Korozją nazywamy proces niszczenia metali oraz ich stopów, na skutek chemicznego lub elektrochemicznego działania otaczającego ośrodka. Niszczenie metalu zaczyna się od powierzchni metalu, które w dalszym etapie posuwa się w głąb. Niszczeniu towarzyszy na ogół zmiana wyglądu powierzchni, np. powstawanie rdzy na żelazie będącej produktami jego utleniania (na ogół tlenki, wodorotlenki). Istnieją jednakże takie rodzaje korozji, których nie można rozpoznać gołym okiem, np. cienkiej warstewki tlenku glinu na glinie metalicznym. Korozję należy odróżnić od erozji, czyli powierzchniowego zużycia metalu, powstającego np. na skutek tarcia się części maszyn, szlifowania metali itp.
Metal odporny na korozję w jednych warunkach może nie być odporny w innych. Tak np. miedź jest całkowicie odporna na korozję w zwykłej wodzie, natomiast zupełnie traci odporność w roztworach amoniaku. Stal nierdzewna odporna jest na działanie kwasu azotowego, natomiast łatwo rozpuszcza się w gorącym roztworze kwasu solnego. Również platyna należąca do najbardziej odpornych metali na korozję rozpuszcza się w wodzie królewskiej, czyli mieszaninie kwasu solnego i azotowego. Jeśli metal ulega korozji w danym ośrodku, wtedy określa się go jako aktywny. Jeśli natomiast wykazuje odporność, wtedy jest pasywny, czyli niereagujący. Jeden i ten sam metal może być w jednych warunkach aktywny, w innych zaś pasywny. Pasywacją metalu nazywa się taki stan jego powierzchni, który przy danych warunkach składu i temperatury ośrodka praktycznie nie zmienia się przez długi okres czasu. Pomiędzy stanem całkowitej aktywności i pasywacji istnieje dużo stanów pośrednich, choć niekiedy przejście od stanu aktywnego do pasywnego przebiega nagle.
Rodzaje korozji
Korozję dzieli się na chemiczną i elektrochemiczną, tzn. taką, której przebieg związany jest z ruchem elektryczności, czyli przepływem prądu od jednej części metalu do drugiej. Korozja elektrochemiczna zachodzi przy działaniu na metale przewodników elektryczności, np. roztworów zawierających jony (rdzewienie żelaza, rozpuszczanie metali w kwasach, korozja miedzi w roztworze amoniaku) lub płynnych elektrolitów (korozja metali w stopionej soli kuchennej). Korozji chemicznej nie towarzyszy przepływ prądu elektrycznego. Występuje ona przy działaniu na metal suchych gazów oraz płynnych nieelektrolitów.
Wynikiem działania suchych gazów w wyższej temperaturze jest pozostawienie na powierzchni metali tzw. zgorzeliny. Do płynnych nieelektrolitów należą liczne związki organiczne i roztwory związków nieorganicznych w rozpuszczalnikach organicznych. Stąd korozję chemiczną można podzielić na korozję w płynach oraz na korozję gazową. Korozję elektrochemiczną, należy zróżnicować na korozję w płynach zachodzącą przy działaniu na metal roztworów elektrolitów np. zasad, kwasów i soli oraz korozję atmosferyczną zachodzącą pod warstewką wilgoci, która osiada na powierzchni metalu. Powyższa klasyfikacja odnosi się do samych procesów bez uwzględnienia wyników procesów korozji. Klasyfikacja wyników korozji na podstawie rodzaju uszkodzenia metalu opiera się wyłącznie na zmianach metalu. W praktyce ważne jest ustalenie, jaka część ogólnej powierzchni metalu ulega zniszczeniu, a także czy korozja jest równomierna czy też nierównomierna.
Przy tej samej ilości skorodowanego metalu powstaje większe niebezpieczeństwo zniszczenia materiału przy korozji nierównomiernej, prowadzącej np. do zlokalizowanych głębokich wżerów, które eliminują konstrukcje metalowe z dalszej pracy.
Rodzaje korozji ze względu na wyniki procesów
Korozja równomierna
Korozja lokalna
Korozja w postaci wżerów
Korozja w postaci kropek
Korozja międzykrystaliczna
Korozja podpowierzchniowa
Korozja elektrochemiczna
Korozja w makroogniwach
Korozja w mikroogniwach
Korozja spowodowana nierównym napowietrzeniem
Korozja chemiczna
Korozja w paliwach płynnych
Korozja gazowa
Żelazo i inne metale ogrzewane w powietrzu, lub w tlenie pokrywają się warstewkami, które stanowią produkt reakcji metalu z tlenem. Warstewkę powstałą na metalu cechują dwie zasadnicze właściwości: mianowicie, jest ona wynikiem działania atakującego czynnika agresywnego i metalu, czyli jest produktem korozji oraz przylega do powierzchni metalu.
Utworzona warstwa wykazuje działanie ochronne. W miarę wzrostu jej grubości przenikanie czynnika agresywnego do metalu jest coraz bardziej utrudnione. Hamuje to prędkość korozji, a w niektórych przypadkach całkowicie ją zatrzymuje. Zależy to od stopnia przepuszczalności warstewki. Niektóre warstewki wykazują mniejszą, inne większą ochronę przed korozją.
W zależności od grubości warstewki ochronne dzielimy na:
warstewki grube, widzialne - łatwe do wykrycia, których grubość wynosi powyżej 500 nm.
warstewki średniej grubości, występujące na metalach w postaci „barw nalotowych"; ich grubość wynosi od 40 - 500 nm.
cienkie warstewki niewidzialne, które można wykryć tylko metodami
pośrednimi; grubość ich wynosi poniżej 40 nm.
Warstewki ochronne na metalach mają strukturę krystaliczną. W praktyce właściwości ochronne warstewek zależą od jej odporności na czynniki agresywne oraz od jej trwałości.
Na jej trwałość wpływaj ą następujące czynniki:
naprężenia wewnętrzne powstające przy wzroście warstewki ochronnej. Im warstewka grubsza, tym większe występują w niej naprężenia. Wielkość tych naprężeń zależy również od stanu powierzchni metalu, są one większe na powierzchni nierównej, niż równej. Stąd ważnym czynnikiem jest należyte przygotowanie powierzchni metalu przed wytworzeniem na niej warstewki ochronnej;
spójność warstewki z podłożem metalicznym - jest tym większa, im bardziej warstewka wrośnięta jest w metal. Im większa spójność, tym większa jest odporność warstewki.
własności mechaniczne warstewki - najważniejszymi cechami warstewki są jej wytrzymałość na rozciąganie oraz na odkształcenie.
naprężenia w warstewce powstające przy zmianie temperatur. Zarówno metal jaki warstewka mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej, przy czym warstewka na ogół nie nadąża za rozszerzaniem się metalu. Powstają w niej wtedy naprężenia mogące doprowadzić do rozsypania się warstewki. Wielkość powstających naprężeń zależy od różnic współczynników rozszerzalności warstewki i podłoża oraz do szybkości zmiany temperatury.
Jedną z najbardziej rozpowszechnionych i skutecznych metod zabezpieczania antykorozyjnego w życiu codziennym jest cynkowanie.
Cynk jest metalem miękkim, dość dobrze kowalnym, o barwie srebrzystej z błękitnym odcieniem. W układzie okresowym pierwiastków cynk znajduje się wraz z kadmem i rtęcią w grupie IIB. Jest mniej aktywny chemicznie niż metale ziem alkalicznych (grupa IIA), lecz bardziej aktywny niż metale z rodziny miedziowców (grupa I B). Cynk jest dobrym czynnikiem redukującym zarówno w środowisku kwaśnym, jak i alkalicznym.
Z uwagi na położenie cynku w szeregu napięciowym, powłoki cynkowe osadzane elektrolitycznie na żeliwie i stali mają charakter powłok anodowych i chronią stal elektrochemicznie przed korozją. Z tego względu obecność porów w pokryciu cynkowym nie ma istotnego znaczenia na przebieg korozji. Duża zdolność ochrony wyrobów przed korozją atmosferyczną polega między innymi ma hamowaniu procesu korozji przez same produkty korozji powłoki cynkowej, które powiększają swoją objętość hamując dostęp wilgoci do porów powłoki. Obecność białego nalotu (produktu korozji cynku) pogarsza wprawdzie wygląd zewnętrzny, ale nie zmniejsza skuteczności ochrony. Powłoki cynkowe mają twardość (wg Brmella) 50-60 kG/mm2 i są wytrzymałe na walcowanie i zgięcia, nie nadają się jednak do spawania. Ochronne właściwości cynku przejawiają się nawet wówczas, gdy brak jest powłoki w niektórych miejscach (na odległość kilku mikrometrów), w wyniku zadrapań czy innych uszkodzeń. Okres, w którym powłoki cynkowe stanowią ochronę przeciwkorozyjną, zależy od warunków eksploatacji oraz od grubości powłoki tzn., że im grubsza powłoka tym lepsza ochrona. Szybkość, z jaką ulega zniszczeniu m/rok - w warunkach wiejskich i 6 - 8μpowłoka cynkowa, wynosi 1-1,5 m/rok - w warunkach miejskich. Testy powłok cynkowych w mgle solnejμ wykazują, że szybkość korodowania powłok zależy od typu kąpieli, ale nie zależy od grubości powłoki. Natomiast długość użytkowania powłoki zależy zarówno od rodzaju kąpieli jak i od grubości powłoki.
Minimalne grubości galwanicznych powłok cynkowych dla różnych zastosowań i inne wymagania dotyczące powłok cynkowych zawarte są w normie PN - 82\H-970005. Pokrycia cynkowe są nieodporne na działanie pary wodnej w temperaturze powyżej 60°C . Należy jednak szczególnie podkreślić, że istotnym warunkiem uzyskania dobrej ochrony przed korozją, a więc pełnego wykorzystania własności ochronnych cynku, jest zachowanie wysokiej czystości osadzanej powłoki. Wynika z tego konieczność przestrzegania dużej czystości stosowanych kąpieli i usuwania z nich zanieczyszczeń w postaci metali ciężkich, jak np. Cu, Ni, Pb, itp., które mogą się osadzać równocześnie z powłoką cynkową. Powłoki cynkowe w porównaniu z powłokami z innych metali wykazują najlepsze własności ochronne na żeliwie i stali, tak w odniesieniu do grubości, jak i do jednostki kosztu osadzania. Badania w normalnych warunkach atmosferycznych przeprowadzone przez T. Biestek wykazały, że najlepszą odporność korozyjną mają powłoki osadzone w kąpielach cyjankowych.
Powłoki cynkowe można nakładać różnymi metodami. Dobór poszczególnych metod zależy od rodzaju, kształtu i wielkości pokrywanego wyrobu, oraz jego przeznaczenia i wymaganej własności powłoki, a także wymaganej grubości i równomierności powłoki. W przypadku powłok cynkowych istnieje pięć zasadniczych metod nakładania, z których każda ma swoje charakterystyczne zastosowanie.
Do metod tych należą:
cynkowanie elektrolityczne (powłoki galwaniczne),
cynkowanie ogniowe (zanurzeniowe), polegające na zanurzaniu pokrywanych wyrobów w roztopionym cynku,
szerardyzacja, polegająca na obróbce małych części w mieszaninie zawierającej pył cynkowy, proces ten przeprowadza się w podwyższonych temperaturach. Pod wpływem działania podwyższonej temperatury następuje dyfuzja cynku do powierzchni pokrywanych wyrobów,
cynkowanie metoda metalizacji natryskowej, polegające na nakładaniu cynku, znajdującego się początkowo w postaci drutu lub proszku - za pomocą specjalnego pistoletu, w którym następuje stopienie cynku i natryskanie go w postaci bardzo drobnych cząsteczek, na pokrywanej powierzchni,
stosowanie powłok malarskich zawierających jako pigmenty pył cynkowy.
3