9.04.21

1

KOROZJA

 PODSTAWY 

TEORETYCZNE, 

METODY POMIAROWE, 

SPOSOBY 

ZAPOBIEGANIA

I OCHRONY 

PRZECIWKOROZYJNEJ

HENRYK SCHOLL



Katedra Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

Wydział Chemii

Uniwersytetu Łódzkiego

e-mail: hscholl@chemul.uni.lodz.pl

ELEKTROCHEMIA  STOSOWANA

W Y K Ł A D  5  (2008)

9.04.21

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. 

9.04.21

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. 

9.04.21

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;

9.04.21

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

9.04.21

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

).

9.04.21

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;

9.04.21

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;

9.04.21

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.

9.04.21

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.

9.04.21

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). 

9.04.21

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

9.04.21

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:

9.04.21

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

+

9.04.21

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



9.04.21

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

9.04.21

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 

9.04.21

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 

9.04.21

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

9.04.21

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.

9.04.21

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)

9.04.21

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

9.04.21

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:

9.04.21

24

Przykładowe diagramy Pourbaix dla kilku metali podaje kolejny 
rysunek:

9.04.21

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

9.04.21

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

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

9.04.21

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.!). 

9.04.21

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.).

9.04.21

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

 

9.04.21

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

9.04.21

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.

9.04.21

32

9.04.21

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

9.04.21

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

9.04.21

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

)

9.04.21

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)

9.04.21

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

9.04.21

38

Obraz zniszczenia korozyjnego na krawędzi wżeru ( badania własne)

9.04.21

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

9.04.21

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.

9.04.21

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

.

 

9.04.21

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

 . 

9.04.21

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.

9.04.21

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.

9.04.21

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.

9.04.21

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.

9.04.21

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.

9.04.21

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

.

 

9.04.21

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 (). 

9.04.21

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.

9.04.21

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. 

9.04.21

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%.

9.04.21

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. 

9.04.21

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. 

9.04.21

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 

9.04.21

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!

9.04.21

57

K O N I E C

D Z I Ę K U J Ę   Z A    U W A G Ę