Zjawisko korozji. Korozją nazywamy proces niszczenia metali wskutek chemicznego lub fizyko-chemicznego oddziaływania środowiska. Słowo korozja pochodzi z łacińskiego „corrosus", co oznacza „wygryziony" lub „zjedzony stopniowo". Procesy korozji przebiegają wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z metalami, stanowią one bowiem naturalną tendencję metalu do przechodzenia do stanu pierwotnego, tj. do postaci tlenkowej w jakiej występuje on w rudach. Proces korodowania jest w przypadku magazynowania gotowych wyrobów metalowych procesem niepożądanym, gdyż powoduje niszczenie wyrobu i jego nieużyteczność. Dlatego też stosowany jest cały szereg środków, które zapobiegając temu procesowi chronią wyroby przed uszkodzeniem wskutek działania korozji. W celu zabezpieczenia metalu przed korozją, stosowane są środki, które wskutek ścisłego kontaktu z powierzchnią metalu chronią ją przed działaniem czynników agresywnych, jak np. wilgoć, gazy agresywne i rozpylone roztwory soli. Środki te działają jak nieprzenikliwa przegroda dla czynników agresywnych lub zmieniają charakter powierzchni metalu w przypadku ich adsorbowania się na niej bądź tworzenia tlenków. Dla ochrony wyrobów metalowych w czasie magazynowania i transportu stosowana jest pewna grupa środków ochronnych znanych pod określeniem środki dla ochrony czasowej. Mają one tą wspólną cechę, że ze względu na konieczność użytkowania wyrobów po okresie magazynowania lub transportu muszą być w sposób prosty usunięte za pomocą rozpuszczalnika lub zdjęte przez zdarcie.

Korozja atmosferyczna - niszczące, żrące działanie wody oraz powietrza (także znajdujących się w nim innych gazów) na ciała stałe.

Korozja może dotyczyć wielu różnych substancji: metali, kamienia, betonu, szkła, 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 elektrochemicznej.

Korozja chemiczna jest to korozja spowodowana działaniem substancji chemicznych w obecności wilgoci, pod warunkiem, że reakcjom chemicznym nie towarzyszy przepływ prądu, np. reakcja metalu z gazem.

Korozja chemiczna żelaza i jego stopów

Produkt korozji żelaza i jego stopów to rdza. Sama rdza nie jest ściśle określoną substancją, lecz mieszaniną różnorakich związków żelaza, tlenu i wodoru. Główny składnik rdzy stanowi związek o wzorze sumarycznym FeO(OH), zawierający żelazo na stopniu utlenienia +3. Oprócz tego w skład rdzy wchodzi woda, tlenki lub wodorotlenki żelaza o nieco innym składzie oraz węglany żelaza.

Warunkiem koniecznym do powstania rdzy jest obecność wody i tlenu. Pozostające w kontakcie z wodą i tlenem atmosferycznym żelazo przechodzi powoli w trudno rozpuszczalny wodorotlenek żelaza (II)

Wodorotlenek żelaza (II) utlenia się dalej do wodorotlenku żelaza (III). Wodorotlenki przechodzą stopniowo w tlenki lub węglany.

Szacuje się, że niemal połowa wyprodukowanej w latach 1890-1923 stali (ok. 1800 mln ton) uległa zniszczeniu przez korozję.

Korozja elektrochemiczna- jest to korozja spowodowana działaniem substancji chemicznych, gdy reakcjom chemicznym towarzyszy przepływ prądu, np. reakcja metalu z elektrolitem. Najczęściej występuje w przypadku, gdy metal (żelazo, cynk) jest narażony na kontakt z elektrolitami w obecności pierwiastków o większym potencjale standardowym. W takiej sytuacji powstaje ogniwo galwaniczne, w którym pierwiastek bardziej szlachetny (o większym potencjale standardowym) jest katodą, a metal mniej szlachetny anodą. Rolę katody pełnią najczęściej domieszki innych metali, jak również ziarenka grafitu. W miarę rozpuszczania się metalu coraz więcej domieszek zagęszcza się na powierzchni, liczba mikroogniw wzrasta i proces korozji przybiera na sile.

Korozja biologiczna - jest to proces niszczenia materiału (metalu lub niemetalu) spowodowany przez działanie organizmów żywych (często bakterii). Zarówno beztlenowce jak i bakterie używające tlen mogą powodować korozję biologiczną.

Na przykład, bakterie mogą powodować przemianę węglanów w azotany, przez co wapień się kruszy i rozpada na proszek. Inny przykład to utlenianie siarczków (w obecności tlenu rozpuszczonego w wodzie), często z produkcją kwasu siarkowego. Inne bakterie potrafią redukować siarczany do siarkowodoru (w srodowisku beztlenowym), który może powodować niebezpieczną korozję niektórych metali (na przykład, stali nierdzewnej). 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. Niszczenie zębów pod osadami nazębnymi może również słuzyć za przykład korozji biologicznej.

W przemyśle, na korozję bakteryjną narażone są często wymienniki ciepła, instalacje rurowe, zbiorniki wodne, itp. Bakterie mogą tworzyć osady na metalowych ścianach, pod którymi wytwarza się korozyjne (czasem bardzo korozyjne) środowisko.

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

Korozja naprężeniowa (pękanie korozyjne, pękanie sezonowe) – korozja lokalna zachodząca w materiale, w którym występują stałe naprężenia technologiczne lub eksploatacyjne. Prowadzi ona do pękania metalowych (np. stalowych, mosiężnych lub aluminiowych) lub polimerowych przedmiotów. Korozja naprężeniowa występuje na skutek połączenia agresywnego środowiska, naprężeń mechanicznych, i typu materiału podatnego na ten typ korozji.

Środowisko

Korozja naprężeniowa zachodzi głównie w roztworach stosunkowo mało agresywnych, głównie chlorków (również bromków i jodków).

Pękanie korozyjne różnych stopów może być powodowane przez różne czynniki:

• mosiądze – w atmosferze amoniaku lub dwutlenku siarki.

• stale węglowe – w środowisku alkalicznym i w obecności azotanów

• stopy aluminium, magnezu i stale chromowo-niklowe w obecności chlorków

Naprężenie

Mogą to być zarówno naprężenia wywołane siłami zewnętrznymi, jak i naprężenia własne wywołane np. zgniataniem na zimno lub spawaniem. Uważa się, iż materiał pozostający pod wpływem naprężeń, poddany działaniu środowiska korozyjnego jest mniej odporny na oddziaływanie tego środowiska niż materiał nieobciążony. W wyniku naprężeń powierzchnia metalu nie jest energetycznie jednorodna. Powstają miejsca bogatsze energetycznie, z których jony metalu znajdujące się na powierzchni przechodzą do roztworu łatwiej niż z powierzchni niezdefektowanej. Powierzchnia zdefektowana staje się biegunem ujemnym, a powierzchnia niezdefektowana biegunem dodatnim ogniwa. W takim ogniwie na anodzie zachodzi proces utleniania. Pęknięcia przebiegają prostopadle do naprężeń głównych i mogą przebiegać wzdłuż granic ziaren (korozja naprężeniowa międzykrystaliczna) lub poprzez ziarna (korozja naprężeniowa śródkrystaliczna).

Mechanizm [edytuj]

Zjawisko pękania korozyjnego tłumaczy się nierównomiernym rozmieszczeniem składników stopu, zwłaszcza, gdy różnią się one aktywnością chemiczną (np. cynk i miedź w mosiądzach). W przypadku mosiądzów pęknięcia korozyjne tworzą w miejscach lokalnie wyższego stężenie atomów cynku. Z tego względu najbardziej odporne na ten typ korozji są mosiądze zawierające do 20% cynku (np. tombak).

Korozja międzykrystaliczna - korozja przebiegająca na granicy ziaren metalu, powodująca 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.

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).

• Ochrona katodowa – ochrona antykorozyjna, która polega na tym, że do konstrukcji chronionej dołącza się zewnętrzną anodę w postaci metalu o potencjale standardowym niższym niż materiał chronionej konstrukcji.

• Płytka taka nazywa się protektorem. Połączenie protektora z konstrukcją chronioną wykonuje się poprzez bezpośredni styk lub za pomocą przewodnika. Materiał chronionej konstrukcji staje się katodą i nie koroduje. Cynk jest dobrym protektorem dla konstrukcji stalowych pracujących w wodzie morskiej.

• Inhibitor korozji to środek chemiczny hamujący przebieg procesów niszczenia materiałów instalacji. Inhibitory mogą zmniejszać szybkość postępowania korozji poprzez tworzenie warstwy ochronnej na powierzchni metalu, nie usuwając jednak powstałych przed ich użyciem skutków korozji - rdzy i osadu. Do oczyszczania instalacji z tego typu zanieczyszczeń służą inne preparaty chemiczne.

• Działanie

• Inhibitory powodują powstawanie na powierzchni materiału warstwy ochronnej (tzw. proces pasywacji). Warstwa pasywna narażona jest na przerwanie w wyniku ruchu wody w instalacji. Dlatego potrzebna jest odpowiednia ilość inhibitora, aby taką uszkodzoną warstwę natychmiast uzupełnić. Gdy zabraknie preparatu, w miejscu uszkodzenia powierzchni pasywnej tworzy się mikroogniwo i rozpoczyna się korozja.