Metody badań odporności korozyjnej

Ocena odporności korozyjnej materiałów ogniotrwałych jest jednym z najtrudniejszych problemów badawczych. Duża ilość czynników występujących równocześnie i wpływających na przebieg korozji powoduje, że interpretacja mechanizmu zniszczeń korozyjnych jest bardzo trudna. Z tych też względów przy ocenie odporności korozyjnej materiałów stosuje się metody empiryczne. W metodach tych oznaczana jest:

• Czysto chemiczna odporność materiału ogniotrwałego, decydująca o charakterze zachodzącej reakcji.

• Wpływ tekstury atakowanego materiału na przebieg procesu korozyjnego.

Odporność korozyjną materiału ogniotrwałego na działanie określonych reagentów bada się różnymi metodami, które dzielimy na pośrednie i bezpośrednie.

Metody bezpośrednie dzielą się na statyczne oraz dynamiczne. Badania próbek po testach obejmują najczęściej wizualną ocenę stopnia zniszczenia próbek, czyli pomiar ubytków i głębokość strefy infiltracji oraz analizę mikroskopową faz powstałych w wyniku reakcji wyrobu ze składnikami ciekłego reagenta.

BEZPOŚREDNIE

• STATYCZNE

Metoda pastylkowa

Ze sproszkowanej substancji wywołującej korozję formuje się w prasie pod odpowiednim cieśnieniem pastylkę w kształcie walca lub sześcianu (o średnicy i wysokości 50 lub 20 mm). Pastylkę tą umieszcza się na powierzchni badanego wyrobu ogniotrwałego i całość wstawia do pieca. Temperaturę podnosi się z zadaną prędkością aż do osiągnięcia temperatury pracy. Próbkę przetrzymuje się w piecu od 2 do 4 godzin. Oceny odporności korozyjnej dokonuje się opisowo na podstawie wyglądu przekroju układu, uwzględniając zmianę zabarwienia, zasięg i wżerów.

Metoda tyglowa

Ulepszeniem metody pastylkowej jest metoda tyglowa, w której ilość reagenta jak i powierzchnia jego kontaktu z wyrobem jest większa. W badanym wyrobie ogniotrwałym wycina się tygiel o wymiarach 50 x 50 mm, umieszcza się w nim odważoną porcję czynnika wywołującego korozję, nakrywa tygiel pokrywką i wstawia do pieca. Ogrzewa się go do temperatury pracy lub temperatury, w której reagent ulega całkowitemu stopieniu i pozostawia się go w piecu przez okres 4 do 8 godzin. Długi czas przetrzymywania tygla w temperaturze pomiaru jest konieczny do wytworzenia się równowagi termicznej. Ocenę odporności korozyjnej dokonuje się tak jak w przypadku metody pastylkowej. Możliwe jest również określenie wskaźnika liczbowego, którym jest procentowy stosunek powierzchni zmienionej lub powierzchni ubytku do pierwotnej powierzchni przekroju.

Podsumowanie:

Badanie korozji metodami statycznymi są najczęściej niewystarczające, ponieważ są ograniczone do dwóch lub trzech czynników wywołujących korozję tzn. metalem bądź ciekłym reagentem , temperaturą oraz atmosferą. Metody te są mało dokładne z powodu braku gradientu temperatury wzdłuż granicy czynnika korodującego i powodującego korozję. Czynnik korodujący nie jest odnawialny, dlatego ustala się pewna równowaga. Metody te pozwalają poznać wpływ tekstury wyrobu na szybkość i rozmiary korozji oraz porównać odporność różnych wyrobów na korozję przez dany czynnik niszczący.

• DYNAMICZNE

Bardziej przydatne do oceny odporności korozyjnej tworzyw ogniotrwałych są metody dynamiczne. Oznaczenie odporności korozyjnej tymi metodami prowadzone są wyłącznie na próbkach przygotowanych z gotowych wyrobów.

Metody te obok czynnika teksturalnego uwzględniają ruch reagenta względem powierzchni roboczej wyłożenia ogniotrwałego. Metod tych jest bardzo wiele, zróżnicowanie warunków przeprowadzania testów, powoduje, że porównanie odporności korozyjnych może być dokonane w przypadku zastosowania tych samych metod w tych samych warunkach.

Metoda zanurzeniowa

W tyglu wykonanym ze zwartego odpornego wyrobu ogniotrwałego np. spinelu, korundu lub metalu szlachetnego (platyny) znajduje się czynnik korodujący. Próbki do badań wycina się z wyrobu ogniotrwałego, przy czym wygodny jest kształt beleczek z górnym zawieszeniem (w kształcie litery T), a następnie zanurza się je w czynniku powodującym korozję. Wielkość próbki zależy od wielkości tygla i komory pieca. Znane są rozwiązania, które zezwalają na badanie tylko jednej próbki lub wielu równocześnie. Piec może być ogrzewany gazem, stosowane są jednak rurowe piece elektryczne, łatwiejsze w obsłudze i pozwalające dokładniej regulować temperaturę.

Metodą tą można badać korozję w sposób ilościowy. Próbki przed pomiarem waży się i mierzy i po pomiarze oznacza ubytki masy i objętości. W celu przyspieszenia korozji często stosuje się ruch próbek względem substancji korodującej. Czas pomiaru uzależniony jest od stosowanych warunków ( w przypadku szkieł - do 8 godzin, żużli - od 10 minut do kilku godzin). Temperatura badania musi być wyższa od temperatury topnienia badanej substancji, Metoda jest dość trudna, ale daje wyniki ilościowe.

Metoda pieca obrotowego

Stosowana jest przeważnie do badań korozji wywołanej przez żużle. Badanie przeprowadza się w piecu bębnowym, obracającym się wokół osi poziomej, którego pierścieniowe wyłożenie wykonane jest z klinów wyciętych z gotowych wyrobów. Piec usytuowany jest pod niewielkim kątem do poziomu, co umożliwia wyjmowanie żużla po korozji lub ściekanie do komory żużlowej. Żużle podaje się bądź w strumieniu gazu opałowego, bądź zgranulowany przez otwór załadowczy. Wskaźnikiem odporności korozyjnej są ubytki w wysokości kształtek. Zaletą tej metody jest ruch kształtek w stosunku do czynnika korodującego oraz występowanie spadku temperatury wzdłuż badanego materiału, co przybliża warunki badania do rzeczywistych warunków pracy. W piecu można badać nie tylko wyroby formowane lecz także zaprawy, masy i betony. Temperatura jak i czas pomiaru zależą przede wszystkim od rodzaju żużla i badanych wyrobów.

METODY POŚREDNIE

Oprócz wyżej wymienionych metod statycznych i dynamicznych stosowane są również pośrednie metody badań odporności korozyjnej. W metodach tych określa się własności materiału ogniotrwałego lub czynnika korozyjnego, które wpływają, na szybkość korozji.

Pomiar kąta zwilżania

Kąt zwilżania lub inaczej kąt graniczny mierzony jest przy pomocy mikroskopu wysokotemperaturowego. Jeżeli żużel (szkło, sól) zwilża badany materiał ogniotrwały, to kąt graniczny jest mały, jeżeli nie występuje zwilżanie - kąt jest duży, większy od 90°.

Badania te polegają na bezpośrednich obserwacjach zmian kształtu niewielkich próbek ( kształt sześcianu ) w trakcie ich ogrzewania w szerokim zakresie temperatur od temperatury otoczenia do 1600°C. Badany materiał ogniotrwały przygotowuje się w postaci próbki o wymiarach sześcianu 10x20x3 mm przez uformowanie lub wycięcie. Żużel lub inny czynnik niszczący uciera się do uziarnienia poniżej 0,06 mm i sprasowuje w sześcian o wymiarach 3x3x3 mm, a następnie ustawia się go na podstawce i wstawia do pieca. Podczas ogrzewania wykonuje się zdjęcia wraz z rejestracją temperatury.

W celu opracowania wyników przyjęto według PN-82/G-04535 następujące definicje charakterystycznych temperatur:

Temperatura spiekania (T_S) - temperatura początku nadtapiania ziaren na granicy ich zetknięcia przy jednoczesnym zmniejszeniu próbki bez zmiany jej początkowej postaci.

Temperatura mięknięcia (T_A) - temperatura, w której następuje zmiana powierzchni zaokrąglenia bądź przegięcia próbki uznawana za początek mięknięcia kształtki.

Temperatura topnienia (T_B) - temperatura, w której próbka topi się przyjmując postać półkuli o wysokości równej długości podstawy kształtki w tej temperaturze.

Temperatura płynięcia (T_C) - temperatura rozpływu próbki, w której utworzona z rozpłynięcia warstwa ma grubość około 1/3 wysokości półkuli obserwowanej w temperaturze topnienia T_B

Wielkość zmian próbki podczas ogrzewania wyznacza się poprzez planimetrowanie powierzchni zarejestrowanej na zdjęciach fotograficznych.

- 1 -

---