wartość prądu

płynącego przez układ limitowana jest szybkością transportu (często

jest to właśnie dyfuzja, gdzie mamy do czynienia z rozkładem stężeń

w warstwie elektrochemicznej i w głębi roztworu).

Aktywność depolaryzatora w

funkcji odległości od

elektrody.

l- rzeczywista grubość

warstwy podwójnej,

- zastępcza grubość warstwy

podwójnej,

a

c

– aktywność

depolaryzatora przy

powierzchni eletrody,

a

o

– aktywność

depolaryzatora w głębi

roztworu

5.04.21

13

















d

d

i

i

zF

RT

1

log

303

.

2



Nadpotencjał dyfuzyjny procesu opisuje równanie:

Polaryzacja omowa(opornościowa)

Nadpotencjał (



) omowy pojawia się na skutek przepływu prądu w

środowisku o niskim przewodnictwie elektrycznym.





= i R

Sytuacja taka dotyczy np. środowisk organicznych lub układów,

w których przy powierzchni elektrody gromadzi się duża ilość

produktów reakcji powodujących obniżenie przewodnictwa

roztworu. Ilustruje to rysunek:

5.04.21

14

Krzywe polaryzacyjne

elektrody I rodzaju

w roztworze elektrolitu

w stanie aktywnym

Wykres

przedstawia

krzywe

polaryzacyjne

elektrody

pierwszego rodzaju. Jest to elektroda zbudowana z metalu
zanurzonego do roztworu zawierającego jony tego metalu i jest
ona odwracalna względem kationu. W takim układzie zachodzą
następujące procesy:

Proces anodowy:

przechodzenie metalu do roztworu

M → M

n+

 ne

Proces katodowy:

redukcja jonów metalu i osadzanie w postaci

zredukowanej na elektrodzie

M

n+

 ne → M

lub katodowego wydzielania wodoru po redukcji jonu H

+

5.04.21

15

Zachodzące w układzie procesy można również przedstawić w formie

jednego sumarycznego równania reakcji.

M

n+

 ne ⇄ M

Potencjał takiego układu zmierzony w warunkach równowagi jest

nazywany potencjałem równowagowym

(E

równ.

) i odpowiada mu

wartość prądu wymiany (i

równ.

) ).

Na poprzednim rysunku liniami ciągłymi pogrubionymi zaznaczono

krzywe polaryzacji anodowej i katodowej. Przedstawiają one

wypadkowe wartości prądów.

Liniami cieńszymi zaznaczono natomiast proste zależności Tafela dla

procesów anodowych i katodowych. Odpowiadają im wartości prądów

zgodne z równaniami Tafela dla procesów anodowego:



a

= a  b log i

a



i katodowego:



k

= a  b log i

c



5.04.21

16

Następny rysunek przedstawia krzywe polaryzacyjne dla elektrody

mieszanej. Zaznaczone są tutaj liniami ciągłymi oba układy redoks

2H

+

/H

2

i M

n+

/M, pogrubione zostały linie tych procesów, które biorą

udział w równowadze stanu stacjonarnego. Zaznaczone zostały

potencjały równowagowe obu układów (i

0

) i ich prądy wymiany (log i

0H

,

log

i

0M

).

Krzywe polaryzacyjne

elektrody mieszanej w

roztworze elektrolitu w

stanie aktywnym

5.04.21

17

METODA POMIARU POLARYZACJI LINIOWEJ ( Metoda Sterna)

Stwierdzono, że jeżeli przeprowadzi się polaryzację próbki od

potencjałów o wartościach niewiele różniących się od

potencjału

korozyjnego

, to obserwuje się liniową zależność między gęstością prądu

zewnętrznego a potencjałem próbki.

)

(

3

.

2

c

a

corr

c

a

p

i

i

E

R



















E
(V)

i
(A/cm

2

)

i

E

R

p







+0.02

-0.02

Corrosion Rate (mmPY)= 4.6197E-5
Rp (Ohms/cm

2

)= 4.8906E6

Io (Amp/cm

2

)= 5.3341E-9

Eo (Volts)= -0.33204

-0.375

-0.350

-0.325

-0.300

-1e-8

-5e-9

0

5e-9

1e-8

E (Volts)

I

(A

m

p

s/

cm

2

)

RpFit Result

Krzywe polaryzacyjne Ti (przed polaryzacją

anodową) w roztworze 0.1 mol/dm

3

KBr

5.04.21

18

KRZYWE POLARYZACYJNE I STAN PASYWNY

 Opisywane przypadki przedstawiały możliwości występowania

określonych rodzajów równowag elektrochemicznych i były one

przedstawione jak układy izolowane. W praktyce, aby zbadać własności

elektrochemiczne metalu w danym środowisku należy wyznaczyć jego

podstawową charakterystykę w postaci

krzywej polaryzacyjnej

w pełnym

zakresie potencjałów. Taką przykładową krzywą przedstawia poniższy

rysunek Jest to zależność logarytmu prądu od wartości nadpotencjału,

na której zaznaczono ważne obszary polaryzacji.

Typowa krzywa polaryzacyjna
(potencjodynamiczna) metalu w
roztworze elektrolitu w układzie
półlogarytmicznym.

A – strefa depolaryzacji wodorowej,

B-aktywne roztwarzanie metalu
(obszar Tafela), C-maksymalny prąd
aktywnego roztwarzania, D - przejście
do zakresu pasywacji (potencjał
Fladego), E - zakres pasywacji,

F-obszar transpasywacji, G-
depolaryzacja tlenowa lub anodowe
wydzielanie gazów

5.04.21

19

Z punktu widzenia

korozji i ochrony przed nią

, bardzo interesującym i

ważnym obszarem jest zakres potencjałów odpowiadających stanowi

pasywacji.

Pasywnością

, jak już wspomniano, nazywamy taki stan metalu,

w którym zachowuje on odporność chemiczną wobec otaczającego

środowiska mimo, że posiada potencjalną termodynamiczną skłonność

do reagowania z nim w danych warunkach.

Przyczyną tego zjawiska jest zahamowanie anodowego procesu korozji

elektrochemicznej poprzez wytworzenie na powierzchni metalu

warstwy tlenku lub nierozpuszczalnej soli tego metalu.

Istotne jest, aby prąd płynący przez elektrodę w stanie spasywowanym

był znacząco mniejszy niż maksymalny prąd aktywnego roztwarzania,

np. niższy o dwa rzędy wielkości.

WPROWADZENIE DO TEORII I PRAKTYKI STOSOWANIA

PODSTAWOWYCH METOD OCHRONY PRZED KOROZJĄ

5.04.21

20

Przeprowadzenie metalu w stan pasywny jest jedną z metod ochrony

przed korozją, tzw. ochroną anodową

. Jedną z metod osiągania takiego

stanu jest wprowadzenie do metalu dodatków stopowych o wysokim

potencjale elektrodowym  stanowiących mikrokatody w czasie korozji 
ma to na celu podniesienie potencjału korozyjnego do takiej wartości,

aby leżała ona w zakresie pasywnym metalu, co związane jest z

minimalną gęstością prądu.

Wyjaśnienie tych procesów ilustruje rysunek:

Ilustracja zasady ochrony
anodowej poprzez
przesunięcie potencjału
korozji w obszar pasywacji
metalu.

1 – krzywa polaryzacji
anodowej metalu, 2 - krzywa
polaryzacji jonu wodorowego
i wydzielania wodoru

3- krzywa polaryzacji
katodowej metalu z
dodatkami metalu bardziej
szlachetnego.

5.04.21

21

0.0E+00

5.0E-04

1.0E-03

1.5E-03

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

U

W

[V]

I

W

[A]

0.0E+00

5.0E-04

1.0E-03

1.5E-03

2.18 2.20 2.22 2.24

U

b

Wyznaczanie potencjału przebicia (U

b

) warstwy pasywnej w układzie: Ti/TiO

2

/roztwór

elektrolitu

(H.Scholl, T.Blaszczyk A.Leniart – oral presentation at The 203rd ISE Congress, Paris,

April 27 – May 2, 2003)

5.04.21

22

SAMORZUTNE ROZTWARZANIE METALI.

DIAGRAMY POURBAIX

 Zjawisko określone jako korozja metali polega na samorzutnym

roztwarzaniu metalu. Proces ten może zachodzić na drodze

chemicznej, elektrochemicznej lub biochemicznej

.

Ze względu na tematykę tego wykładu zajmiemy się oczywiście

korozją elektrochemiczną. Możemy stwierdzić, że proces

elektrochemiczny tego typu polega na anodowym utlenianiu

atomów metali do ich jonów. Jest to zjawisko zależne od

wielu czynników, które ogólnie można zebrać w dwóch grupach:

1)

czynniki zewnętrzne - kontakt powierzchni metalu z

roztworem elektrolitu, rodzaj elektrolitu, ewentualnie mieszaniny

elektrolitów, występowanie w roztworze substancji

powierzchniowo-czynnych,

2) czynniki wewnętrzne - rodzaj metalu, występowanie w fazie

metalicznej domieszek innych metali lub innych pierwiastków, np.

wtrącenia węgla w stali, kontakt metalu ze źródłem potencjału.

Oczywiście, że uwzględniamy stany pasywacji

5.04.21

23

Do zrozumienia zjawiska korozji niezbędne są diagramy Pourbaix
opisujące stany równowagowe wszystkich reakcji zachodzących w
badanym układzie. Pokażmy to na przykładzie układu Cu/H

2

O, gdzie

uwzględniono ok. 120-tu stanów równowagowych wszelkiego typu:

5.04.21

24

Przykładowe diagramy Pourbaix dla kilku metali podaje kolejny
rysunek:

5.04.21

25

Potocznie synonimem korozji jest "zardzewiałe" żelazo, tj. żelazo

pokryte ciemnobrązową, łuszczącą się warstwą produktów reakcji.

Żelazo jest metalem o najszerszym zastosowaniu konstrukcyjnym,

głównie w stopach zwanych żeliwami, stalami itp., toteż podobnie jak

dla miedzi przedstawmy teraz diagram Pourbaix w prostym układzie

Fe - H

2

O :

Diagramy Pourbaix dla układu żelazo - woda. Zależności potencjał -pH

roztworu uwzględniają tworzące się tlenki żelaza. a - Fe

3

O

4

- zestarzały

getyt, b - Fe

3

O

4

- świeży getyt + FeOOH, c - Fe

3

O

4

– lepidokryt i FeOOH

5.04.21

26

Jedna z propozycji mechanizmu reakcji roztwarzania żelaza w

warunkach braku specyficznej adsorpcji jonów (np. chlorkowych,

wyraźnie przyspieszających proces korozji) i w środowisku kwaśnym

(np. kwasu siarkowego (VI) lub chlorowego (VII)) o pH w granicach

0,5 -1 opisana jest równaniami reakcji w następujących po sobie

etapach:

Fe + H

2

O  Fe(H

2

O)

ads

Fe(H

2

O)

ads

 Fe(OH

-

)

ads

+ H

+

Fe(OH

-

)

ads

 Fe(OH)

ads

+ e

Sumując otrzymamy:

___

___

___

____

___

___

____

____

___

___

___

___

____

___

___

____

____

Fe + H

2

O  Fe(OH)

ads

+ e + H

+

Etap decydujący o szybkości reakcji (rds):

(FeOH)

ads

 FeOH

+

+ e

i ostatecznie: FeOH

+

+ H

+

 Fe

++

+ 2 H

2

O

======================

5.04.21

27

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA KOROZYJNĄ ODPORNOŚĆ METALI I

STOPÓW. PRZYPOMNIENIE:

 

W przypadku metali "technicznych", a z takimi mamy z reguły do czynienia,

istnieje szereg czynników dodatkowo zmieniających szybkość reakcji korozji:

1. Niejednorodność fazowa i możliwość tworzenia układów mikroogniw

lokalnych daje zwykle początek tzw.

korozji wżerowej

.

2. Specyficzna adsorpcja jonów, głównie chlorków, powoduje również

powstawanie wżerów.

3. Powstanie wżeru staje się, przy sprzyjających warunkach, nowym

rodzajem korozji:

- w przypadku nałożenia się stałych naprężeń mechanicznych mamy do

czynienia z tzw.

korozją naprężeniową

,

- nałożenie się cykliczne zmieniających się naprężeń mechanicznych

(zmęczenie metalu) powoduje tzw.

korozję zmęczeniową

,

- naprężenie wewnętrzne pomiędzy kryształami metalu powodować

może tzw.

korozję śródkrystaliczną lub międzykrystaliczną

.

Oczywiste jest, że wszystkie procesy tu wymienione mogą występować

łącznie i wówczas

korozja szczelinowa

szybko posuwa się w głąb metalu (aż do

1 cm/h.!).

5.04.21

28

4.

Procesy tarcia

niszczą ochronną powłokę pasywną odsłaniając nowy

materiał zdatny do ponownej reakcji roztwarzania.

5. Turbulentny ruch cieczy powoduje tzw.

korozję kawitacyjną

, czyli

ciągłe niszczenie warstwy pasywnej pękającymi na niej

mikropęcherzykami gazu. Lokalne ciśnienia mogą osiągać wielkość

kilkuset hektopascali na centymetr kwadratowy!

Ten rodzaj korozji „cieszy się” szczególną uwagą konstruktorów i

technologów budowy statków i łodzi motorowych, gdzie korozja tego

typu niszczy układy napędowe i części dziobowe jednostki.

6.

Prądy błądzące

pojawiają się w wilgotnej glebie na skutek spływu

ładunków elektrycznych po wilgotnych izolatorach sieci prądu stałego

(np. sieć tramwajowa, prostowniki prądu) i dążą do anodowo

zachowujących się konstrukcji podziemnych (np. sieć wodno-

kanalizacyjna, ciepłociągi itd.).

5.04.21

29

50 m

Korozja szczelinowa po polaryzacji anodowej E

w

=-0.29 V

1.23 V  -0.29 V

(E

ref

– elektroda kalomelowa w nas. Roztworze NaCl)

Próbka: Stal biomedyczna „Rex 734”. Obraz z mikroskopu optycznego.
Roztwór pomiarowy: wodny roztwór NaCl 0.5 mol/dm

3

5.04.21

30

Charakterystyka procesów korozyjnych metodami
zdjęcia krzywej polaryzacyjnej i pomiarów EIS w
wybranych potencjałach T.Błaszczyk, A.Leniart,
H.Scholl XLIX Zjazd PTChem., Gdańsk 2006

5.04.21

31

Rex 734

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

10

-9

10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

E ( Volts)

I(

A

m

ps

/c

m

2

)

I

D

C

B

A

F

H

G

E

0

5000

10000

15000

-15000

-10000

-5000

0

Z'

Z''

eis0900.z

eis0900_fit.z

Punkt E

0

10

20

30

-20

-10

0

10

Z'

Z''

eis1100.z

eis1100_fit.z

Punkt F

-50

0

50

100

-150

-100

-50

0

Z'

Z''

eis1300.z

eis1300_fit.z

2.5 5

.0 7

.5 10

.0 1

2.5

-1

0

.0

-7

.5

-5

.0

-2

.5

0

Z

'

Z''

Punkt G

-100

0

100

200

-100

0

100

200

Z'

Z''

eis1500.z

eis1500_fit.z

0

5

1

0 15 2

0

-2

0

-1

5

-1

0

-5

0

Z

'

Z''

Punkt H

0

10000

20000

30000

40000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

Z'

Z''

eis0253.z

eis0253_fit.z

eis0775.z

eis0775_fit.z

Punkty

A i I

Punkty, w których wykonywane były pomiary impedancji:

A

-potencjał korozyjny w obwodzie otwartym E

kor

=

0.253 V

B

-E=0.300 V,

C

-E=0.500 V,

D

-E=0.700 V i

E

-E=0.900 V

F

-E=1.100 V

G

-E

pas

=1.300 V

H

-E

t

=1.500 V

I

-potencjał korozyjny w roztworze pokorozyjnymw obwodzie otwartym E

kor

=

0.775 V

0.5 mol/dm

3

H

2

SO

4

Charakterystyka korozyjna stali biomedycznej
metodami krzywej polaryzacyjnej i metodą EIS
w wybranych potencjałach. XLIX Zjazd PTChem.

5.04.21

32

5.04.21

33

Punkty, w których wykonywane były pomiary impedancji:

A

- potencjał korozyjny w obwodzie otwartym E

kor

=0.253 V dla stopu Rex 734 i

E

kor

=0.263 V

dla stopu Panacea P558

B

- E=0.300 V,

C

- E=0.500 V,

D

- E=0.700 V i

E

- E=0.900 V dla obydwu stopów

F

- E=1.100 V dla stopu Rex 734 i E=1.000 V dla stopu Panacea P558

G

- E

pas

=1.300 V dla stopu Rex 734 i E

pas

=1.125 V dla stopu Panacea P558

H

- E

t

=1.500 V dla stopu Rex 734 i E

t

=1.400 V dla stopu Panacea P558

I

- potencjał korozyjny w roztworze pokorozyjnym w obwodzie otwartym

E

kor

=0.775 V dla stopu Rex 734 i E

kor

=0.793 V dla stopu Panacea P558

5.04.21

34

0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1 . 0

1 . 2

1 . 4

1 . 6

1 0

- 9

1 0

- 8

1 0

- 7

1 0

- 6

1 0

- 5

1 0

- 4

1 0

- 3

1 0

- 2

1 0

- 1

E ( V o l t s )

I

(

A

m

p

s

/

c

m

2

)

I

D

C

B

A

F

H

G

E

P a n a c e a P 5 5 8

0

1 0 0 0 0

2 0 0 0 0

3 0 0 0 0

4 0 0 0 0

- 4 0 0 0 0

- 3 0 0 0 0

- 2 0 0 0 0

- 1 0 0 0 0

0

Z '

Z

''

e is 0 2 6 3 . z

e is 0 2 6 3 _ fi t. z

e is 0 7 9 3 . z

e is 0 7 9 3 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

5

F re q u e n c y ( H z )

|Z

|

e i s 0 2 6 3 . z

e i s 0 2 6 3 _ fi t. z

e i s 0 7 9 3 . z

e i s 0 7 9 3 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

- 9 0

- 6 0

- 3 0

0

F re q u e n c y ( H z )

t

h

e

ta

P u n k ty

A i I

0

5 0 0 0

1 0 0 0 0

1 5 0 0 0

- 1 5 0 0 0

- 1 0 0 0 0

- 5 0 0 0

0

Z '

Z

''

e is 0 9 0 0 . z

e is 0 9 0 0 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

5

F re q u e n c y ( H z )

|Z

|

e is 0 9 0 0 . z

e is 0 9 0 0 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

- 9 0

- 6 0

- 3 0

0

F re q u e n c y ( H z )

t

h

e

t

a

P u n k t E

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

- 2 0 0

- 1 0 0

0

1 0 0

Z '

Z

''

e is 1 0 0 0 . z

e is 1 0 0 0 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

F r e q u e n c y ( H z )

|Z

|

e is 1 0 0 0 . z

e is 1 0 0 0 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

- 9 0

- 6 0

- 3 0

0

3 0

6 0

9 0

F r e q u e n c y ( H z )

t

h

e

t

a

P u n k t F

- 2 5

0

2 5

5 0

7 5

- 7 5

- 5 0

- 2 5

0

2 5

Z '

Z

''

e is 1 1 2 5 . z

e is 1 1 2 5 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

F r e q u e n c y ( H z )

|Z

|

e is 1 1 2 5 . z

e is 1 1 2 5 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

- 1 2 0

- 6 0

0

6 0

F r e q u e n c y ( H z )

t

h

e

t

a

P u n k t G

0

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

4 0 0 0

5 0 0 0

- 5 0 0 0

- 4 0 0 0

- 3 0 0 0

- 2 0 0 0

- 1 0 0 0

0

Z '

Z

''

e is 1 4 0 0 . z

e is 1 4 0 0 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

F re q u e n c y ( H z )

|Z

|

e is 1 4 0 0 . z

e is 1 4 0 0 _ fi t. z

1 0

- 2

1 0

- 1

1 0

0

1 0

1

1 0

2

1 0

3

1 0

4

- 9 0

- 6 0

- 3 0

0

F re q u e n c y ( H z )

t

h

e

t

a

P u n k t H

5.04.21

35

Kilka prostych rysunków ilustruje omawiane procesy tworzenia

wżerów:

Powstawanie mikroogniw na niejednorodnej powierzchni

korodującego metalu. a) pęknięcie powłoki tlenkowej jest

potencjalnym miejscem lokalnej korozji, b) w lokalnym

ogniwie występuje zróżnicowanie pH i rozkład

potencjałów, c) powstał ubytek korozyjny (wżer – w

angielskim słownictwie określa to termin

pit, a proces

tworzenia wżerów to pitting

)

5.04.21

36

Zanieczyszczenie na powierzchni metalu

(pył, smar, itp..) pod warstwą wilgoci i w

obecności tlenu sprzyja wytworzeniu

mikroogniwa (a),

jony chlorkowe przyspieszają korozję

lokalną (b),

pod warstewką tlenku tworzy się ukryty

wżer korozyjny (c)

5.04.21

37

Przykłady wżerów korozyjnych na powierzchni tytanu

H.Scholl, T.Błaszczyk, A.Leniart, P.Niedzielski „The 203rd International Meeting of The international Society of
Electrochemistry, Paris, April 27 – May 2, 2003

5.04.21

38

Obraz zniszczenia korozyjnego na krawędzi wżeru ( badania własne)

5.04.21

39

Prąd błądzący. Upływność prądu

stałego z trakcji elektrycznej

poprzez wilgotną ziemią do lokalnej

instalacji podziemnej powoduje

tworzenie lokalnych

makroogniw

korozyjnych.

Wielki problem miast o komunikacji tramwajowej.

Korozja z udziałem prądów blądzących

5.04.21

40

ZASADY OCHRONY ANTYKOROZYJNEJ I STOSOWANE

METODY OCHRONY

Ochrona przed korozją jest obecnie ogromną dziedziną wiedzy i

praktyki - jej szczegółowe przedstawienie wymagałoby odrębnej

specjalizacji - toteż wykład ten sygnalizuje jedynie pewne zasady

postępowania wiążące się z tym problemem:

1.

Najskuteczniejszą ochroną przed korozją

jest staranny i

przemyślany dobór materiału pracującego w określonym środowisku

oraz właściwe warunki eksploatacji maszyn i urządzeń.

Tak więc, dla przykładu, nie można stosować zbiorników i maszyn

zbudowanych ze stali kwasoodpornych do eksploatacji w

środowisku zasadowym.

Zadanie to wymaga od konstruktorów i technologów ścisłej

współpracy z tzw. korozjonistą, specjalistą od zabezpieczeń

przeciwkorozyjnych.

5.04.21

41

2. Stosuje się

powłoki ochronne

z metali, farb, lakierów,

polimerów, powłoki pasywne itp.

Warunki, jakie mają spełniać powłoki ochronne, by zapewnić

skuteczność stosowania, to odporność chemiczna, szczelność

i dobre przyleganie do metalu.

Niezwykle istotnym działaniem jest

właściwe i staranne

przygotowanie podłoża.

Stosuje się w tym celu takie metody jak:

- mechaniczne szlifowanie, polerowanie itp.;

-chemiczne oczyszczanie powierzchni dla usunięcia warstw

tlenkowych lub nierozpuszczalnych soli pasywujących metal lub

innych związków znajdujących się na powierzchni (np. śladów

poprzedniej warstwy ochronnej);

- odtłuszczanie powierzchni stosując różnego typu substancje

chemiczne (roztwory mydeł, alkohole, aceton itd..).

Bardzo często niewłaściwe przygotowanie podłoża i nałożenie

powłoki powoduje bardzo groźną w skutkach, początkowo

niewidoczną) tzw.

korozję podpowłokową

.

 

5.04.21

42

Rodzaje pokryć powłokami ochronnymi można podzielić na kilka

grup:

1)

Pokrycia galwaniczne

metalem o wyższej odporności korozyjnej

niż metal podłoża. Po oczyszczeniu powierzchni galwanicznie osadza

się warstwę pośrednią (np.. miedź na żelazo i jego stopy)polaryzując

żelazną (lub stalową) katodę do potencjału elektroosadzania miedzi.

By otrzymać ściśle przylegającą i gładką warstwę Cu, stosuje się

zwykle roztwór elektrolitu zawierający kompleksy miedzi typu

[Cu

2+

(L)

n

]

2

dla ligandów obojętnych, np. NH

3

lub amin, albo jony

Kompleksowe o różnej wartościowości jeśli ligand jest obdarzony

ładunkiem (np. CN

-

) .

Na warstwę miedzi w kolejnej kąpieli galwanicznej nanosi się

właściwy metal (lub stop elektrochemiczny) spełniający rolę ochronną

Znane są powłoki ochronne żelaza: Fe/Cu/Ni lub Fe/Cu/Ni

(1-x)

Cr

x

.

5.04.21

43

2) Naturalne lub anodowo wytwarzane

warstwy pasywne

o

dobrych własnościach mechanicznych. W anodowym pasywowaniu

wykorzystuje się zakres potencjałów

E

z uzyskanej

półlogarytmicznej krzywej polaryzacyjnej

Szczególnie przydatne są układy fazowe:

Al/Al

2

O

3

; Ni/NiO; Ti/TiO

2

; Cr/Cr

2

O

3

; Pb/PbSO

4

3) Stosowane dawniej tzw.

powłoki oksydowane

wytwarzane po

zanurzeniu w oleju roślinnym metalu rozgrzanego blisko jego

temperatury topnienia.

4)

Powłoki ochronne otrzymywane termicznie

. Znana jest tzw. blacha

ocynkowana otrzymywana przez zanurzenie blachy żelaznej w

stopionym cynku. Stosowana powszechnie w pokryciach dachowych,

pokryciach zewnętrznych parapetów okiennych, rynnach itp.

5.04.21

44

5)

Powłoki malarskie

. Obecnie powłoki malarskie nanosi się zwykle na

reaktywną warstwę podkładową. Są to preparaty zawierające związki

chemicznie wiążące się z podłożem na drodze odpowiedniego procesu

chemicznego.

W przemyśle samochodowym przed lakierowaniem karoserie zanurza

się w wannach z gorącym H

3

PO

4

. Wytworzona warstwa polifosforanów

żelaza spełnia zasadniczą rolę warstwy ochronnej.

6)

Plazmowe i próżniowe nanoszenie warstw metalicznych lub

węglowych

, jak np. nanoszenie warstw diamentopodobnych (Diamond

Like Carbon Covers (DLCC) ) na stale specjalne lub tytan i jego stopy

medyczne wykorzystując metan (CH

4

) jako źródło węgla.

Nanoszone warstwy maja zwykle strukturę nano-krystaliczną.

5.04.21

45

7) Stosowanie

inhibitorów antykorozyjnych

. Przypomnijmy

budowę warstwy elektrochemicznej:

Model warstwy
elektrochemicznej w
roztworze
zawierającym
inhibitor:

a)- dipole wody,

b)- zaadsorbowane
molekuły organiczne
inhibitora, c) –
specyficznie
zaadsorbowane
aniony,

d) - hydratowane jony
tworzące warstwę
OHP

1

w odległości

oddziaływań dipoli
wody w IHP,

e) - OHP

2

odległa w

zależności od
oddziaływań molekuł

f) - hydratowane jony
w warstwie dyfuzyjnej

Cząstki inhibitora mogą całkowicie wyprzeć
specyficznie zaadsorbowane aniony (np. Cl

-

) i

przesunąć położenie warstw OHP

1

i OHP

2

. Zmienia

się wówczas pojemność różniczkowa warstwy
elektrochemicznej potencjał korozyjny.

5.04.21

46

8)

Bierna ochrona katodowa

. Zasadą jest odwrócenie potencjałów

metali stanowiących potencjalne ogniwo korozyjne. Ilustruje to

rysunek przykładowej ochrony rurociągu zakopanymi obok w

ziemi cynkowymi protektorami:

Anody cynkowe

Rurociąg stalowy

(katoda)

W takim makroogniwie zachodzą reakcje anod cynkowych
(tzw. protektorów)

Zn  Zn

2+

+ 2e

Zużyte protektory zastępuje się nowymi.

5.04.21

47

9)

Czynna ochrona katodowa

. Stosowana jest szczególnie

w kilkuset kilometrowych ( lub więcej) ropociągach lub

gazociągach.

Nie ma tutaj wymagań by materiał protektorów był z

natury anodowy, ponieważ ich sieć zasilana jest z

zewnętrznych źródeł prądu stałego (anodowo), a rurociąg

jest polaryzowany katodowo.

Schemat ochrony jest taki sam jak na poprzednim

rysunku z uwzględnieniem zewnętrznych stacji

zasilających.

Oczywiście równocześnie stosowana jest szczelna

zewnętrzna izolacja chronionego rurociągu.

5.04.21

48

MIKRO- I NANOELEKTROCHEMICZNA KOROZJA PODZESPOŁÓW

I OBWODÓW ELEKTRONICZNYCH

Układy elektroniczne podlegają procesowi korozji i jest to
czynnik, który odpowiada za brak wiarygodności pracy urządzeń.

Korozja dotyczy:

-układów scalonych ( IC ), które są złożonymi połączeniami
technologicznymi składającymi się z drukowanych płyt obwodów
(miedź), złącz (miedź, srebro, lut cynowy) i styków(złoto,platyna,
stopy platynowo-palladowe, itp.), półprzewodniki typu n lub p.

-A WIĘC PEŁNA GAMA PIERWIASTKÓW Z TABLICY MENDELEJEWA!!

- magnetycznych nośników danych, które przechowują dane o
wysokiej gęstości zapisu i jest to najważniejszy problem związany
z jakością ich działania ( stacje dysków, głowice magnetofonowe,
telefony komórkowe,m itp.).
Korozja może spowodować bezpośrednie uszkodzenie urządzenia,
ale także prowadzi do pogorszenia jego pracy. Urządzenie
elektroniczne może ulec uszkodzeniu po utracie

mniej niż 1

pikograma metalu

.

5.04.21

49

Metale w układach scalonych pełnią kilka funkcji. Zapewniają lokalne złącza,

łączą globalne elementy układu z dalekimi obszarami urządzenia oraz

dostarczają elementom sygnałów prądowych wejścia i wyjścia ( I/O ).

Sieć obwodów elektrycznych w chipie ( kostka ) składa się z kilku warstw

metalu rozdzielonych izolującymi warstwami dielektryka ( IDL ).

Wierzchnia warstwa metaliczna kostki chipu jest chroniona warstwą

pasywacyjną w postaci wzorca z niewielkimi płytkami umożliwiającymi

połączenie elektryczne ( kwadraty o boku 100 µm ).

Warstwami pasywacyjnymi są: dwutlenek krzemu (SiO

2

), szkła

fosfokrzemianowe otrzymywane metodą chemicznego osadzania z fazy

lotnej (par) ( CVD ) oraz osadzony plazmowo azotek krzemu.

Ponieważ urządzenia i układy scalone podlegają coraz większej

miniaturyzacji

(NASA buduje podzespoły z klasterów kilkuatomowych !!)

,

sieć połączeń w chipie jest odpowiedzialna za coraz większą część

całkowitego czasu opóźnienia przepływu prądu przez obwód, dlatego też

występuje tendencja do tworzenia układów z udziałem lepiej

przewodzących metali np. miedzi i izolatorów o niższej wartości stałej

przenikalności elektrycznej ().

5.04.21

50

Zanieczyszczenia powodujące korozję wprowadzane są podczas produkcji

i użytkowania. Są to na ogół zanieczyszczenia chlorkami powstające w wyniku

trawienia powierzchni roztworami elektrolitów zawierających reaktywne jony

(np. jony chlorkowe).

Obudowa układów scalonych

 Istnieją dwa zasadnicze typy systemów ochrony układów scalonych:

- obudowy ceramiczne i hermetyczne ( CHP )

- obudowy plastikowe ( PEM )

Urządzenia klasy CHP są wykonane z ceramiki, a osłona układu jest

zamknięta hermetycznie, dzięki czemu można dokładnie kontrolować

otoczenie chipu. Technologia ta jest stosowana obecnie tylko

w urządzeniach specjalnego przeznaczenia o wysokiej jakości.

W urządzeniach klasy PEM chip jest połączony z metalowym podłożem lub
przymocowany do ramy głównej i cały układ jest zatopiony wewnątrz
osłony plastikowej z żywicy epoksydowej lub silikonu wypełnionego
cząsteczkami nieorganicznymi.

Obecnie w związku z postępem technologicznym nastąpiła poprawa pracy
tych

urządzeń

i

stanowią

one

ponad

97%

światowego

rynku

elektronicznego.

5.04.21

51

Płytki wyeksponowane w oknach warstwy pasywacyjnej chipu są połączone

z ramą za pomocą cienkich połączeń ze złota lub glinu, albo miedzi lub srebra.

Rama główna wykonana jest ze stopu Ni - Fe, stopu Cu lub pokrytej miedzią stali

nierdzewnej. Rama główna tworzy również zewnętrzne połączenie na poziomie

płyty. Na „gołą” ramę nanosi się nikiel, lub stop niklu i kobaltu, a następnie

całość pokrywa się złotem, srebrem lub palladem, co zwiększa odporność

na korozję oraz zmniejsza oporność styku.

Magnetyczne nośniki danych

Wszystkie komputery korzystają z długoterminowego przechowywania danych.

Nośniki danych wykazują znaczną podatność na korozję. Każda stacja dysków

składa się z dysku posiadającego

twardą warstwę magnetyczną

przechowującą informację oraz głowicy, która wykorzystuje miękki materiał

magnetyczny do zapisu danych na dysku i odczytywania ich z dysku.

Stacje twardych dysków wykorzystują dyski z cienkich filmów metali,
otrzymywanych na drodze elektroosadzania i są nośnikami danych. Warstwą
magnetyczną jest stop na bazie kobaltu, pokryty warstwą ochronną z
napylonego węgla ( COC ), która nie jest w stanie całkowicie pokryć warstw
leżących głębiej i wystawia metale na działanie czynników korozyjnych. Może
to spowodować powstanie na powierzchni dysku stosunkowo dużej warstwy
produktów korozji.

5.04.21

52

W stacjach dysków stosuje się kilka konfiguracji głowic zapisujących dane.

Elementy odczytujące wykorzystują zjawisko

magnetooporu ( MR )

, które polega

na zmianie oporności materiału w funkcji wartości pola magnetycznego.

Większość sensorów MR wykorzystuje warstwy antyferromagnetyczne,

np. stop Mn – Fe zawierający 50% każdego z metali.

Stop ten jest bardzo podatny na korozję !

Adsorpcja wody

 W warunkach atmosferycznych woda adsorbuje się na powierzchni metali

i tlenków metali tworząc cienką warstwę, której grubość zależy od wilgotności

względnej ( RH ) i rodzaju podłoża. Szybkość korozji zależy z kolei od grubości

tej warstwy. Poziom krytyczny wilgotności, to poziom powyżej którego

szybkość korozji ulega znacznemu zwiększeniu. Powyżej poziomu krytycznego

zaadsorbowana woda stanowi wsparcie elektrochemicznych reakcji

przeniesienia ładunku.

W mikroelektronice adsorpcja wody związana jest ze zjawiskami fizycznymi

w małej skali np. między włóknami przewodów, powierzchniami styków

i złączy oraz w defektach osłon plastikowych, gdzie może występować

kondensacja kapilarna.

Kondensacja ta lokalnie może dawać wilgotność względną równą 100%.

5.04.21

53

Temperatura urządzenia

ma wpływ na proces adsorpcji wody; wyższa

temperatura powoduje jej desorpcję dla danego poziomu wilgotności,

a tym samym zmniejszenie szybkości korozji.

W wielu układach IC po włączeniu zasilania następuje wzrost

temperatury spowodowany wydzielaniem ciepła na oporach wewnętrznych

układów scalonych. Następuje desorpcja powierzchniowa i usuwanie wody

z osłony układu. Jakość pracy urządzeń rośnie ze wzrostem wartości stosunku

pracy urządzenia do czasu bezczynności, co wynika z efektów związanych

z wilgocią.

Zanieczyszczenia o charakterze jonowym

Korozja zachodzi szybciej, gdy w powietrzu znajduje się duża ilość

odpowiednich cząstek (średnica aerodynamiczna 0,05 do 2µm) bogatych

w wodorosiarczan amonu, oparów tlenków kwasowych, halogenków,cząstek

pochodzenia antropogenicznego, których nie można usunąć przez
filtrowanie

powietrza. Takie związki jonowe występują powyżej pewnego poziomu RH.

Źródłem niepożądanych związków chemicznych mogą być materiały

stosowane w mikroelektronice np. fosfor będący składnikiem szkieł

pasywacyjnych lub żywice epoksydowe, które zawierają organiczny związek

bromu.

5.04.21

54

Mechanizmy korozji urządzeń nano- i mikroelektronicznych

.

 W urządzeniach mikroelektronicznych występuje wiele materiałów

metalicznych podlegających korozji zachodzącej według mechanizmów,

które dzielą się na dwie ogólne kategorie:

korozja w obecności przepływu prądu elektrycznego

– a więc obecność

praktycznie nieograniczonej liczby mikroogniw korozyjnych

podlegających korozji pod kontrolowanym potencjałem

i

korozja w warunkach bezprądowych

, tj. w warunkach obecności

lokalnych prądów korozyjnych lub równowagowych

wynikających z zestawienia układów katoda/roztwór/

elektrolitu/anoda

Korozja obwodów elektronicznych w obecności pola

elektrycznego

W urządzeniach mikroelektronicznych wartości wykorzystywanego

potencjału są niewielkie ( < 5V ), ale powstające pola elektryczne mogą

mieć bardzo duże gęstości prądu lokalnego ze względu na rozmiary

elementów i odległości między nimi. Korozja zachodzi na drodze trzech

różnych mechanizmów elektrolitycznych przedstawionych na rysunku.

5.04.21

55

Mechanizmy korozji urządzeń

nano- i mikroelektronicznych w
obecności pola elektrycznego

[wg Philippe Marcus “Corrosion
Mechanisms in Theory and Practice”.
Second edition, revised and expanded”
2002, Chapter 18 “Corrosion of
microelectronic and magnetic data –
storage devices”, Contributors: Gerard
S. Frankel and Jeffrey W.

Braithwaite

( pp. 643-682 )

a)Różnica

potencjałów

na

każdej

granicy

faz

metal–

elektrolit

umożliwia

reakcje

elektrochemiczne redox.

b)anodowo naładowany element
może

doprowadzić

do

uszkodzenia

w

wyniku

przerwania

obwodu

elektrycznego na linii anodowej

.

c) mechanizm degradacji jest
specyficzny

dla

metali

amfoterycznych, takich jak glin.
Metal jest amfoteryczny, a więc
wzrost wartości pH powoduje
rozpuszczenie

ochronnej

warstwy

tlenkowej

na

powierzchni

linii

katodowej.

Metal

ulega

szybkiemu

roztwarzaniu

i

urządzenie

przestaje działać w wyniku
przerwania obwodu

na linii

katodowej. Wzrost wartości pH
powoduje

rozpuszczenie

ochronnej warstwy tlenkowej na
powierzchni

linii

katodowej.

Metal szybko się roztwarza i
przerwany jest obwód na linii
katodowej

d) Jony metalu roztwarzającego się na anodzie są transporto-
wane przez film powierzchniowy elektrolitu i ulegają redukcji
elektrolitycznej na katodzie. Dendryty metalu narastają od
katody w kierunku anody i w wyniku zwarcia sąsiednich
przewodników następuje uszkodzenie – urządzenie przestaje
działać

5.04.21

56

ALE NIE MARTWMY SIĘ ZBYTNIO !

WSPÓŁCZESNY ROZWÓJ TECHNIK INFORMATYCZNYCH

I WPROWADZANIA NOWYCH SYSTEMÓW

OPERACYJNYCH NARZUCA NAM RACZEJ KUPOWANIE

NOWYCH I CORAZ TAŃSZYCH URZĄDZEŃ, ZANIM NASZE

STARE SKORODUĄ!

5.04.21

57

K O N I E C

D Z I Ę K U J Ę Z A U W A G Ę