KOROZJA METALI
Korozja jest jednym z najpoważniejszych czynników powodujących destrukcję
konstrukcji metalowych, która może prowadzić do awarii lub katastrofy.
1.Rodzaje korozji ze względu na przyczynę powstania
Rozróżnia się trzy podstawowe rodzaje korozji metali ze względu
na przyczynę powstania:
a) Korozja chemiczna
b) Korozja elektrochemiczna
c) Korozja kontaktowa
Ad. a) Korozja chemiczna
Korozja chemiczna metali następuje w wyniku działania suchych
gazów lub cieczy nie przewodzących prądu elektrycznego.
Przykładem korozji chemicznej może być działanie tlenu na metale w
podwyższonej temperaturze w rezultacie którego na powierzchni
metalu powstaje warstwa tlenku. Utlenianie metalu do jego tlenków
metalu powstaje warstwa tlenku. Utlenianie metalu do jego tlenków
nie zawsze jest procesem szkodliwym. Jeżeli warstwa tlenku jest
dostatecznie zwarta i mocno związana z powierzchnią metalu, chroni
ona (pasywuje) metal przed dalszym utlenianiem. ( Przykład:
elementy aluminiowe lub cynkowe pokryte tlenkiem 
zabezpieczenie, spirala w piecyku elektrycznym-uszkodzenie).
.
Ad. b) Korozja elektrochemiczna
Korozja elektrochemiczna powstaje wskutek działania krótkozwartych
ogniw na styku metalu z elektrolitem. Ogniwa te powstają w rezultacie
niejednorodności chemicznej (lub fizycznej) metalu np. na styku
różnych metali, bądz
wskutek niejednorodności krystalicznej w
strukturze metalu.
Model ogniwa galwanicznego
Model ogniwa galwanicznego
Po stronie anody metal koroduje.
Metal po stronie katody nie koroduje
Przebieg reakcji na anodzie:
Fe + 1/2 O2 + H2O = Fe(OH)2
4 Fe(OH)2 + O2 = 2 Fe2O3 x H2O + 2 H2O
W skutek zmienności struktury stali na powierzchni elementu występują
obszary o różnym potencjale elektrycznym. Oznacza to, że pewne fragmenty
powierzchni mogą utworzyć anodę a inne katodę. W przypadku pojawienia się
wody tworzącej elektrolit-powstaje ogniwo i zaczyna się proces
elektrochemiczny.
Szereg napięciowy metali
Na< Mg< Al< Zn< Fe" Każdy metal tego szeregu wypiera następne metale z roztworu ich soli.
" Wszystkie metale występujące w szeregu przed wodorem posiadają ujemne
potencjały normalne. Są to metale  nieszlachetne , które wypierają wodór z
kwasów czyli rozpuszczają się w kwasach z wydzieleniem wodoru.
" Wszystkie metale występujące w szeregu napięciowym za wodorem
" Wszystkie metale występujące w szeregu napięciowym za wodorem
posiadają dodatnie potencjały normalne. Są to metale  szlachetne , które nie
wypierają wodoru z kwasów.
" Położenie metalu w szeregu napięciowym a posiada bardzo istotne
znaczenie dla podatności metalu na korozję elektrochemiczną. Im bardziej
ujemna jest wartość potencjału normalnego metalu tym większą posiada on
tendencję do przechodzenia do roztworu a więc do korodowania.
Ad. c) Korozja kontaktowa
Powstaje w przypadku bezpośredniego kontaktu metali o różnym
potencjale elektrycznym ( szereg napięciowy metali) w środowisku
wilgotnym. Im większa różnica w potencjałów elektrycznych stykających
się metali tym większy przepływ ładunków w srodowisku wilgotnym i
intensywniejsza korozja. Mechanizm tej korozji jest więc
elektrochemiczny.
Najczęściej spotykane w kontakcie
stali (Fe) i aluminium (Al)
miedzi (Cu)-i stali nierdzewnej (Fe + Ni)
w konstrukcjach budowlanych i instalacjach sanitarnych i przemysłowych
2. Zapobieganie korozji i ochrona przed korozją
2.1. Zapobieganie korozji
Zapobieganie korozji polega na:
a) odpowiednim kształtowaniu konstrukcji i połączeń na etapie
projektowania
b) dobór najkorzystniejszego gatunku stali ze względu
przewidywane zagrożenia korozyjne- tj. stali odpornej na
korozję.
Ad. a) Kształtowanie konstrukcji
Ad. a) Kształtowanie konstrukcji
- dobór przekrojów ( zalecane przekroje otwarte masywne (min
U/A) lub zamknięte zabezpieczone przed dostępem powietrza
- unikanie zakamarków, na których mogą gromadzić się woda lub
zanieczyszczenia
- unikanie bezpośredniego kontaktu stali o różnym potencjale
elektrycznym
Ad. b) Stale odporne na korozję, stale nierdzewne
" Podwyższenie odporności na korozję stali uzyskuje się przez
dodanie pierwiastków stopowych Cu, Ni, Cr, Mo
" Stale o podwyższonej odporności na korozję atmosferyczną
(stale Cor-Ten ) powstają przez dodanie odpowiedniej ilości miedzi
w procesie wytopu. Stale te stosuje się na stalowe konstrukcje
budowlane ( kominy, estakady, pomosty itp)
Dużą odporność na korozję uzyskuje się przez dodanie co najmniej
10,5% chromu do stali. Wyższa zawartość chromu i dalsze składniki
stopowe, jak nikiel i molibden, jeszcze bardziej podwyższają
stopowe, jak nikiel i molibden, jeszcze bardziej podwyższają
odporność korozyjną ( stale nierdzewne).
" Stale nierdzewne można podzielić metalograficznym na
odpowiednio przygotowanej próbce PN dzieli je na:
" stale kwasoodporne (odporne na działanie kwasów słabszych niż
siarkowy, stosowane w przemyśle chemicznym (zbiorniki rury)
" stale nierdzewne ( odporne na działanie słabszych kwasów i
zasad) stosowane w przemyśle spożywczym i na elementy
galanterii stalowej
2.2.Ochrona przed korozją.
2.2.1.Powłoki ochronne
a) Powłoki organiczne
Jest to tradycyjna metoda ochrony przed korozją stali. Polega na
nanoszeniu na powierzchnię stali warstw:
" olejów
" smarów
" bitumów (smoły, asfaltów)
" gumy
" polimerów żywicznych
" farb i lakierów
Powłoki te stosuje się w przemyśle maszynowym i chemicznym,
budownictwie wodnym,, gospodarstwach. Są one często najtańszym
sposobem zabezpieczenia elementów przed korozją.
b) Malowanie ochronne (farby i lakiery)
Zasady dobierania i projektowania pokryć malarskich określa norma
PN-EN-ISO 12944-1do5  Farby i Lakiery. Ochrona przed korozją
konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich
Czystość powierzchni do pokrywania
Rozróżnia się trzy stopnie czystości powierzchni 1,2,3 ( od najczystszej do
najmniej oczyszczonej) przeznaczonej do pokrywania środkami ochrony.
Metody przygotowania powierzchni
Metody przygotowania powierzchni
Oczyszczenie strumieniowo-ścierne  za pomocą śrutowania lub
piaskowania. Uzyskuje się 1 lub 2 st. czystości
Śrutowanie- czyszczenie pneumatyczne za pomocą kulek metalowych o
dużej twardości. Stosowane do części mechaniczneych i galanterii
budowlanej.
Piaskowanie - czyszczenie pneumatyczne za pomocą drobin kwarcu (
piasku) lub rozdrobnionego żużla pohutniczego. Stosowane w większości
przypadków do elementów konstrukcyjnych.
Czyszczenie ręczno-mechaniczne  przy użyciu urządzeń
mechanicznych, jak : młotki pneumatyczne, szczotki mechaniczne,
szlifierki, skrobaki pneumatyczne. Uzyskuje się stopień czystości 2 i
3. Stosuje się przy renowacji istniejących powłok.
Czyszczenie płomieniowe  opalanie powierzchni
zanieczyszczonych farbami, smarami lub olejami i usuwanie luz
nych
zanieczyszczeń za pomocą szczotek. Stosuje się przy renowacji
istniejących powłok.
Czyszczenie ręczne szczotkami  przy użyciu szczotek stalowych.
Mało skuteczne. Trudno uzyskać nawet 3 stopień czystości. Stosuje
się przy renowacji istniejących powłok w trudnodostępnych
miejscach.
Czyszczenie chemiczne- za pomocą specjalnych rozpuszczalników.
Stosuje się w sytuacjach gdzie nie można zastosować innych
metod.
Zestawy malarskie
Zestaw malarski jest to pokrycie wielowarstwowe składające się z 1
- 2 warstw podkładowych o dobrej przyczepności do podłoża i
dobrych właściwościach ochronnych oraz 2-3 warstw
nawierzchniowych barierowych ( zapobiegających przenikaniu
czynników agresywnych).
Jako pierwszą warstwę należy stosować pokrycie tzw. gruntem
aktywnym lub środkami przetwarzającymi rdzę ( minia ołowiowa,
minia cynkowa). Można stosować tu również powłoki malarskie
przeznaczone na powierzchnie pokryte rdzą nalotową ( Epirust,
Hammerite). Grubość tych warstw w zależności od powłoki powinna
Hammerite). Grubość tych warstw w zależności od powłoki powinna
wynosić 20 do 80 �m
Warstwy nawierzchniowe powinny być dobrane z uwzględnieniem
warstw gruntujących. Najczęściej w konstrukcjach stalowych stosuje
się farby: alkilowe (ftalowe),chlorokauczukowe, poliwinylowe,
epoksydowe, silikonowe, ( rzadziej: olejne, bitumiczne). Grubość
tych warstw w zależności od powłoki powinna wynosić 40 do 180
�m.
Dobór farb w zestawie oraz grubości powłok uzgodnić z
instrukcją producenta.
b) Powłoki nieorganiczne
Emalie szkliste: cechuje duża odporność na alkalia, kwasy,
ścieranie, temperaturę. Stosuje się w naczyniach spożywczych,
zbiornikach na wodę itp..
wady: duża kruchość
Powłoki tlenkowe:
Anodowanie Al. - sztuczne utlenianie powierzchni aluminiowych.
Stosowane dla celów ozdobnych lub do dalszego procesu
pokrywania blach aluminiowych
Czernienie (oksydowanie) stali. Jest to metoda chemiczna
pokrywania tlenkiem metalu. Stosowana w narzędziach, łącznikach
(śrubach), elementach ozdobnych (okuciach)
Powłoki fosforanowe: uzyskiwanie na powierzchni stali i/lub metali
nieżelaznych ściśle przylegających warstw nierozpuszczalnych
fosforanów poprzez zanurzenie w kąpieli zawierającej związki
fosforu. Stosowane w procesach pokrywania metali.
Powłoki metalowe
Powłoki anodowe są wykonane z metali o bardziej ujemnym
potencjale elektrochemicznym (mniej szlachetnych) niż metal
chroniony.
Pokrywanie metali powłokami anodowymi zapewnia chronionemu
metalowi ochronę katodową, gdyż powłoka z metalu mniej
szlachetnego działa w charakterze anody jako protektor. Jako
przykład powłok anodowych można wymienić cynk i kadm.
Najważniejszym, praktycznym zastosowaniem powłok anodowych
Najważniejszym, praktycznym zastosowaniem powłok anodowych
jest pokrywanie stali powłoką cynkową (blachy ocynkowane).
Powłoki katodowe są wykonane z metali bardziej szlachetnych niż
metal chroniony. Przykładem powłok katodowych są np. powłoki z
miedzi, niklu, chromu, cyny lub srebra.
Powłoka katodowa jest skuteczna tylko wówczas, kiedy cała
powierzchnia stalowa jest nią szczelnie pokryta. Po utworzeniu
szczeliny powstaje mikroogniwo w którym żelazo jest anodą i ono
ulega rozpuszczeniu, co przyspiesza korozję, a metal szlachetny
staje się katodą ogniwa. W rezultacie uszkodzenia powłoki
katodowej szybkość korozji w miejscu uszkodzenia jest większa niż
w przypadku braku powłoki anodowej.
w przypadku braku powłoki anodowej.
Metaliczne powłoki ochronne mogą być nakładane przez:
-zanurzenie w ciekłym metalu ( cynkowanie ogniowe)  stosowane
w konstrukcjach stalowych i różnego typu blachach cienkich
-platerowanie (zwalcowanie na gorąco)- stosowane dla celów
ozdobnych
-natryskiwanie roztopionego metalu na powierzchnię chronioną
(aluminiowanie)  np. zabezpieczanie zbiorników stalowych na
(aluminiowanie)  np. zabezpieczanie zbiorników stalowych na
wodę dużych pojemności
-elektrolizę ( powłoki galwaniczne ; chromowanie, niklowanie,
miedziowanie, posrebrzanie)
c) Inhibitory korozji
Inhibitory (opóz
niacze korozji) tworzą zwykle na powierzchni metalu
warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Dla korozji w
środowisku alkalicznym jako inhibitory korozji stosowane są sole
cyny, arsenu, niklu i magnezu, zaś w środowisku kwaśnym: krochmal,
klej lub białko. Inhibitory dodaje się do cieczy np. w rurociągach sieci
cieplnych lub płynów chłodzących w maszynach i urządzeniach.
d) Ochrona elektrochemiczna
ZASADA: Przesunięcie potencjału elektrodowego chronionego
metalu do zakresu pasywnego
Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji z
metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor) ogniwa,
natomiast katodą jest obiekt chroniony. Połączenie takiej anody z
konstrukcją chronioną wykonuje się przez bezpośredni styk ( tzw.
powłoki anodowe) lub za pomocą przewodnika.