PRACA KONTROLNA

Scharakteryzować rodzaje procesów korozyjnych metali oraz metody

TEMAT: ............................................................................................................................................................................................................

ochrony przed korozją.

.............................................................................................................................................................................................................

Korozja (corradere łac. - zżerać) to stopniowe niszczenie tworzyw wskutek działania środowiska. Pojęcie korozji dotyczy przede wszystkim metali i stopów, a w szczególności przedmiotów,o których mówi się potocznie "żelazne''. Są one jednak w rzeczywistości wykonane ze stali lub żeliwa. Produkt korozji żelaza i jego stopów nosi nazwę rdzy - krucha, najczęściej żółto brunatna warstwa tworząca się na żelazie i stali w wyniku działania naturalnych czynników korodujących np. wilgoci, dwutlenku węgla i innych. Chemicznie rdza zawiera tlenki, wodorotlenki i czasami sole żelaza. Przyczyną korozji żelaza jest powstawanie mikro ogniw galwanicznych.

Odporność materiału na korozję wyraża się jakościowo oraz ilościowo najczęściej przez pomiar ilości zniszczonego materiału w określonym czasie trwania korozji. Pojęcia korozji i odporności na korozję nie mają znaczenia absolutnego.

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 ze względu na rodzaj procesu:

Korozja chemiczna nie towarzyszy jej 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

Korozja elektrochemiczna, tzn. taka, 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). 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 żelaza na powietrzu jest przykładem korozji równomiernej, tzn. rozprzestrzeniającej się równomiernie na całej powierzchni metalu. Po zdjęciu produktów korozji (przez wytrawienie w kwasach) obserwuje się mniej więcej równą, lecz szorstką powierzchnię metalu, jednakże z płytszymi lub głębszymi wżerami w przypadku silnej i długotrwałej korozji.

Korozja lokalna charakteryzuje się tym, że tylko niektóre części powierzchni metali ulegają zniszczeniu, podczas gdy inne pozostają nietknięte. Korozja ta występuje w postaci plam na metalu. Stopień skorodowania określa się przez podawanie wielkości oraz głębokości tych plam.

Jeśli korozja lokalna nie jest wielka, lecz głęboka, to korozję taką nazywa się korozją w postaci wżerów. Jest to bardzo niebezpieczny typ korozji, prowadzący często do wżeru materiału na wylot. Wżery widoczne są niekiedy dopiero po usunięciu produktów korozji, wypełniających otwór.

Korozja w postaci kropek objawia się na powierzchni metalu w postaci kropek od płytkich począwszy aż do wżerów na wylot .

Korozja międzykrystaliczna to taka, która posuwa się w głąb metalu, po granicach ziaren, pozostawiając w miejscach zniszczonego metalu produkty korozji. Często zdarza się, że ten rodzaj zniszczenia metalu nie pociąga za sobą zmiany wyglądu powierzchni. Metal wygląda na zupełnie nie zniszczony, na skutek jego wewnętrznego osłabienia pęka przy obciążeniach mechanicznych, uderzeniach, a nawet można go złamać w rękach. Korozja międzykrystaliczna jest, zatem najgroźniejszym typem korozji, do której szczególnie są skłonne stopy glinowe.

Korozja pod powierzchniowa - nisko takiej korozji znajduje się pod powierzchnią metalu. Połączone jest z powierzchnią wąskim kanalikiem, przez który przenika Czynnik agresywny. Tego rodzaju zniszczeniu ulegają najczęściej stopy glinowe. Bardzo często obserwuje się występowanie różnych rodzajów korozji obok siebie, np. jedna część powierzchni koroduje równomiernie, druga lokalnie z objawami plam i wżerów. Korozji między krystalicznej towarzyszy często Korozja równomierna.

Wyróżniamy też:

Korozję atmosferyczną - niszczące, żrące działanie wody oraz powietrza (także znajdujących się w nim innych gazów) na ciała stałe. Korozja może dotyczyć wielu różnych substancji: metalu, kamienia, betonu, szkła, drewna, papieru, środków barwiących, powłok lakierniczych itd. Działanie korozji atmosferycznej polega na wchodzeniu czynników korodujących w reakcje chemiczne z atakowanymi substancjami. Korozja atmosferyczna jest rodzajem korozji chemicznej lub elektrochemicznej.

Korozję biologiczną - jest to proces niszczenia spowodowany np. przez bakterie. Powodują one przemianę węglanów w azotany, przez co wapień się kruszy i rozpada na proszek. Utlenianie występujących w kamieniu siarczków. Mchy i glony wytwarzają agresywne substancje np. kwasy humusowe, które potrzebują wilgoci, przez co pną się po kamieniu i próbują dostać się do głębszych warstw powodując powolne rozkruszanie.

Korozja naprężeniowa jest to korozja lokalna zachodząca w materiale, w którym występują stałe naprężenia technologiczne lub eksploatacyjne.

Korozja zmęczeniowa jest wynikiem współdziałania korozji elektrochemicznej oraz zmiennych naprężeń spowodowanych powstaniem ostrych wżerów przechodzących w pęknięcia wypełnione produktami korozji. Uszkodzenia spowodowane korozją zmęczeniową jest znacznie większe niż suma uszkodzeń wynikających z samego naprężenia zmiennego i korozji elektrochemicznej.

Korozja jądrowa jest to korozja wywołana niszczącym działaniem silnego promieniowania jądrowego (np. w reaktorach jądrowych).

Korozja międzykrystaliczna - rodzaj korozji metali; przebiega na granicy ziaren metalu, powodując spadek jego wytrzymałości i ciągliwości. Postępuje ona bardzo szybko, atakując głębiej położone warstwy, co czasem jest przyczyną katastrofalnych zniszczeń. Korozja międzykrystaliczna występuje często w nieprawidłowo obrabianej cieplnie stali kwasoodpornej i duralowych stopach aluminium.

Korozja selektywna - rozpuszczenie jednej fazy lub składnika stopu pod wpływem działania środowiska korozyjnego. Składnik fazowy o niższym potencjale staje się anodą i ulega rozpuszczaniu. Katodą jest faza o wyższym potencjale. Najczęściej spotykanym rodzajem korozji selektywnej jest odtynkowanie mosiądzów. Inne przykłady to selektywne rozpuszczanie glinu, żelaza, kobaltu, chromu, niklu, lub węgla z ich stopów.

Czynniki wpływające na proces korozji

• obecność zanieczyszczeń

• odczyn środowiska

• zmiany temperatury i ciśnienia

• naprężenia materiału

W celu ochrony metali przed korozją stosuje się:

Powłoki metaliczne - warstwy metalu na powierzchni wyrobu, służące do jego ochrony przed korozją lub do celów ozdobnych. Nakłada się je różnymi metodami technologicznymi:

* elektrolitycznie - pokrywanie złotem, srebrem, miedzią, niklem, chromem, cyną, cynkiem.

* ogniowo - powlekanie metalu w kąpielach stopionego metalu ochronnego (cynk, cyna, ołów, glin).

* chemicznie - poprzez bezprądowe kąpiele lub natrysk soli wraz z reduktorem.

* platerowanie - nakładanie powłok z platery z użyciem nacisku (srebro, miedź, glin).

Metaliczne powłoki ochronne z metali o niższym od żelaza potencjale standardowym . Przez zanurzenie w ciekłym metalu, natryskiwanie lub osadzanie elektrolityczne uzyskuje się powierzchnię ochronną, izolującą metal od wpływu wilgoci i powietrza. Powłoki wykonane z metali stojących w szeregu elektrochemicznym przed żelazem (cynk, chrom) spełniają również rolę anody w ogniwie i nawet jeśli powłoka ulegnie uszkodzeniu mechanicznemu, do roztworu nie będzie przechodziło żelazo, lecz metal tworzący powłokę. Korozja cynku przebiega bardzo powoli dzięki tworzeniu się powierzchniowej warstwy trudno rozpuszczalnych związków. Z tego względu stosuje się blachy ocynkowane do pokrywania dachów, wyrobu rynien, wiader itp.

Metaliczne powłoki ochronne z metali o wyższym od żelaza potencjale standardowym. Działanie powłoki wykonanej z miedzi, cyny lub niklu jest czysto mechaniczne i powłoka spełnia swoje zadanie tylko wtedy, gdy jest zupełnie szczelna. Z chwilą jej uszkodzenia proces korozji staje się intensywniejszy niż bez powłoki.
Powłoka stanowi katodę, a żelazo ulega anodowemu rozpuszczeniu:
Fe - 2e^- => Fe²⁺
podobnie jak w mikroogniwach na powierzchni stali. Dlatego też puszki po konserwach, wykonane z blachy ocynowanej, rdzewieją bardzo szybko.

Powłoki niemetaliczne -

Czernienie termiczne jest to nieorganiczna powłoka. Powstaje podczas hartowania np. śrub w specjalnych emulsjach olejowych.

Oksydowanie to proces nieorganiczny, metoda zanurzeniowa we wrzącym roztworze alkaliczno-utleniającym. Na powierzchni powstaje ścisła przylegająca warstwa tlenku-żelaza.

Fosforanowanie - metoda zanurzeniowa w kwaśnych roztworach zawierających fosfor.
Zadaniem powłok niemetalicznych jest izolowanie powierzchni metali od dostępu tlenu i wilgoci. Konstrukcje stalowe (np. mosty) maluje się farbami olejnymi i lakierami, a niekiedy nakłada minę, smołę lub asfalt. Naczynia z blachy stalowej i żeliwa pokrywa się emaliami. Narzędzia i trące o siebie części maszyn można chronić jedynie przez nałożenie warstwy smaru.
Skuteczną, lecz drogą metodą jest pokrywanie wyrobów metalowych cienką warstwą tlenku-oksydowanie. Niektóre metale, wśród nich glin, samorzutnie pokrywają się na powietrzu zwartą warstwą tlenku, który chroni metal przed dalszą korozją.

Ochrona elektrochemiczna

jest jedną z najbardziej skutecznych metod ochrony przeciwkorozyjnej stali w środowiskach naturalnych. Zalecana jest przede wszystkim do zabezpieczania wszelkiego rodzaju konstrukcji stalowych podziemnych i podwodnych. Stosowana jest zazwyczaj razem z dobranymi do takich warunków powłokami ochronnymi. Zaletą ochrony katodowej jest możliwość kontroli zarówno skuteczności samej ochrony katodowej, jak i powłok ochronnych na niewidocznej i niedostępnej powierzchni zbiorników. Ponadto jej rola jest nieoceniona w przypadku zbiorników podziemnych. Jest skuteczną techniką ochrony zewnętrznych powierzchni zbiorników bez konieczności ich odkopywania.

Elektrochemiczna ochrona katodowa polega na bezpośrednim oddziaływaniu na mechanizm i kinetykę procesów korozyjnych poprzez zmianę potencjału zbiornika w kierunku wartości bardziej elektroujemnych. Osiągnięcie i utrzymanie na powierzchni chronionego zbiornika potencjału ochronnego gwarantuje całkowite zahamowanie procesów korozyjnych. Zabezpieczenie przed korozją zbiorników metalowych realizuje się z wykorzystaniem zewnętrznego źródła prądu.

Układ ochrony katodowej składa się z dwóch obwodów elektrycznych: polaryzującego i kontrolnego.

Za pomocą obwodu kontrolnego określa się wartość potencjału chronionej konstrukcji względem niepolaryzowanej elektrody odniesienia, kontrolując w ten sposób skuteczność działania ochrony katodowej.

W obwodzie polaryzującym do dodatniego bieguna źródła prądu przyłącza się układ anodowy, natomiast do bieguna ujemnego - chroniony zbiornik. Wielkość prądu ochrony zależy od stanu izolacji i od wielkości powierzchni zewnętrznej zbiorników.

Ochrona protektorowa - o chronionego rurociągu lub kadłuba okrętu przytwierdza się tzw. protektory - bloki z metalu o niższym od żelaza potencjale normalnym (np. z magnezu, cynku). Protektor stanowi anodę zwartego ogniwa i sam zużywa się, przechodząc do roztworu (wody gruntowej lub morskiej). Elementy ochronne muszą być co pewien czas wymieniane.

Inhibitor (łac. inhibeo - zatrzymuję)

związek chemiczny powodujący zahamowanie bądź spowolnienie reakcji chemicznej. Proces ten nazywa się inhibicją. Inhibitorem można nazwać zarówno substancję powodującą spowolnienie lub zatrzymanie reakcji niekatalizowanej jak i substancję obniżającą aktywność katalizatora w reakcji katalizowanej. Ponieważ w przeciwieństwie do katalizatorów, inhibitory mogą ulegać zużyciu w trakcie reakcji, nazywanie ich ujemnymi katalizatorami jest niezalecane. Odwrotnym działaniem do inhibitora charakteryzuje się inicjator.

Inhibitory korozji to substancje, które już w niewielkim stężeniu powodują spowolnienie lub zatrzymanie korozji metali lub ich stopów.

W biologii istotne są inhibitory enzymów, zwane również truciznami enzymów.

Ze względu na mechanizm działania na enzym dzieli się je na:

* inhibitory kompetycyjne (konkurencyjne)

* inhibitory allosteryczne

* inhibitory niekompetycyjne

---