Politechnika Świętokrzyska w kilcach

Korozja materiałów

Ziemowit Kasiński

Łukasz Kicior

POJĘCIE KOROZJI

Przez korozję rozumie się proces działania środowiska na two­rzywo, a więc każdego środowiska na każde tworzywo. Ta uniwersalność zjawiska powoduje, że korozja stanowi poważny, ogólnopaństwowy problem gospodarczy.

Korozji ulegają z różną szybkością i w różnej postaci wszelkie tworzy­wa oraz materiały stosowane w technice i praktyce dnia dzisiejszego, począwszy od metali, poprzez betony, żelbety, ceramikę, drewno — do plastyków włącznie. Zagadnienie to dotyczy zatem:

— korozji metali zarówno w powietrzu atmosferycznym, jak i w wodzie pitnej, morskiej czy przemysłowej, w instalacjach podziem­nych w warunkach beztlenowych i w rozlicznych agresywnych śro­dowiskach chemicznych; nawet metale szlachetne, takie jak złota i platyna, ulegają w specyficznych warunkach korozji (złoto w na­powietrzonych roztworach cyjankowych, a platyna w mieszaninie wo­dorotlenku i azotanu sodowego);

— korozji betonu, żelbetu i ceramiki w atmosferze prze­mysłowej, glebie i różnorakich wodach;

— korozji drewna i plastyków, spowodowanej procesami chemicznymi, fizykochemicznymi lub mikrobiologicznymi.

Są również, wprawdzie nieliczne, pozytywne efekty samorzutnego dzia­łania korozji, tj.:

— patynowanie miedzi, polegające na uformowaniu na jej powierzchni szczelnej warstewki skorodowanego do brochantytu (CuS0₄ « 3 Ca (OH)₂ metalu, o parusetletniej trwałości;

— tworzenie się szczelnej warstewki tlenkowej na powierzchni alumi­nium, chroniącej ten metal przed dalszą korozją.

UNIWERSALNE ŚRODOWISKA

Uniwersalne środowiska, w których zachodzi korozja, to: at­mosfera, wody i gleba.

Atmosfera. Od czystości i wilgotności atmosfery zależą przede wszystkim procesy korozyjne metali. Dowodem tego może być wykuta w roku 310 kolumna Kutub w Delhi z żelaza o składzie 99,72% Fe, 0,08% C, 0,006% S, 0,114% P, 0,04% Si, 0,04% N [2], dotąd nieskorodowana poza zasięgiem rąk ludzkich, a to dzięki czystej i suchej atmosferze. W Pol­sce przez 3/4 roku wilgotność względna powietrza wynosi co najmniej 75%, co sprzyja naturalnie korozji. Ponadto atmosfera jest zasilana stale agresywnymi tlenkami siarki. Ze spalanych rocznie w gospodarstwach domowych i przemyśle ponad 100 milionów ton węgla o zawartości 1...2% siarki dostarcza się atmosferze wraz z wilgocią parę milionów ton kwa­sów siarkawego i siarkowego. Przy tym na szczególną uwagę zasługuje fakt, że jeżeli w 1 obj. wody rozpuszcza się 0,03 obj. tlenu, to dwutlenku siarki aż 39 obj. Powoduje to, że w przypadku uformowania się na po­wierzchni stalowej czy betonowej cienkiej błonki wilgoci, wykroplonej chociażby z powodu zmiany temperatury, tworzy się od razu środowisko, które chłonąc chciwie z powietrza tlenki siarki, stwarza zagrożenie ko­rozyjne.

Dodatkowym czynnikiem stymulującym procesy atmosferycznej korozji metali jest sadza zawarta w gazach.

Wody. Następnym czynnikiem wpływającym na zwiększenie zagrożenia korozyjnego jest jakość wód, szczególnie odprowadzanych wód przemysłowych i ścieków. Wody tego rodzaju, nawet jeżeli biologicznie są nieszkodliwe, zawierają często zwiększone ilości soli, takich jak siar­czany i chlorki, które mogą stanowić zagrożenie korozyjne dla budowli betonowych i żelbetowych. Zawartość już 100...200 mg jonów siarcza­nowych w litrze wody czyni ją środowiskiem agresywnym dla betonu. Wskutek tworzenia się soli złożonych następuje stopniowe rozsadzanie struktury two­rzywa i jego niszczenie. A wiadomo, że wody kopalniane zawierają w niektórych okręgach nawet do 2000 mg S0₄ w litrze, czyli 10-krotnie więcej od progu agresywności.

Gleba. W glebie — poza czynnikami, z którymi można spot­kać się i w innych środowiskach, a więc składem chemicznym, pH i róż­nym natlenieniem — występuje dodatkowy czynnik agresywny: prądy błądzące, które w pewnych okolicznościach upływają do gruntu z szyn stale rozbudowywanych elektrycznych trakcji kolejowych i miejskich. Jeśli połączenie metalowe pomiędzy szynami ulegnie obluźnieniu lub przerwaniu i prąd płynący szyną napotka opór, to przez zawilgocony grunt upływa do ziemi, co może powodować uszkodzenia korozyjne in­stalacji metalowych posadowionych w ziemi, nawet wiele kilometrów w bok od torów. Zagrożone wtedy są rurociągi, kable i metalowe kon­strukcje podziemne.

Czynnikiem potęgującym w pewnych okolicznościach agresywność gleby i wód jest sól stosowana w zimie do usuwania lodu z nawierzchni dróg. Sól ta w stanie nie zmienionym zostaje zmagazynowana w glebie lub spływa do rzek. Ten składnik jest szczególnie niebezpieczny dla żelaza, które pod jego wpływem koroduje wżerowo (pitting), dając na małej powierzchni głębokie wżery i przebicia metalu.

SPECYFICZNE WARUNKI KOROZJI

Zasięg występowania korozji obrazuje najlepiej przegląd form, w jakich przejawia się ona na co dzień, a mianowicie:

— korozja elektromechaniczna, najpospolitsza w odniesie­niu do metali, spowodowana niejednorodnością i różnicą potencjałów na powierzchni metalu;

— korozja chemiczna, którą charakteryzują agresywne reakcje chemiczne między środowiskiem a tworzywem;

— korozja ziemna:

mikrobiologiczna, gdy przyczyną niszczenia tworzywa są bakterie ga­tunków Thiobacillus, Ferrobacillus, bakterie fermentujące celulozę do kwasów organicznych lub całe zespoły różnego rodzaju bakterii nisz­czących zarówno żelazo, jak beton i kamień; fizyko- i elektrochemiczna pod wpływem prądów błądzących;

— korozja naprężeniowa, która zachodzi w przypadku współ­działania czynników elektrochemicznych z naprężeniami mechanicz­nymi; korozja tego typu, związana z dyslokacjami w metalu, może objawiać się — zależnie od obecności pewnych jonów — jako pęka­nie międzykrystaliczne lub śródkrystaliczne;

— korozja zmęczeniowa zachodząca przy cyklicznych napręże­niach metalu w środowisku agresywnym, objawiająca się pękaniem określonych miejsc konstrukcji, zwłaszcza w kotłach parowych i śro­dowisku wody morskiej;

— korozja cierna zachodząca na powierzchniach granicznych dwu ściśle dopasowanych płaszczyzn metali, które ulegają drganiom lub przesunięciom oscylacyjnym;

— korozja kawitacyjna spowodowana powstawaniem luk próż­niowych w cieczach wskutek szybkiego ruchu lub wibracji (śruby okrętowe, wirniki turbin hydraulicznych itp.);

— kruchość wodorowa występująca w stalach niskostopowych o dużej wytrzymałości z powodu wnikania wodoru do stali w czasie np. trawienia lub powlekania galwanicznego;

— korozja szczelinowa, która objawia się w szczelinie między metalami o niedostatecznym dostępie powietrza i tlenu, co uniemo­żliwia samoodnawianie się warstewki tlenkowej na stali i stopach aluminium;

— korozja kontaktowa zachodząca na styku dwóch metali o róż­nych potencjałach w roztworze (śruby okrętowe brązowe i poszycie statku stalowe);

— korozja selektywna spowodowana lokalnym zubożeniem sto­pu w chrom przez jego związanie w węgliki i wydzielanie na granicy ziaren metalu;

— korozja wżerowa (pitting) występująca szczególnie w środo­wisku chlorków, powodująca głębokie wżery w metalu;

— korozja wysokotemperaturowa (gazowa), która jest che­micznym procesem utleniania metali w różnego typu spalinach lub środowiskach zawierających siarkę, siarkowodór lub chlorowce; objawia się ona zniszczeniem metalu i zmianą wytrzymałości mechanicz­nej;

— korozja katastrofalna, która jest skrajnym przypadkiem ko­rozji wysokotemperaturowej, gdy proces zniszczenia metalu zachodzi szybko;

— korozja przyspoinowa będąca skutkiem przeprowadzonego spawania i tworzenia się węglików w strefie działania wysokiej tem­peratury wzdłuż spoiny; zapobiega temu stosowanie jako stabilizato­rów tytanu lub niobu;

— korozja nożowa jako korozja międzykrystaliczna, zapobiegają jej elektrody niskowęglowe i stabilizująca obróbka cieplna;

— korozja podpowierzchniowa, tj. korozja powierzchni me­talu pod powłoką zabezpieczającą (np. malarską), która z czasem od­pada; przyczyną tego zjawiska jest niewłaściwe przygotowanie i spre­parowanie powierzchni metalu;

— korozja ługująca odnosząca się do materiałów skalnych i nie­organicznych, w których pory wnika środowisko agresywne i wymy­wa pewne jego składniki, np. CaO;

— korozja kwasowa, gdy w tworzywo nieorganiczne wnika ośro­dek b pH niższym od 7 i działa chemicznie na materiał;

— korozja siarczanowa, w czasie której siarczany środowiska działają na związki zawarte w cemencie portlandzkim, powodując pow­stanie soli Candlota o dużej objętości właściwej, rozsadzającej struk­turę betonu;

— pęcznienie dotyczące tworzyw organicznych, plastyków, których stosunkowo luźna struktura umożliwia wnikanie w głąb materiału obcych atomów powodujących pęcznienie i pogorszenie własności me­chanicznych;

— solwatacja zachodząca również w odniesieniu do plastyków, w których w przypadku chemicznego reagowania cząsteczek tworzywa z penetrującymi cząsteczkami środowiska może zachodzić destrukcja objawiająca się formowaniem kompleksów — solwatów — lub utle­nianiem tworzywa;

— starzenie się tworzyw sztucznych pod wpływem tlenu powiet­rza, światła, związków utleniających i podwyższonej temperatury.

KOROZJA METALI

WPROWADZENIE

Przez korozję metali rozumie się zjawisko nie zamierzonego ich niszczenia w wyniku chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z ota­czającym środowiskiem.

Niszczenie metali w procesach fizycznych określa się jako erozję lub zu­życie, np. w procesie tarcia jako zużycie cierne. Jeżeli niszczenie metali jest wynikiem równoczesnego oddziaływania procesów chemicznych czy elektrochemicznych z fizycznymi, to proces określa się jako korozjo-erozję lub zużycie korozyjne. Większość metali, poza szlachetnymi, uzyskuje się z rud w procesach wymagających znacznych nakładów energii. Uzyska­ne w ten sposób metale są termodynamicznie nietrwałe i w wyniku rea­gowania ze środowiskiem wykazują tendencję do tworzenia związków chemicznych np. tlenków, z równoczesnym oddaniem energii. Proces ko­rozji jest zatem wynikiem dążności do przejścia metali w naturalny dla nich stan utleniony.

KLASYFIKACJA PROCESÓW KOROZJI

Podziału zjawisk korozji można dokonać na podstawie:

— mechanizmów korozji,

— środowisk korozyjnych,

— charakteru zniszczeń,

— gałęzi przemysłu,

— rodzajów metali.

Spotykany jest ponadto, bardzo użyteczny w technice zabezpieczeń an­tykorozyjnych, podział według metod zabezpieczeń. Ze względu na mechanizm korozji wyróżnia się:

— korozją elektrochemiczną, zachodzącą w środowiskach wilgotnych w wodzie i roztworach wodnych, w glebie, w wilgotnej atmosferze oraz w stopionych solach i żużlach,

— korozję chemiczną, zachodzącą w suchych gazach oraz bezwodnych cieczach organicznych,

— korozjo-erozję, zachodzącą w stopionych metalach w wyniku fizycz­nego rozpuszczania.

W zależności od środowiska można wyróżnić korozję w atmosferze, w gle­bie, w suchych gazach, w stopionych solach, w wodzie i roztworach wod­nych, w bezwodnych cieczach organicznych. Ten podział można uznać za odwrócenie podziału według mechanizmu reakcji.

Ze względu na charakter zniszczenia wyróżnia się korozję ogólną i lo­kalną.

Podziały procesów korozji według gałęzi przemysłu czy też według ro­dzaju metali mają przede wszystkim znaczenie praktyczne i są spotyka­ne najczęściej w specjalnych poradnikach i tablicach materiałów odpor­nych na korozję.

KOROZJA ELEKTROCHEMICZNA I CHEMICZNA

Zdecydowana większość procesów korozyjnych zachodzi w śro­dowiskach wilgotnych i ma charakter elektrochemiczny. W środowiskach wilgotnych procesy korozji mają przebieg podobny do procesów obser­wowanych w ogniwach elektrolitycznych. Można wyróżnić anodę i katodę oraz przepływ swobodnych elektronów przez warstwę graniczną metal—środowisko korozyjne.

Korozja elektrochemiczna podlega takim samym zależnościom jak reak­cje w ogniwach galwanicznych, dlatego też przeniesiono do zjawisk ko­rozji wiele określeń, pojęć i zależności wprost z elektrochemii. Korozja chemiczna stanowi proces chemicznego utleniania metali w su­chych gazach oraz w ciekłych środowiskach nie mających charakteru elektrolitu, np. w cieczach organicznych. Cechą charakterystyczną korozji chemicznej jest to, że utlenianie metalu, redukcja utleniacza i powstawa­nie produktu korozji zachodzą w tym samym miejscu powierzchni me­talu bez przepływu swobodnych elektronów przez granicę faz.

PASYWNOŚĆ METALI

Niektóre metale, mimo że w szeregu napięciowym są klasyfi­kowane nisko wśród metali nieszlachetnych, wobec ich dużej podatności do utleniania się na powierzchni i pokrywania produktami korozji zacho­wują się tak, jakby były bardziej szlachetne. Zjawisko to nazywa się pasywacją, a stan w jakim się znajduje metal — stanem pasywnym. Najogólniej rozróżnia się pasywność chemiczną i mechaniczną. Pasyw­ność chemiczna występuje przede wszystkim w przypadku metali przej­ściowych mających nie zapełnione elektronowe orbitale d. Należą tu: żelazowce, chrom, molibden, tytan itd. Warstewki pasywne na tych me­talach są niewidoczne, bardzo cienkie i powodują podwyższenie poten­cjału elektrodowego.

Mechaniczna pasywność jest wynikiem wytrącenia się na powierzchni metali soli stałych i zachodzi w środo­wiskach, w których wytrącają się nierozpuszczalne produkty korozji. Tego rodzaju pasywacji mogą ulegać prawie wszystkie metale. Wytworzone warstwy, na ogół dość porowate, nie zmieniają prawie wcale potencjału metalu, ale zmniejszają korozję metalu.

Przykładem pasywności mechanicznej może być warstwa wytworzona na ołowiu w środowisku kwasu siarkowego lub siarczanów, warstewka na srebrze w roztworach chlorków czy na magnezie w wodzie. Warstwy fosforanowe i węglanowe na metalach spełniają również zadanie warstw pasywnych.

Metale zdolne do pasywacji mają charakterystyczny przebieg krzywej polaryzacji anodowej. Je­żeli wzrasta potencjał elektrody, to prąd anodowego rozpuszczania metalu zwiększa się do wartości prądu granicznego (wielkość zależna od ruchu elektrolitu).

KOROZJA Z DEPOLARYZACJĄ WODOROWĄ

Ten typ korozji zachodzi przede wszystkim w kwasach, a w przypadku niektórych metali — również w roztworach silnie alkalicz­nych. Szybkość wydzielania wodoru, a w efekcie i korozji metalu może zależeć od procesu katodowego lub anodowego.

Korozję metali w środowiskach kwaśnych charakteryzuje, zarówno w procesie katodowym jak i anodowym, występowanie polaryzacji akty­wacyjnej. Cynk jest przykładem metalu, który charakteryzuje się małą polaryzacją aktywacyjną rozpuszczania a wysokim nadnapięciem wydzie­lanego na nim wodoru. Zanieczyszczenia cynku miedzią czy żelazem zmniejszają polaryzację katodową cynku i powodują zwiększenie szyb­kości korozji.

Obok dominującej funkcji procesów katodowych lub anodowych może mieć miejsce jednakowe ich działanie. Oznacza to, że w procesie koro­zyjnym występuje jednakowa polaryzacja katodowa i anodowa. Stal węglowa koroduje z większą szybkością niż czyste żelazo. Obecność w nim siarki zwiększa jeszcze szybkość korozji.

KOROZJA Z DEPOLARYZACJĄ TLENOWĄ

Korozja metali w wodzie i roztworach obojętnych jest bar­dziej powszechna niż w środowiskach kwaśnych. W procesie anodowym występuje polaryzacja aktywacyjna, w procesie katodowym redukcji tle­nu występuje polaryzacja stężeniowa związana z ograniczoną rozpuszczal­nością tlenu w środowisku wodnym.

O szybkości procesu korozji będzie decydować graniczna gęstość prądu katodowej redukcji tlenu, która zależy od stężenia.

Szybkość ogólnej korozji różnych stali w wodzie jest uzależniona od szyb­kości dyfuzji tlenu do ich powierzchni. Wielkość polaryzacji anodowej w pewnym zakresie nie ma znaczenia, decyduje wielkość prądu granicz­nego redukcji tlenu.

KOROZJA ATMOSFERYCZNA

Korozja atmosferyczna jest przykładem korozji elektrochemicz­nej. Szybkość jej jest uzależniona od zawartości wilgoci oraz zanieczysz­czeń w powietrzu i na metalu. Przyjmuje się, że zjawisko korozji atmo­sferycznej ma miejsce w atmosferze o wilgotności względnej powyżej 70%, gdyż wtedy może nastąpić kondensacja pary wodnej na powierzchni, metalu.

Duże znaczenie ma również strefa klimatyczna (umiarkowana, arktyczna,. tropikalna — sucha i wilgotna), a także mikroklimat występujący w ob­rębie tych stref.

Korozję atmosferyczną przyspieszają zanieczyszczenia atmosfery, np. S0₂. Cl₂ itp., które zwiększają przewodnictwo skondensowanej na powierzchni metalu pary wodnej.

Dalszym czynnikiem przyspieszającym korozję są zanieczyszczenia stałe-osadzające się na metalu, a szczególnie sadze i pył węglowy, które inten­syfikują proces katodowej redukcji tlenu.

KOROZJA GALWANICZNA

Korozja ta jest wywołana kontaktem dwóch metali czy sto­pów o różnych potencjałach, powodującym wytworzenie się ogniwa galwanicznego. Efektywność ogniwa zwiększa się ze wzrostem różnicy potencjału stykających się z sobą me­tali w środowisku korozyjnym. W przypadku me­tali silnie pasywujących się, mimo znacznych różnic potencjałów, efekty korozyjne mogą być niewielkie, bowiem warstewki pasywne mogą dobrze-chronić Przed korozja.

W praktyce w celu zmniejszenia efektu galwanicznego w przypadku konieczności łączenia metali czy stopów należy przestrzegać, żeby róż­nica potencjałów była jak najmniejsza i tak dobierać metale, żeby metal stanowiący katodę w ogniwie galwanicznym miał małą powierzchnię, a metal anody — dużą. Pozwoli to rozłożyć efekt korozyjny na dużej powierzchni i w ten sposób zmniejszyć jego szkodliwość. Dlatego śruby, nakrętki, spawy powinny być w takich przypadkach wykonane z bar­dziej szlachetnego materiału niż materiał blach czy konstrukcji. Korozja galwaniczna jest groźniejsza w roztworach o małym przewod­nictwie, np. w miękkich wodach, ponieważ atak korozyjny koncentruje się blisko złącza metali.

KOROZJA W WYNIKU RÓŻNEGO NAPOWIETRZENIA

Częstym powodem korozji są stężeniowe ogniwa tlenowe. Czę­ści metali pozostające w kontakcie z roztworem np. chlorkowym o więk­szym stężeniu tlenu stanowią katodę, a o mniejszym — anodę. Po­wierzchnia katodowa jest pasywowana tlenem i alkaliami powstającymi w reakcji katodowej, anodowa jest aktywowana anionami, a szczególnie mocno jonami chlorkowymi.

Ogniwa galwaniczne, będące wynikiem różnego napowietrzenia, wystę­pują najczęściej w wodach i obojętnych roztworach elektrolitów. Wśród tego rodzaju procesów korozji spotyka się korozję szczelinową,, zachodzącą w wąskich szczelinach między metalami lub między metalami a niemetalami. Do szczeliny jest utrudniony dostęp tlenu i przy mniej­szym jego stężeniu w tym miejscu tworzy się anoda. Sąsiadujące ze szczeliną powierzchnie o większym stężeniu 0₂ tworzą katody. Podobnie do korozji szczelinowej przebiega korozja podosadowa, która zachodzi w roztworach wodnych, na dnie pod osadami, zanieczyszczenia­mi stałymi, spoczywającymi na dnie zbiorników, pod rusztami, płytkami znajdującymi się na dnie itp. We wszystkich tych przypadkach stężenie tlenu na osłoniętej powierzchni metalu jest mniejsze i tam tworzy się anoda, a w związku z tym następuje korozja metalu.

Dalszym przykładem w tej grupie jest korozja na linii wodnej. Jak z obserwacji zanurzonych w wodzie metali widać, korodują one szczególnie mocno tuż poniżej linii zanurzenia, tzn. poniżej linii wodnej. Słup stalowy wbity w ziemię koroduje najsilniej nieco poniżej poziomu wody gruntowej, a wbity w dno morskie — tuż poniżej poziomu dna morskie­go. Ściana zbiornika wodnego koroduje niewiele poniżej poziomu cieczy. Na ścianie metalowej zbiornika — w wyniku napięcia powierzchniowe­go — ciecz nieco podnosi się, a cienka jej warstwa dobrze rozpuszcza tlen i w tym miejscu powstaje katoda, a anoda niżej pod poziomem .

cieczy, gdzie stężenie tlenu jest mniejsze.

KOROZJA WŻEROWA

Ogniwa korozyjne w metalach ulegających pasywacji tworzą się w wyniku defektów lub uszkodzeń warstwy pasywnej. Rodzaj uszko­dzeń może być mechaniczny lub chemiczny.

Jednym z najważniejszych rodzajów korozji w tej grupie jest korozja wżerowa, zwana pittingową (z języka angielskiego), przybierająca formę owalnych wżerów, których średnica jest znacznie mniejsza niż głębokość. Podlegają jej metale i stopy łatwo pasywujące się w wyniku działania agresywnych anionów obecnych w roztworach obojętnych lub słabo kwaś­nych. Atak korozyjny rozpoczyna się w miejscach, gdzie warstwa tlen­kowa jest osłabiona. Aby korozja wżerowa mogła wystąpić, musi być przekroczony pewien minimalny potencjał zwany potencjałem przebicia, który leży w obszarze pasywności metalu. Obecność w roztworze agre­sywnych anionów charakteryzujących się dużą polaryzacją molową uła­twia lokalne zniszczenia warstewki pasywnej. W obszarach o najmniejszej grubości warstewki pasywnej powstaje bardzo duży spadek potencjału przyspieszający przenikanie przez warstewkę tlenkową np. jonów Cl^- tworzących rozpuszczalne tlenochlorki. Po lokalnym znisz­czeniu warstewki pasywnej i odkryciu małych fragmentów metalu pod­łoża jony metalu przechodzą do roztworu. W roztworze następuje ich częściowa hydroliza z wytworzeniem zasadowych soli oraz jonów H⁺, które zakwaszają mikrośrodowisko wżeru. Migrujące z wżeru do roz­tworu jony metalu wytrącają się pod wpływem jonów Cl^- jako nieroz­puszczalne wodorotlenki na powierzchni wżeru.

Rozwój wżeru ulega z czasem przyspieszeniu w wyniku procesu autoka-talitycznego, ponieważ wewnątrz wżeru zwiększa się stężenie jonów Cl^- kwasowość, a maleje stężenie tlenu.

W stalach węglowych korozja wżerowa zachodzi najczęściej w miejscu wtrąceń siarczkowych, które uaktywniają fragmenty powierzchni. Stale nierdzewne ulegają tego rodzaju korozji w roztworach zawierających chlorki, podobnie stopy glinu np. w wodzie morskiej.

Korozja wżerowa jest bardzo uciążliwym rodzajem korozji, a zapobiegać jej można w pewnej mierze przez:

— zastosowanie ochrony katodowej z zewnętrznego źródła prądu przy potencjałach niższych od krytycznego potencjału korozji wżerowej lub przez połączenie z rozpuszczalną anodą np. Zn, Al o takiej samej lub większej powierzchni;

— dodatek obcych jonów, np. N0₃ , OH^-, w obecności jonów Cl";

— napowietrzenie i utrzymanie w ruchu roztworu.

KOROZJA MIEDZYKRYSTALICZNA

Korozja międzykrystaliczna w stalach austenitycznych chro-mowo-niklowych występuje po ogrzaniu w tempe­raturze 400...850°C. Łatwość ulegania korozji międzykrystalicznej tych stali jest uzależniona od zawartości w nich węgla. Korozja międzykrystaliczna stali au­stenitycznych jest wynikiem dyfuzji węgla w temperaturze 400...850°C do granicy ziaren, gdzie łączy się z chromem dając węgliki, skutkiem czego zmniejsza zawartość chromu na granicy ziarn poniżej 12%, koniecznej do zapewnienia stali odporności korozyjnej. Zmniejszenie stę­żenia chromu na granicy ziaren stopu w stosunku do jej zawartości we­wnątrz ziarn powoduje powstanie ogniw aktywacyjno-pasywacyjnyeh o znacznej różnicy potencjałów. Granice ziarn uboższe w chrom stano­wią anody w stosunku do wnętrza ziaren i ulegają intensywnej korozji.

KOROZJA STALI

WPROWADZENIE

Ogólnie biorąc, stopy żelaza, a zwłaszcza jego stopy z węglem, czyli stale zawierające, obok niepożądanych śladowych i innych pier­wiastków zanieczyszczających, również dodatki celowe w bardzo zróż­nicowanej ilości, należą do tworzyw, które w określonym układzie metal —środowisko korozyjne wykazują mniej lub bardziej ograniczoną odpor­ność na destrukcyjne działanie tegoż środowiska.

Pomijając takie czynniki (spełniające w niektórych przypadkach korozyj­nej ekspozycji bardzo istotne zadanie), jak np. stan powierzchni, struk­turę i in., podatność stali na korozję zależy przede wszystkim od jej skła­du chemicznego, tzn. od rodzaju i ilości poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład stopu. Potencjalną skłonność każdego gatunku stali do korozji równomiernej można więc określić na podstawie korozyjnej charakterystyki następujących, umownie wyodrębnionych czterech grup stali obejmujących:

— technicznie czyste żelazo,

— stale zawierające małą ilość dodatków stopowych, nie większą niż 2,5%

— stale zawierające średnią ilość dodatków stopowych, większą niż 2,5%

i nie większą niż 10%,

— stale zawierające dużą ilość dodatków stopowych, większą niż 10%.

Pomocna przy tym jest charakterystyka wpływu poszczególnych skład­ników stopowych stali na tę odporność.

WPŁYW PIERWIASTKÓW STOPOWYCH NA ODPORNOŚĆ KOROZYJNĄ STALI

Wpływ pierwiastków stopowych w stalach (wykorzystywanych lub występujących) na odporność korozyjną jest bardzo zróżnicowany: od zdecydowanie dodatniego, zwiększającego tę odporność (np. Cr, Cu), poprzez zmienny dodatni lub ujemny (np. P), aż do zdecydowanie ujem­nego, pogarszającego odporność korozyjną stopu (np. S), lub wpływu cał­kowicie obojętnego.

Chrom należy do niezbędnych składników wszystkich stali o zwiększonej, dużej i bardzo dużej odporności korozyjnej. W stalach o małej ilości dodatków stopowych i zwiększonej odporności na działanie korozji atmosferycznej (zwanych stalami trudno rdzewiejący­mi), korzystny wpływ chromu na tę odporność ujawnia się wyłącznie wówczas, gdy w stalach tych znajduje się miedź i to w dostatecznej ilości, zazwyczaj większej niż 0,2%. Powołując się na liczne informacje za­mieszczone w literaturze technicznej, można przyjąć, że w zależności od wzajemnej zawartości obu pierwiastków, tj. Cr i Cu, poprawa odporności korozyjnej stali węglowych osiąga niekiedy 60 do 65%, w zależności od warunków ekspozycji stali.

W stalach o średniej ilości dodatków stopowych zawierających chrom (zazwyczaj łącznie 0,5 do 1% molibdenu), zwiększająca się jego ilość od 2,0 do ok. 9% poprawia znacznie ich odporność na działanie przede wszy­stkim środowisk związanych z przeróbką surowej ropy naftowej, zawie­rających siarkę lub jej związki.

W stalach o dużej ilości dodatków stopowych i dużej odporności korozyj­nej, czyli w stalach odpornych na korozję, chrom w ilości nie mniejszej niż 12% jest ich nieodzownym składnikiem występującym sa­modzielnie lub łącznie z innymi pierwiastkami, przede wszystkim z nik­lem, molibdenem, manganem, miedzią i in. Stale o dużej ilości dodatków stopowych nie zawierające chromu nie są stalami o znaczącej odporności na działanie różnych typów korozji. Zwiększenie zawartości chromu w sta­lach odpornych na korozję polepsza ich żaroodporność, odporność na działanie korozji wżerowej, odporność na kruchość wodorową oraz na działanie środowisk utleniających. W środowiskach redukujących nato­miast stale z mniejszą zawartością chromu są odporniejsze niż stale bogatsze w ten pierwiastek. W przypadku zagrożenia stali, odpornych na korozję, korozją międzykrystaliczną lepiej zachowują się stale z większą ilością chromu, co wiąże się z szerszą tolerancją zawartości węgla (w stali może go być więcej).

Nikiel dodany do stali węglowych w nieznacznym stopniu po­garsza ich odporność na działanie korozji (dotyczy to stali o małej ilości dodatków stopowych). Nikiel natomiast dodany do stali zawierających nieznaczne dodatki chromu i miedzi, czyli do stali trudno rdzewiejących, wpływa bardzo korzystnie na ich odporność na działanie jakiejkolwiek atmosfery. Zgodnie ze źródłami, stale zawierające łączny dodatek chro­mu, miedzi i niklu wykazują od 4 do 8 razy większą odporność na dzia­łanie agresywnych atmosfer niż jakiekolwiek inne stale węglowe. W stalach o dużej ilości dodatków stopowych nikiel, obok chromu, spełnia decydujące zadanie w ich odporności na działanie korozji, przy czym jego wpływ w zależności od ilości może być szkodliwy lub korzystny.

Miedź należy do tych pierwiastków, które w zwalczaniu korozji stali węglowych wywoływanej działaniem agresywnych atmosfer spełnia decydujące zadanie. Po dodaniu do stali ok. 0,5% miedzi szybkość jej ko­rozji (wyrażona w mm/rok) zmniejsza się o ok. 60% zarówno w atmosfe­rze wiejskiej, jak i przemysłowej.

W praktycznym użytkowaniu stali trudno rdzewiejących, zawierających obok miedzi zawsze chrom oraz często i inne dodatki stopowe, spadek szybkości ich korodowania jest nieco mniejszy i mieści się zazwyczaj w granicach 20...50%.

Najbardziej korzystne oddziaływanie miedzi ujawnia się w przypadku ekspozycji stali w atmosferze wiejskiej i miejskiej, w mniejszej mierze w atmosferze przemysłowej i znikome w atmosferze morskiej. Należy przy tym dodać, że obecność miedzi w stalach trudno rdzewiejących zwiększa skuteczność „ochronną" takich ich składników, jak P, Cr i Si. W stalach o średnich ilościach dodatków stopowych nie stosuje się miedzi, natomiast w stalach austenitycznych z dużą ilością dodatków miedź w ilości do 4% zwiększa ich odporność na działanie przede wszystkim kwasu siarkowego.

Molibden. Wprawdzie w stalach o małej i średniej zawartości dodatków stopowych molibden spełnia bardzo ważne zadanie (poprawia ich właściwości mechaniczne), ale jego wpływ na odporność korozyjną stali, zwłaszcza w obecności bardziej agresywnych atmosfer, jest nie­znaczny. W związku z tym, jeśli się go już stosuje, by poprawić tę od­porność, należy go wykorzystywać łącznie z miedzią i chromem. Najbar­dziej efektywny dodatek molibdenu w ilościach od 0,2 do 1% zaznacza się w obecności 0,2 do 0,5% miedzi. Natomiast w stalach o dużej ilości dodatków stopowych dodatek molibdenu sięgający 3...5% jest niezwykle ważnym dodatkiem stopowym, gdyż sprzyjając pasywacji tych stali, po­prawia znacznie ich odporność na działanie korozji: a) równomiernej (do­tyczy to zarówno stali austenitycznych, jak i f er ry tyczny eh), b) wżerowej, w środowiskach zawierających chlorki (w tym na działanie wody mor­skiej) oraz c) szczelinowej.

Mangan, pierwiastek występujący we wszystkich stalach, nie zalicza się do składników skutecznie poprawiających odporność korozyjną tych tworzyw. Zgodnie z wynikami najnowszych badań, stale o małej ilości dodatków stopowych zawierające zwiększoną ilość manganu są bardziej odporne na działanie atmosfery morskiej niż stale zawierające zwykłą ilość tego pierwiastka; natomiast w atmosferze miejskiej, a zwłasz­cza przemysłowej jest odwrotnie, tzn. stale te są mniej odporne. W stalach austenitycznych odpornych na korozję a więc w stalach o dużej ilości dodatków stopowych mangan, zastępujący całkowicie lub częściowo nikiel, raczej pogarsza niż poprawia ich odporność korozyjną. Należy jednak wspomnieć, że istnieje kilka środowisk korozyjnych, w których austenityczne stale (zwane „oszczędnościowymi") zawierające mangan wy­kazują lepszą odporność na korozję równomierną niż stale konwencjo­nalne, zwłaszcza gdy obok tego pierwiastka występują molibden i miedź.

Krzem. Wpływ krzemu na odporność stali węglowych na dzia­łanie korozji atmosferycznej jest niejednoznaczny. Na podstawie japoń­skich wyników badań wydaje się jednak, że w stalach konstrukcyjnych manganowo-miedziowych dodatek do ok. 1% Si wywiera korzystny wpływ dotyczący ich odporności na działanie agresywnych atmosfer przemysło­wych i morskich.

W stalach o dużej ilości dodatków stopowych zaliczanych do odpornych na korozję, dodatek krzemu (który sprzyja pasywacji) zwiększa ich żaroodporność, odporność na działanie silnie utleniających środowisk (np. na działanie 95-procentowego kwasu azotowego) oraz, zgodnie z niektórymi poglądami, również na działanie korozji naprężeniowej.

Fosfor. We wszystkich stalach, tj. o małej, średniej i dużej zawartości dodatków stopowych fosfor jest zdecydowanie niepożądanym, szkodliwym zanieczyszczeniem, z wyjątkiem stali trudno rdzewiejących, w których zwiększa ich odporność na działanie zarówno atmosfery wiej­skiej, jak i przemysłowej. Korzystny wpływ fosforu jest szczególnie wy­raźny w obecności miedzi, gdyż zwiększając jego zawartość z 0,005 do 0,07% w stali zawierającej 0,3% Cu, jej odporność korozyjna w atmosferze przemysłowej zwiększa się prawie o 25%. Dalsze zwiększenie zawartości fosforu o ok. 0,14% zwiększa odporność stali trudno rdzewiejących na działanie atmosfer morskich o ok. 35%.

Siarka i arsen należą do niepożądanych pierwiastków zanie­czyszczających wszystkie stale (z wyjątkiem stali automatowych, w któ­rych zwiększona zawartość siarki jest dodatkiem celowym). Niekorzystny wpływ siarki w stalach trudno rdzewiejących (w zakresie 0,05...0,20%) na ich odporność na działanie atmosfery niweluje dodatek 0,5...0,6% miedzi. W stalach odpornych na korozję stosunek zawartości manganu do za­wartości siarki (Mn/S) powinien być możliwie jak najmniejszy, gdyż two­rzące się w stalach zawierających mniej niż 0,4% manganu siarczki chromu lub siarczki manganu, bogate w chrom, są znacznie odporniejsze na działanie korozji niż siarczki manganu.

Arsen występujący w niektórych stalach węglowych pogarsza ich od­porność na działanie korozji atmosferycznej.

Węgiel, azot. Węgiel — jako podstawowy składnik stali — w roztworze stałym raczej nie wywiera żadnego wpływu na odporność korozyjną stopów. Dopiero po wydzieleniu się w strukturze w postaci węglików jego wpływ jest zdecydowanie ujemny. Dotyczy to zwłaszcza ferrytycznych i austenitycznych stali odpornych na korozję, w których jest on składnikiem niepożądanym, sprzyjającym uczulaniu się tych stali na działanie korozji międzykrystalicznej w razie gdy zawartość węgla przekracza ok. 0,03%.

Podobny wpływ na odporność korozyjną wywiera azot z tą tylko różnicą, że w stalach odpornych na korozję jego ilość może być większa (0,15...0,20%) bez niebezpieczeństwa pojawienia się w nich korozji między­krystalicznej, związanej z wydzielaniem się w strukturze azotków chro­mu. Równocześnie jednak zwiększająca się zawartość azotu w stalach odpornych na korozję sprzyja ich wzmożonej skłonności do korozji na­prężeniowej.

Tytan, niob. Niob pogarsza odporność korozyjną stali węglo­wych, natomiast tytan nie wywiera żadnego na nią wpływu. W stalach odpornych na korozję, po przekroczeniu określonego stężenia, oba pierwiastki są szkodliwe, zwłaszcza w odniesieniu do odporności stali na działanie korozji wżerowej w razie wydzielania się tych pierwiastków w strukturze w postaci węglików lub faz międzymetalicznych.

Glin. W niektórych stalach odpornych na korozję glin poprawia ich żaroodporność, natomiast jego wpływ na odporność korozyjną tych i wszystkich innych stali jest raczej ujemny.

Inne pierwiastki. Wpływ innych pierwiastków występujących w śladowych ilościach (np. Co, Pb, Ta, Sn, W, Zr, Ag, Re, Se, Te i in.) na odporność korozyjną stali o małej i średniej zawartości dodatków stopo­wych nie jest znany. Wiadomo natomiast, że śladowe ilości takich pier­wiastków występujących w austenitycznych stalach odpornych na koro­zję, jak:

— Co, Pb, Ta, Sn, W, Zr nie wywierają żadnego wpływu na ich odpor­ność na działanie korozji wżerowej,

—Ag, Re sprzyjają pasywacji stali, a tym samym są składnikami po­żytecznymi hamującymi korozję wżerową,

— Se i Te tworząc połączenia niemetaliczne sprzyjają korozji wżerowej stali odpornych na korozję.

INNE CZYNNIKI WYWIERAJĄCE WPŁYW NA ODPORNOŚĆ KOROZYJNĄ STALI

Spośród nich na uwagę zasługują: jednorodność struktury, ja­kość powierzchni oraz temperatura środowiska korozyjnego. Ogólnie można przyjąć, że:

— prawie zawsze (z nielicznymi wyjątkami) stal o jednofazowej struk­turze jest odporniejsza na działanie dowolnego typu korozji niż stal o strukturze wielofazowej; wyjątek stanowi np. stal dwufazowa auste-nityczno-ferrytyczna, która jest odporniejsza na działanie korozji na­prężeniowej niż stal „czysto" austenityczna,

— im jest gładsza powierzchnia stali, tym jej odporność na działanie korozji jest większa; np. powierzchnia wygładzona walcowaniem jest bardziej odporna niż powierzchnia szlifowana, ale mniej odporna niż powierzchnia polerowana; w przypadku jednak zagrożenia korozją naprężeniową stal o powierzchni wypolerowanej jest mniej odporna niż stal o powierzchni szlifowej

- wzrost temperatury ekspozycji prawie zawsze sprzyja zwiększeniu szybkości korozji.

KOROZJA ŻELIWA

WPROWADZENIE

Pomimo pojawienia się w ostatnich dziesiątkach lat specjalnych gatunków stali oraz innych stopów o dobrych własnościach mechanicz­nych i antykorozyjnych, żeliwo pozostało nadal jednym z podstawowych tworzyw, stosowanych do budowy urządzeń oraz aparatury chemicznej. Jest to spowodowane stosunkowo niską ceną, dobrymi własnościami fizycznymi, chemicznymi oraz technologicznymi tego tworzywa. Na szcze­gólną uwagę zasługują opracowane w ostatnich latach nowe gatunki że­liwa wysokojakościowego, których szersze wprowadzenie do przemysłu chemicznego może przynieść duże korzyści.

Żeliwem nazywa się odlewniczy stop żelaza z węglem, krzepnący w za­kresie eutektycznym. Stop ten zawiera również inne składniki, takie jak krzem i mangan, a także różne zanieczyszczenia, jak fosfor, siarkę itp. Żeliwo specjalne może ponadto zawierać rozmaite dodatki stopowe, jak np. nikiel, chrom, molibden, aluminium itp. w ilości do ok. 30%. Wpływ poszczególnych składników żeliwa na jego własności jest na ogół podobny do wpływu tychże składników na własności innych pospolitych stopów żelazo-węgiel (np. stali). Dodać jednak należy, że poszczególne pierwiastki w różny sposób wpływają na bardzo istotny dla żeliwa pro­ces jego krzepnięcia, podczas którego zachodzi przemiana eutektyczna powodująca powstawanie w układzie trwałym wydzieleń grafitu, a w układzie nietrwałym — wydzieleń cementytu pierwotnego. W stopie eu­tektycznym czystego żelaza z węglem zawartość węgla wynosi 4,3%. W zwykłym żeliwie, wskutek obecności krzemu i fosforu, skład ten jest przesunięty w kierunku mniejszej zawartości węgla.

METALE NIEŻELAZNE

WPROWADZENIE

Do grupy metali nieżelaznych zalicza się prawie 80 pierwiast­ków.

— metale nieżelazne — wszystkie metale z wyjątkiem żelaza oraz pier­wiastki półprzewodnikowe,

— stopy metali nieżelaznych — stopy, w których metalem podstawowym

jest metal nieżelazny. W normie powyższej wyszczególniono wszystkie metale nieżelazne z po­działem na grupy według własności chemicznych i fizycznych. W sferze zainteresowań korozjonisty znajduje się jedynie kilka metali nieżelaznych, które są bezpośrednio używane jako tworzywa konstruk­cyjne w przemyśle. Należą do nich: aluminium, miedź, ołów, cynk, nikiel, tytan, cyna oraz magnez.

Ponadto w znacznie mniejszym zakresie — i to głównie jako ważne do­datki stopowe w szczególności do stali i żeliw — znajdują zastosowanie: kadm, beryl, molibden, niob, tantal, cyrkon, wanad, wolfram i inne. Niekiedy jako tworzywa konstrukcyjne używane są metale szlachetne: srebro, platyna, iryd czy rod.

ALUMINIUM

WIADOMOŚCI OGÓLNE

Aluminium jest metalem najobficiej występującym w przy­rodzie. Zajmuje wśród pierwiastków skorupy ziemskiej 3 miejsce (ok. 8%) za tlenem (50%) i krzemem (26%). Produkuje się je obecnie najekono-miczniej z boksytów. W gotowym wyrobie aluminiowym istotną wartość stanowi włożona praca i energia elektryczna i dlatego produkcja aluminium z importowanych surowców i półproduktów jest ekonomicz­nie opłacalna. Aluminium i jego stopy znajdują szerokie zastosowanie jako tworzywa konstrukcyjne w wielu gałęziach przemysłu. Wykazują one bowiem lekkość, dostateczną wytrzymałość mechaniczną, dużą odporność na korozje w Wielu środowiskach, dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, a ponadto są nietoksyczne.

CHARAKTERYSTYKA KOROZYJNA

W szeregu napięciowym metali aluminium ma jeden z najniż­szych potencjałów elektrochemicznych, jest więc pierwiastkiem bardzo aktywnym, ale już pod wpływem powietrza lub wody aluminium staje się pasywne. Obecność w wodzie rozpuszczonego tlenu nie jest koniecz­nym warunkiem przejścia aluminium w stan pasywny. Zakłada się zwy­kle, że warstwę pasywną stanowi tlenek aluminium, którego grubość na aluminium utleniającym się w powietrzu szacuje się na 2...10 nm. Obec­ność tej warstwy na powierzchni metalu hamuje procesy korozji elek­trochemicznej i stanowi o odporności aluminium w wielu środowiskach korozyjnych.

W technice stosuje się często anodowe utlenianie aluminium (anodowa­nie) w różnych elektrolitach i przy różnych gęstościach prądu w celu pogrubienia warstewki tlenkowej. Powłoki tlenkowe można barwić róż­nymi kolorami, bezpośrednio w czasie anodowania lub w czasie później­szej obróbki technologicznej. Powłoki tlenkowe na wyrobach aluminio­wych stanowią dobry podkład pod powłoki malarskie. Ponieważ odporność aluminium na korozję polega głównie na obecności warstwy tlenku glinowego na powierzchni stykającej się ze środowiskiem, zatem będzie ono odporne w tych środowiskach, które powodują wytwo­rzenie takich warstewek, oraz w tych środowiskach, które nie powodują ich rozpuszczenia. Mechanicznie uszkodzona warstewka ochronna może być odbudowana przez utleniające środowisko agresywne bądź też miejsce uszkodzenia może się stać ośrodkiem powstania wżerów i miejscowych zniszczeń korozyjnych.

Aluminium jest odporne na działanie wielu środowisk, z któ­rych najważniejsze to:

Atmosfera. Aluminium wykazuje doskonałą odporność korozyjną w atmosferze wiejskiej, miejskiej i przemysłowej, nieco mniejszą odpor­ność w atmosferze morskiej.

Woda. Aluminium jest całkowicie odporne w wodzie destylowanej. Wykazuje również dużą odporność w wodach opadowych, gruntowych i przemysłowych. Jedynie w wodach zawierających chlorki przy równo­czesnym braku przepływu wody mogą powstać ogniska korozji wżerowej w miejscach przerwania warstwy pasywnej w wyniku działania stężenio­wych ogniw tlenowych. Ruch wody sprzyja odbudowaniu warstewki tlenkowej. Wpływ pH na korozję aluminium hutniczego (gatunek A00) w napowietrzanej wodzie wodociągowej, której pH zmieniano przy użyciu H₂S0₄ lub NaOH, przedstawiono na rys. 2.18.

Amoniak. Aluminium jest odporne na roztwory zimnego i gorącego NH₄OH.

Kwasy. Aluminium jest odporne na stężenia kwasu azotowego więk­sze od 80%, także w temperaturze podwyższonej do 50°C. Szybkość ko­rozji aluminium hutniczego (gatunek A00) w roztworach kwasu azoto­wego o różnych stężeniach przedstawiono na rys. 2.19. Z aluminium wykonuje się instalacje do destylacji kwasów tłuszczowych, w których wykazuje dużą odporność. Aluminium jest odporne na dzia­łanie kwasu cytrynowego, winowego i jabłkowego oraz zimnego i gorą­cego kwasu octowego. Wrzące roztwory 1...2-procentowego kwasu octo­wego, kwas octowy o stężeniu powyżej 99% oraz obecne w kwasie octowym zanieczyszczenia w postaci jonów Cl" są przyczyną zapoczątkowania i nie­kiedy szybkiego przebiegu zniszczeń korozyjnych.

Siarka. Aluminium jest odporne na działanie siarki we wszystkich trzech postaciach: stałej, ciekłej i gazowej, na działanie atmosfer zawie­rających związki siarki oraz siarkowodór. Aluminium jest stosowane w górnictwie siarkowym i w przemyśle gumowym.

Paliwa płynne. Aluminium jest odporne na działanie paliw płyn­nych, olei maszynowych, smół pogazowych, fenoli i krezoli. Artykuły spożywcze. Aluminium wykazuje dużą odporność na działanie różnych artykułów spożywczych (niekiedy przy zetknięciu się z nimi tworzy białe i nieszkodliwe dla zdrowia produkty korozji, nie za­nieczyszczające produktu). Powszechnie stosowana jest folia aluminiowa do pakowania artykułów spożywczych.

Aluminium nie jest odporne na działanie następujących śro­dowisk korozyjnych, z których najważniejsze to:

Woda morska, zwłaszcza w obecności śladowych ilości metali cięż­kich. Woda kopalniana zawierająca jony metali ciężkich oraz wody, które uprzednio przepływały przez rurociągi miedziane i żelazne. Wodorotlenki. Czynnikami agresywnymi dla aluminium są: wapno palone, świeży beton, silne środowiska alkaliczne i roztwory zasadowe (NaOH, KOH). Rtęć i jej sole.

Niektóre rozpuszczalniki i bezwodne alkohole. Kwasy solny i siarkowy.

Dalsze szczegóły na temat odporności aluminium zawiera rozdz. 4.5. Inhibitory nieorganiczne (chromiany, krzemiany) w środowiskach kwaś­nych wzmacniają warstwę tlenku i prowadzą często do całkowitego za­hamowania korozji. W niektórych środowiskach zasadowych można opóź­niać lub zahamować szybkość przebiegu korozji przez stosowanie inhibi­torów organicznych.

Poleca się stosowanie aluminium rafinowanego (ARO, AR1, AR2) do bu­dowy specjalnej aparatury chemicznej i wyrobu folii kondensatorowych.

MIEDŹ

WIDOMOŚCI OGÓLNE

Miedź jest metalem równie dawno znanym i używanym przez człowieka jak i żelazo. Cenny ten metal, należący dziś do metali deficytowych, produkuje się również u nas w kraju w znaczących ilościach. W Polsce na Dolnym Śląsku znajdują się złoża rud miedzi, które są eksploatowane i które zalicza się dzisiaj do największych w Europie. Miedź i stopy miedzi stanowiły do niedawna największą grupę metali nieżelaznych, produkowanych na świecie w ciągu roku. Od 1963 r. wiel­kość rocznej produkcji aluminium jest większa od produkcji miedzi i róż­nica ta będzie się coraz bardziej powiększała na korzyść aluminium, którego produkcja nie jest hamowana brakiem odpowiednich surowców.

CHARAKTERYSTYKA KOROZYJNA

Wśród technicznych metali konstrukcyjnych miedź jest jedy­nym metalem, którego potencjał jest wyższy od wodoru, i dlatego nie koroduje ona w kwasach nie utleniających z wydzieleniem wodoru. Wsku­tek tego w rozcieńczonych kwasach: siarkowym, octowym itp., miedź jest bez dostępu powietrza lub innych środków utleniających zupełnie odpor­na. Miedź koroduje najczęściej z zużyciem tlenu i to zarówno w kwasach, solach, jak i zasadach. Istnienie dwóch stopni utlenienia miedzi sprawia, że mechanizm korozji jest często złożony i zmienny.

Kwas azotowy o dowolnym stężeniu już w temperaturze ok. 20°C ma własności utleniające i dlatego atakuje miedź bardzo silnie. Stężony kwas siarkowy działa na miedź również utleniająco i rozpuszcza ją. Praktycznie miedź można stosować w środowiskach zawierających mało stężone roztwory kwasów siarkowego i siarkawego w temperaturze ok. 20°C.

Kwas solny, octowy i inne kwasy nie działające utleniająco nie roz­puszczają miedzi w temperaturze otoczenia.

W wodnych roztworach alkaliów miedź ma dużą odporność, natomiast w roztworach amoniaku w obecności tlenu miedź koroduje bardzo ener­gicznie wskutek tworzenia związków zespolonych. W roztworach soli amonowych przebieg korozji jest tylko nieco wolniejszy niż w amoniaku. Miedź w zetknięciu z acetylenem tworzy związki wybuchowe. Wiele gazów, zwłaszcza wilgotnych, jak chlor, brom, jod, dwutlenek siarki, pary siarki, siarkowodór, dwutlenek węgla, w większości przy­padków atakuje miedź. Wodór w temperaturze do 600°C pod wysokim ciśnieniem wywołuje korozję międzykrystaliczną miedzi przez działanie na zawarty w niej tlenek miedzi. Należy zatem w miarę możliwości sto­sować dla wodoru i gazów zawierających wodór specjalny gatunek mie­dzi, tzw. miedź beztlenową.

W warunkach atmosferycznych miedź pokrywa się produktami korozji w postaci ochronnej warstewki węglanu miedziowego, która utrudnia korozję (szybkość jej jest znikoma i nie jest niebezpieczna). Obecność w wilgotnej atmosferze dwutlenku siarki oraz innych gazów agresyw­nych powoduje wzmożenie szybkości korozji miedzi. W wodzie i roztworach soli obojętnych miedź jest odporna. Przeświadczenie, że odporność miedzi na korozję jest tym większa, im miedź jest czystsza, nie znajduje potwierdzenia w praktyce. Stopień czy­stości miedzi nie wpływa w wyraźniejszy sposób na jej odporność koro­zyjną. W związku z tym przy doborze gatunku miedzi należy kierować się innymi względami (przewodnością elektryczną, pracą w atmosferze wodoru itp.).

MIEDŹ JEST ODPORNA na działanie:

— czynników atmosferycznych we wszystkich strefach klimatycznych,

— wody morskiej o różnym zasoleniu,

— gorących i zimnych wód naturalnych, przemysłowych i pitnych,

— kwasów nie utleniających — nie napowietrzonych i nie zawierających rozpuszczonego tlenu.

MIEDŹ ULEGA KOROZJI w:

— kwasach utleniających (np. HN0₃), gorącym i stężonym H₂S0₄, silnie napowietrzonym kwasie węglowym,

— roztworach NH₄OH i związkach amonowych,

— silnie agresywnych i napowietrzonych wodach bogatych w 0₂ i C02,

— kwasie siarkowodorowym oraz roztworach zawierających siarkę i nie­które związki siarki.

OŁÓW

WIADOMOŚCI OGÓLNE

Ołów należy do deficytowych metali na rynkach świata. W przemyśle chemicznym poleca się stosowanie zastępczych tworzyw naturalnych albo sztucznych lub, w ostateczności, stosowanie powłok ołowiowych.

W przemysłach metalowym i hutniczym, a także w instalacjach wodnych stosowanie ołowiu zostało prawie całkowicie wyeliminowane, a prze­mysłach: kablowym, elektrotechnicznym i innych — znacznie ograni­czone.

CHARAKTERYSTYKA KOROZYJNA

W szeregu napięciowym metali ołów stoi w bezpośrednim są­siedztwie wodoru. Korozja ołowiu przebiegająca z wydzieleniem wodoru jest możliwa dopiero w roztworach o pH mniejszym od 2, w innych roz­tworach korozja ołowiu przebiega z zużyciem tlenie Na odporność ołowiu na korozję znacznie wpływają warstwy ochronne, wytwarzające się na powierzchni metalu pod wpływem działania środowiska agresywnego. Ołów tworzy szereg źle rozpuszczalnych związków, które — gdy powsta­ną na powierzchni metalu i ściśle do niej przylegają — często zapobie­gają lub przynajmniej silnie ograniczają działanie środowiska korozyj­nego.

Już pod wpływem powietrza ołów traci połysk i pokrywa się nieprze­puszczalną warstwą tlenków o barwie matowo-szarej, chroniącej przed działaniem np. atmosfery.

Pod wpływem działania kwasu siarkowego już w niskich temperaturach wytwarza się trwała i równomierna warstwa ochronna siarczanu ołowiu, uodporniająca metal zarówno przed dalszym działaniem kwasu siarkowego, jak i innych związków siarki. Również w styczności z większością innych kwasów ołów pokrywa się cienką warstewką nierozpuszczalnych soli, hamującą postęp korozji.

Ołów jest wyjątkowo odporny na działanie kwasu siarkowego i siarcza­nów. W gorącym kwasie siarkowym jest odporny do stężenia 80%. w zim­nym kwasie siarkowym — do stężenia 95%.

Ołów ulega silnej korozji w wodzie zawierającej wolny kwas węglowy. Również w wodzie destylowanej i deszczowej, zawierającej dużo roz­puszczonego tlenu, ołów ulega widocznemu zniszczeniu. W wodach twar­dych, wskutek znacznej zawartości siarczanów i wytworzenia się warstw ochronnych, ołów jest odporny.

Suchy chlor, brom, fluor na zimno, słabo działają na ołów, dwutlenek siarki nawet w temperaturze podwyższonej nie niszczy ołowiu. Wysoka plastyczność ołowiu sprawia, że koroduje on łatwiej pod wpły­wem mechanicznych naprężeń wskutek niszczenia warstw ochronnych. Ołów jest bardzo miękki i dlatego może być niszczony przez robactwo (np. przy wykładaniu nieimpregnowanych aparatów drewnianych). Pary ołowiu i jego związki są bardzo trujące.

W wielu środowiskach agresywnych ołów nie ma szczególnych zalet w porównaniu z innymi, znanymi obecnie tworzywami metalowymi i nie­metalowymi.

Ołów jest odporny na działanie:

— czynników atmosferycznych, a zwłaszcza atmosfery przemysłowej,

— wody morskiej i wód twardych, zawierających siarczany,

— kwasu siarkowego w szerokim zakresie stężeń,

— kwasów H3PO4, H₂Cr0₄, HF, H₂S0₃,

— chloru, bromu, S0₂, S0₃ i H₂S.

Ołów wykazuje małą odporność:

— w kwasie azotowym o stężeniu mniejszym od 70%,

— w kwasie solnym o stężeniu większym od 10%,

— w kwasie siarkowym powyżej stężenia 96%,

— w napowietrzonych kwasach organicznych,

— w środowiskach silnie alkalicznych.

CYNK

WIADOMOŚCI OGÓLNE

Cynk należy również do metali deficytowych i powinien być oszczędzany i zastępowany przez tworzywa niemetaliczne bądź stoso­wany w postaci powłok ochronnych.

Dzięki doskonałej odporności cynku w warunkach atmosferycznych i w wodach naturalnych zastosowanie tego metalu jest różnorodne. Około połowę światowego zużycia cynku stanowią powłoki ochronne nakładane na konstrukcje stalowe, narażone na działanie atmosfery i wody.

CHARAKTERYSTYKA KOROZYJNA

Cynk jako metal silnie elektroujemny może być stosowany w charakterze protektora (elektrody dodatkowej przy ochronie katodowej) do zabezpieczenia stali przed korozją.

Cynk w wodzie jest bardzo odporny wskutek obec­ności nawet niewielkich ilości węglanów, które sprzyjają wytworzeniu się na powierzchni metalu ochronnej warstewki zasadowego węglanu cynku. Para wodna i gorąca woda, wolne od zanieczyszczeń, atakują cynk dość silnie.

Cynk nie jest odporny w kwasach i silnych zasadach. Przy­czyną tej odporności jest zdolność tworzenia w środowiskach słabo alka­licznych warstw ochronnych złożonych z wodorotlenku cynku. Cynk może być stosowany jako tworzywo odporne na korozję atmosfe­ryczną, wodną oraz w słabych roztworach zasadowych, np. w obecności sody i mydła (urządzenia do prania bielizny).e reagować nawet z wodą (z wydzieleniem wodoru), ale szybkość reakcji jest zwykle bardzo mała

NIKIEL

WIADOMOŚCI OGÓLNE

Czysty nikiel, zarówno w postaci walcowanej, jak i odlewanej, jest stosunkowo rzadko stosowany chociażby z uwagi na jego cenę. Na­tomiast powłoki niklowe nakładane elektrolitycznie na inne tworzywa metalowe mają szerokie i ważne zastosowania. Nikiel stanowi też zasad­niczy bądź pomocniczy składnik w wielu stopach i to zarówno z metalami nieżelaznymi, jak i z żelazem.

To szerokie zastosowanie wynika z dużej odporności na korozję zarówno czystego niklu, jak i stopów, w skład których wchodzi.

CHARAKTERYSTYKA KOROZYJNA

Nikiel zalicza się do grupy metali półszlachetnych. Normalny potencjał elektrodowy niklu jest wyższy od potencjału elektrodowego że­laza, ale niższy od potencjału miedzi.

Szybkość korozji przebiegająca z wydzielaniem się wodoru na powierzch­ni niklu jest w tych warunkach niewielka. Natomiast w środowiskach utleniających nikiel wykazuje zdolność ulegania pasywacji w szerokim zakresie pH.

Nikiel jest całkowicie odporny na działanie wilgotnej atmosfery. W at­mosferze przemysłowej zawierającej związki siarki matowieje i pokrywa się zielonkawą warstwą zasadowych siarczków i siarczanów. Zjawisko to jest określane jako zamglenie niklu i można mu przeciwdziałać, nakłada­jąc na nikiel elektrolitycznie cienką warstewkę chromu. Odporność niklu na utlenianie jest doskonała do temperatury 875°C.

Nikiel jest odporny na działanie odpowietrzonych wód powierzchniowych. W zetknięciu z wieloma napowietrzonymi roztworami wodnymi ulega pasywacji. W wodzie morskiej ulega jednak korozji wżerowej. Szczególnie duże walory wykazuje nikiel w zimnych i gorących środowi­skach alkalicznych i to zarówno w słabych roztworach wodnych, jak i roztworach zbliżonych do stężeń bezwodnych. Nikiel jest odporny na działanie stopionego NaOH.

Może być też stosowany w roztworach soli nie utleniających, natomiast silnej korozji ulega w kwaśnych roztworach soli utleniających.

Nikiel jest odporny na działanie:

— czynników atmosferycznych również w podwyższonych temperaturach,

— wód powierzchniowych odpowietrzonych i napowietrzonych, z wyjąt­kiem wody morskiej,

— zimnych i gorących zasad, a także stopionych wodorotlenków,

— rozcieńczonych nie utleniających kwasów nieorganicznych i odpowie­trzonych rozcieńczonych kwasów organicznych.

Nikiel nie jest odporny na działanie:

— kwasów utleniających (np. HNO_s),

— soli utleniających,

— napowietrzonych roztworów wody amoniakalnej,

— siarki i środowisk zawierających siarkę w temperaturze powyżej 320°C.

TYTAN

WIADOMOŚCI OGÓLNE

Tytan jest metalem, który dopiero przed trzydziestu laty zna­lazł się na liście metalowych tworzyw konstrukcyjnych, wzbudzając od razu zainteresowanie konstruktorów i korozjonistów. Składają się na to: mały ciężar właściwy, dobre własności mechaniczne i technologiczne oraz bardzo duża odporność na korozję w wielu środowiskach.

CHARAKTERYSTYKA KOROZYJNA

Duża odporność tytanu w wielu środowiskach korozyjnych wy­wodzi się w szczególności z występowania na powierzchni metalu warstwy pasywnej.

Tytan łatwo pasywuje się w napowietrzonych roztworach wodnych, a tak­że w rozcieńczonych kwasach i zasadach; wykazuje w tych środowiskach dużą odporność na zniszczenie korozyjne. W silnie stężonych kwasach i zasadach warstwy pasywne ulegają zniszczeniu, po czym rozpoczyna się intensywna korozja metalu. Tytan wykazuje dużą odporność na działa­nie substancji utleniających w obecności jonów Cl~ (np. chlorków metali ciężkich, wody królewskiej, wilgotnego chloru).

W środowisku kwasu azotowego tytan wykazuje znacznie większą odpor­ność niż stale kwasoodporne (chromowo-niklowe) w całym zakresie stężeń i stosowanych w technice temperatur.

Odporność korozyjna tytanu we wrzącym kwasie solnym i siarkowym jest mała, ale obecność w środowisku korozyjnym niewielkich ilości jo­nów Cu²⁺ lub Fe^,+ wyraźnie hamuje szybkość korozji (np. we wrzącym 10-procentowyni HC1 szybkość korozji zmniejsza się z 11 na 0,13 mm/ /rok).

W odpowietrzonych roztworach NaCl tytan jest odporny, jednak stęże­niowe ogniwa tlenowe zmniejszają wyraźnie tę odporność prowadząc do niebezpiecznej korozji miejscowej.

Tytan ulega także korozji w gorących roztworach i stopionym wodo­rotlenku sodowym.

Charakterystyczną cechą tytanu jest bardzo dobra odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie morskiej (szybkość korozji poniżej 0,001 mm/ /rok). Również w glebach o różnej agresywności tytan wykazuje bardzo dużą odporność.

Tytan może ulegać korozji międzykrystalicznej i pękaniu korozyjno-na-prężeniowemu, stąd procesy korozyjne są stale przedmiotem szczegól­nych badań.

Tytan może także ulegać gwałtownemu zniszczeniu i spaleniu w podwyż­szonych temperaturach, wchodząc gwałtownie w reakcje z powietrzem, tlenem, azotem i wodorem. Niektóre warstewki tlenkowe np. w obecności stężonego HN0₃ wykazują charakter samozapalny i wybuchowy.

Tytan jest odporny na działanie:

— wody morskiej, w tym również przy znacznych prędkościach prze­pływu,

— atmosfery we wszystkich strefach klimatycznych,

—wilgotnego chloru (w suchym chlorze może ulec samozapaleniu),

— kwasu azotowego w całym zakresie stężeń, również w temperatu­rach wrzenia z wyjątkiem dymiącego HN0₃ zawierającego do 28% N0₂₎

—roztworów utleniających zimnych i gorących (CuCl₂ FeCl₃, CuS0₄, K₂Cr₂0₇).

Tytan nie jest odporny na działanie:

— kwasu fluorowodorowego,

— fluoru,

— kwasu solnego i siarkowego z wyjątkiem roztworów inhibitowanych jonami Cu²⁺, Cl²⁺,

— kwasu szczawiowego, mrówkowego i bezwodnego octowego,

— stężonych gorących wodorotlenków,

— wysokich temperatur w obecności powietrza, tlenu, azotu i wodoru.

INNE METALE NIEŻELAZNE

Poza omówionymi uprzednio, jeszcze wiele innych metali nie­żelaznych, jak cyna, magnez, kadm i metale szlachetne jest stosowanych w przemyśle jako tworzywa konstrukcyjne. W Polsce zastosowanie ich jest ograniczone koniecznością importu, bowiem metali tych nie pro­dukuje się na większą skalę.

Poniżej podano krótki przegląd własności i zastosowania cyny, magnezu, kadmu i metali szlachetnych.

CYNA

Mała wytrzymałość mechaniczna cyny uniemożliwia zastoso­wanie jej jako samodzielnego tworzywa konstrukcyjnego. W temperatu­rze 13°C cyna przechodzi przemianę alotropową z cyny szarej w białą, połączoną z dużą zmianą objętości, skutkiem czego cyna rozpada się na biały proszek. Przemiana przebiega jednak opornie, tak że obydwie od­miany są praktycznie trwałe w dużym zakresie temperatur. Cyna odznacza się dobrą odpornością chemiczną w niezbyt silnie koro­dujących środowiskach. Jest odporna na działanie wody, słabych kwa­sów, kwasów bardzo rozcieńczonych i środków spożywczych, dlatego zna­lazła różnorodne zastosowanie.

Stosuje się ją przede wszystkim w formie powłok na żelazie, miedzi i mosiądzach (bielenie blach). Jest również uszlachetniającym dodatkiem stopowym wielu brązów, metali łożyskowych i spoiw (lutów).

MAGNEZ

Ze wszystkich technicznych metali konstrukcyjnych magnez jest najlżejszy. W stanie czystym ma w przemyśle ograniczone zastoso­wanie wobec słabych własności mechanicznych i możliwości samozapłonu podczas podgrzewania.

Liczba środowisk agresywnych, w których magnez jest odporny, jest nie­wielka i ogranicza się do roztworów amoniaku, soli chromowych, roztwo­rów alkalicznych i kwasu fluorowodorowego.

Magnez jest rozpowszechniony w postaci stopów z innymi metalami, głównie z aluminium i cynkiem, z którymi tworzy tzw. stopy ultralekkie o bardzo dobrych własnościach mechanicznych, prze­wyższających niekiedy wytrzymałością stopy aluminium.

KADM

Kadm jest miękkim i kowalnym metalem o barwie. Temperatura topnienia 321°C. Kadm stosuje się jako 0,5...1,0-procentowy dodatek do miedzi przezna­czonej na przewody jezdne trakcji elektrycznej, gdyż zwiększa jej wy­trzymałość (o 50%) i odporność na ścieranie.

Pewne ilości kadmu używa się na ogniwa wzorcowe, anody i powłoki galwaniczne, które — szczególnie w zetknięciu z wodą morską i roztwo­rami zawierającymi chlorki — zachowują się lepiej aniżeli powłoki cyn­kowe. Stosuje się go również jako dodatek do farb.

Od czasu zastosowania kadmu jako moderatora w reakcjach jądrowych użycie jego do innych celów uległo znacznemu ograniczeniu. Pary i tlen­ki kadmu są trujące.

METALE SZLACHETNE

Do metali szlachetnych zalicza się srebro, złoto oraz metale grupy platyny (platynę, iryd, rod itd.). Metale te mają potencjał elektro­dowy dodatni i cechują się dużą odpornością w większości środowisk agresywnych.

Srebro znajduje zastosowanie do budowy kolumn rektyfikacyjnych dla kwasu octowo-lodowatego oraz aparatów do syntez organicznych. Często jest stosowane w postaci powłok ochronnych. Stosowanie złota do celów przemysłowych jest ograniczone. Jedną z najważniejszych własności platyny jest zdolność przyspieszania reakcji chemicznych bez dostrzegalnego udziału w nich samego metalu. Platyna w przemyśle ma więc największe znaczenie jako katalizator, np. do utleniania amoniaku przy produkcji kwasu azotowego. Stosuje się ją często w stopach z irydem.

PODSTAWY PROCESÓW KOROZJI TWORZYW NIEMETALOWYCH

KOROZJA ŻELBETU

Istotą żelbetu jest ścisła współpraca betonu i wkładek stalo­wych. Opiera się ona na wzajemnej przyczepności obu materiałów, głów­nie przyczepności mechanicznej, oraz w mniejszej mierze na spójności i tarciu. Dzięki przyczepności występuje w elementach żelbetowych prze­noszenie sił z betonu na stal zbrojeniową i odwrotnie. Jednym z czyn­ników niszczących tę przyczepność jest korozja stali zbrojeniowej i beto­nu. Normalny beton na cemencie portlandzkim stanowi naturalną ochro­nę umieszczanej w nim wkładki stalowej. Własności ochronne betonu są związane z jego zasadowym charakterem. W procesie wiązania cementu portlandzkiego, powstają znaczne ilości wodorotlenku wapniowego, który, będąc mocną zasadą, nadaje betonowi odczyn silnie zasadowy. Roztwór w po­rach betonu lub wyciągi wodne z betonu wykazują pH od 12 do 13,5. W betonie takim, po odkuciu otuliny betonowej, odsłonięte zbrojenie, jeżeli wcześniej zo­stało zabetonowane w stanie nie skorodowanym, jest pokryte białym na­lotem nadającym powierzchni stali barwę białoszarą. W przypadku usz­kodzenia warstwy pasywującej w silnie zasadowym betonie istnieją wa­runki do jej regeneracji. Naruszenie przez jakikolwiek czynnik fizyczny, chemiczny lub mechaniczny warstwy pasywującej lub zmiana warun­ków, w jakich ona powstaje, prowadzi do korozji zbrojenia. Z praktyki wiadomo, że przy dostępie tlenu do konstrukcji żelbetowej stalowe zbrojenie przestaje być pasywowane, jeżeli odczyn betonu przyj­muje wartości pH poniżej 12, a bez dostępu tlenu — pH poniżej 11,5. Korozja stali zbrojeniowej jest procesem elektrochemicznym i dlatego podlega ogólnie znanym zjawiskom elektrochemicznym. Związana jest ona z powstaniem na powierzchni wkładek zbrojeniowych wielu krótkozwartych mikroogniw galwanicznych. W obszarach anodowych jony żelaza przechodzą do roztworu znajdującego się w porach betonu, w miejscach katodowych wydziela się wodór w postaci atomowej lub cząsteczkowej, w zależności od pH roztworu. Reakcja przebiega szybciej w roztworach kwaśnych, natomiast wolniej — w słabo alkalicznych i obojętnych. W obecności tlenu zachodzi depolaryzacja tlenowa, tzn. w miejsce wodoru wydziela się woda.

Podstawowym warunkiem wystąpienia korozji na powierzchni stali, je­żeli nie ma warunków dla pasywacji stali przez beton, jest więc obecność tlenu i wody. Przenikanie powietrza, w tym tlenu, przez otulinę beto­nową zbrojenia jest uzależnione od jej grubości, wielkości i kształtu po­rów w betonie oraz stopnia ewentualnego wypełnienia porów cieczą. Moż­na przyjąć, że praktycznie w normalnych warunkach eksploatacji kon­strukcji, przy wilgotności względnej powietrza powyżej 60%, istnieje zaw­sze w betonie dostateczna ilość wody i tlenu dla przebiegu reakcji elek­trochemicznych .

Różnice potencjałów, powstające na powierzchni stali zbrojeniowej i pro­wadzące do powstania mikroogniw, są związane z niejednorodnością stali i elektrolitu. Powstają one w miejscach wytrąceń zanieczyszczeń w stali, mikropęknięć, błędów walcowania, różnic w stanie naprężeń, orientacji krystalograficznej ziaren i stężeń składników stopu oraz różnic w skła­dzie chemicznym i napowietrzeniu elektrolitu.

Objętość produktów korozji jest ponad dwukrotnie większa od objętości stali zbrojeniowej wchodzącej w reakcję. Rdza jest porowata i nie utrudnia dalszego dostępu czynnikom agresywnym do powierzchni stali. Narastające produkty korozji wywołują naprężenia w betonie otaczają­cym zbrojenie. Po przekroczeniu w betonie dopuszczalnych naprężeń roz­ciągających pojawiają się w nim rysy, a w miarę upływu czasu obserwu­je się odsądzanie otuliny betonowej i odsłonięcie wkładek zbrojeniowych w przypadku porowatego betonu produkty korozji stali pene­trują w beton i na powierzchni konstrukcji obserwuje się powstanie brązowoczarnych plam.

Korozja prętów lub drutów stalowych zbrojących beton prowadzi do zmniejszenia ich czynnego przekroju, który przenosi siły wynikające z obciążenia konstrukcji lub przyłożonej siły naciągu. W przypadku tak znacznego ubytku przekroju poprzecznego, że w nie zaatakowanej części przekroju zbrojenia zostaną przekroczone naprężenia dopuszczalne, na­stępuje pęknięcie drutu lub pręta zbrojeniowego. Przyczynami korozji stali zbrojeniowej w elementach żelbetowych są:

— skarbonizowanie całej otuliny betonowej,

— zniszczenie otuliny betonowej przez korozję lub uszkodzenia mecha­niczne,

— wykonanie zbyt cienkiej otuliny, niedokładne otulenie stali betonem i za mało szczelny beton,

— przeniknięcie przez otulinę agresywnych roztworów,

— wprowadzenie do betonu zbyt dużej ilości dodatków

— działanie prądów błądzących.

KOROZJA CERAMIKI

Odporność ceramiki na działanie czynników chemicznych za­leży przede wszystkim od składu chemicznego i mineralnego wyrobu oraz struktury i tekstury, a ponadto od rodzaju środowiska, jego stężenia, temperatury i ciśnienia.

Korozja ceramiki ma charakter przede wszystkim chemiczny. Związana jest ona z reagowaniem składników wyrobów ceramicznych ze środowi­skiem, a następnie wymywaniem związków rozpuszczalnych lub rozsa­dzaniem wyrobów przez krystalizujące związki o zwiększonej objętości. Wyroby ceramiczne produkuje się z mas ceramicznych (zawierających glinę jako podstawowy składnik) metodą wypalania w różnych tempera­turach. Odporność chemiczna ceramiki kształtuje się w trakcie procesu wypalania. W czasie wypalania w stosunkowo niskich temperaturach tworzą się nowe związki — glinokrzemiany, następuje przebudowa struktury w fazie stałej, a w rezultacie częściowego spieczenia materiału uzyskuje się różne wyroby ceramiki budowlanej. Cechuje je odpowiednia wytrzymałość mechaniczna, a jednocześnie dość duża poro­watość i nasiąkliwość. Obecność w tworzywie porów otwartych ułatwia wnikanie środowiska agresywnego w głąb wyrobu. W takim przypadku korozja przebiega nie tylko na powierzchni, lecz także wewnątrz tworzywa.

Do wykładzin chemoodpornych stosowane są specjalne wyroby kwasoodporne. Tego typu wyroby wytwarza się z mas ceramicznych przygo­towanych z odpowiednich glin, wypalanych w wyższych temperaturach. Przebieg reakcji w fazie stałej prowadzi do powstania pewnej ilości mulitu lub silimanitu, a ponadto fazy ciekłej, która wywołuje spieczenie i zagęszczenie czerepu. Wyroby takie cechuje mała nasiąkliwość, duża wytrzymałość mechaniczna i duża odporność na działanie roztworów kwasów nieorganicznych i organicznych, z wyjąt­kiem kwasu fluorowodorowego i stężonych roztworów kwasu fosforowe­go, a ponadto odporność na działanie rozcieńczonych zasad. W wyrobach o czerepie niedostatecznie spieczonym, wypalanych z mas zawierających margle, może wystąpić destrukcja chemiczna i mecha­niczna wyrobu. Wywołują ją: wolny tlenek wapniowy i magnezowy, pow­stający w procesie wypalania wyrobów z węglanów obecnych w glinie. Tlenki te reagują z wodą i tworzą wodorotlenki o objętości większej od odpowiadających im tlenków, wywołując tym lokalne naprężenia w cze­repie, następnie włoskowate spękania i odpryski. Siarczany mogą być wprowadzone do wyrobów ceramicznych jako zanieczyszczenie surowców lub bezpośrednio ze spalin podczas suszenia i wypalania. W czasie susze­nia wyrobów tworzą one naloty i wykwity, a po wypaleniu wywołują łuszczenie się wyrobów. Trudno rozpuszczalne siarczany, krystalizu­jące w porowatym tworzywie ceramicznym w postaci uwodnionej, mogą wywołać również wewnętrzne naprężenia i rozsadzanie czerepu. Niszczenie ceramiki w wyniku działania czynników fizycznych niektórzy autorzy nazywają korozją fizyczną. Występuje ona szczególnie w przy­padkach rozsadzania wyrobu ceramicznego przez wodę zamarzającą w porach lub krystalizujące obce sole, które wniknęły w czasie eksploatacji. Może być również wynikiem zmian występujących w czerepie pod wpły­wem wstrząsów cieplnych i zmian wynikających z różnych współczynni­ków rozszerzalności cieplnej ziarn krystalicznych i szkliwa, tworzących czerep ceramiczny.

KOROZJA TWORZYW SZTUCZNYCH

Tworzywa sztuczne wykazują znaczną, lecz nie całkowitą od­porność na działanie większości związków chemicznych. Pod tym wzglę­dem przewyższają one tradycyjne materiały, tj. beton i stal. Odporność na korozję tworzyw sztucznych zależy od budowy chemicznej i stopnia spolimeryzowania, stanu naprężeń w tworzywie oraz od rodzaju, składu chemicznego i warunków oddziaływania środowiska agresywnego, tj. tem­peratury, ciśnienia i czasu. Korozja polimerów jest rezultatem zmian zachodzących w tych tworzywach pod wpływem chemicznego oddziały­wania substancji o charakterze utleniającym, kwaśnym i zasadowym, a często i wody, podwyższonej temperatury, promieniowania jonizującego i mikroorganizmów. Objawia się ona zmianą struktury polimeru i wy­nikającą z tego zmianą wytrzymałości mechanicznej, kruchości, ciężaru cząsteczkowego i barwy.

Tworzywa sztuczne są zbudowane ze stosunkowo dużych cząstek, w więk­szości luźno połączonych, w związku z czym czynnik agresywny może przenikać w głąb materiału i powodować jego pęcznienie. Jeżeli pęcznie­niu nie towarzyszy reakcja chemiczna ze środowiskiem, to skutki tego procesu w postaci zmniejszenia wytrzymałości, zwiększenia masy i obję­tości są przejściowe i po ustaniu działania środowiska tworzywo może wrócić do normy. W przypadku jednak reakcji chemicznej polimeru ze środowiskiem pęcznienie tworzywa ułatwia wnikanie czynnika agresyw­nego w przestrzenie międzycząsteczkowe, rozluźnia wiązania i zwiększa destrukcję tworzywa.

Tworzywa o cząstkach zawierających grupy polarne ulegają reakcji fizy­kochemicznej, tzn. pęcznieniu i rozpuszczaniu, z cieczami zawierającymi również grupy polarne. Natomiast ciecze niepolarne nie wywołują de­strukcji takich tworzyw.

Woda i środowisko o wilgotności względnej 100% oraz wodne roztwory soli nieorganicznych są agresywne dla polimerów zawierających wiąza­nia, które mogą ulegać hydrolizie, tzn. głównie polimerów grupy II. Obja­wem tego oddziaływania jest przede wszystkim zmniejszenie ciężaru cząsteczkowego polimeru. Poliuretany ulegają reakcji zmydlania, w polie­strach ciśnienie osmotyczne wnikającej wody przyczynia się do powsta­nia mikrorys, poliamidy reagują z wodą pod podwyższonym ciśnieniem i dopiero w temperaturze powyżej 180°C.

Woda i środowisko o wilgotności względnej 100% wywołują fizyczny pro­ces wnikania wody do tworzyw sztucznych, w wyniku którego następuje ich pęcznienie. W polimerach o grupach niepolarnych pochłanianie wody praktycznie jest jednak znikome.

Kwasy mineralne, takie jak: solny, rozcieńczony azotowy, siarkowy i fluo­rowodorowy, praktycznie nie oddziałują na tworzywa polimerowe grupy la i Ib. W pozostałych tworzywach, o łańcuchu węglowym i heterołańcuchowych (grupy II), kwasy te wywołują zmiany w struktu­rze, które polegają odpowiednio na hydrolizie wiązań polarnych lub przy­łączeniu resztek kwasowych w miejscu podwójnych wiązań i wymywaniu antyutleniaczy.

Tworzywa sztuczne mogą ulegać korozji mikrobiologicznej, wywołanej przez bakterie i grzyby, szczególnie w obecności wilgoci. Destrukcja two­rzyw jest wywoływana przede wszystkim substancjami szkodliwymi, które wydzielają te mikroorganizmy w procesach życiowych, szczególnie en­zymami. Przez mikroorganizmy mogą być również atakowane bezpośred­nio wprowadzone do polimeru dodatki plastyfikujące, stabilizujące, emul­gujące, barwiące i organiczne wypełniacze. Pigmenty mikroorganizmów zabarwiają tworzywa sztuczne na różne kolory. W wyniku korozji biolo­gicznej występuje zmniejszenie wytrzymałości mechanicznej, zwiększe­nie kruchości, zwiększenie przewodności elektrycznej i nadtrawienie po­wierzchni tworzywa.

Działanie tlenu wywołuje starzenie się tworzyw organicznych. Proces ten polega na przyłączeniu tlenu do makrocząsteczki polimeru i utworzeniu, nowych grup funkcyjnych: hydroksylowej, karbonylowej i karboksylo­wej, które zwiększają polarność polimeru i jego podatność na hydro­lizę. W miarę upływu czasu tworzywa stają się bardziej kruche i mniej elastyczne, twardnieją, zmniejsza się ich średnia masa cząsteczkowa i wy­trzymałość, zmienia się barwa. Promienie ultrafioletowe wywołują rów­nież zmianę struktury polimeru, a efekty są podobne do tych, które wy­wołuje działanie tlenu.

Promieniowanie o dużej energii, np. rentgenowskie, wywołuje usieciowienie polimeru, zerwanie niektórych wiązań łańcucha głównego polimeru i przegrupowanie atomów w pobliżu miejsca zerwania. Objawem tego procesu jest zmiana średniej masy cząsteczkowej, wydzielanie produktów gazowych: chloru, azotu, metanu, tlenków węgla. Tlen lub ozon pow­stający przy przejściu promieniowania przez powietrze wywołuje dodat­kową destrukcję lub zmienia skład produktów powyższego procesu.

Tworzywa polimerowe mają ograniczoną odporność na działanie podwyż­szonych temperatur. Destrukcja tworzywa pod wpływem temperatury powyżej dopuszczalnej polega na utlenieniu i rozkładzie cieplnym poli­meru. Najwyższa temperatura stosowania tworzywa sztucznego zależy od jego budowy chemicznej i w obecności tlenu wynosi w większości przypadków 100...150°C.

Naprężenia stałe lub zmienne w tworzywie zmniejszają odporność che­miczną tworzyw.

TWORZYWA BETONOWE

Jedynym sposobem skutecznie zwiększającym trwałość obiek­tów betonowych w środowiskach agresywnych jest odpowiedni dobór składników betonu, przyjęcie prawidłowej jego technologii, kształtu kon­strukcji czy budowli oraz wykonanie odpowiedniego zabezpieczenia che­moodpornego. Możliwe jest to do osiągnięcia przy ścisłej współpracy projektanta ze specjalistą w dziedzinie ochrony przed korozją i przy na­leżytym fachowym wykonawstwie robót. Walka z korozją nie opiera się tylko na tych założeniach, lecz polega również na późniejszym prawidło­wym użytkowaniu, nadzorze, konserwacji i naprawie uszkodzonych obiek­tów oraz ich zabezpieczeń antykorozyjnych.

WPŁYW WŁASNOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH BETONÓW

NA ICH ODPORNOŚĆ NA KOROZJĘ

Trwałość betonów w danym środowisku zależy od chemicznego i mineralnego składu cementu oraz szczelności betonu. W związku z tym przy wykonywaniu betonów pracujących w środowiskach korozyjnych należy zwrócić uwagę na:

— dobór właściwego cementu,

— wykonanie betonu o możliwie największej szczelności.

Szczelność betonu, na którą składa się nasiąkliwość, wodoszczelność i gazoszczelność, zależy od:

— zawartości cementu w betonie,

— stosunku wodno-cementowego,

— rodzaju i uziarnienia kruszywa,

— technologii betonu, a szczególnie efektywności zagęszczenia i pielęg­nacji,

— dodatków do betonu.

Przez spełnienie wymienionych wymagań i dotrzymanie podanych para­metrów technologicznych można zwiększyć odporność betonu na ko­rozję.

WPŁYW SKŁADNIKÓW BETONU

Od ilości cementu użytego do betonu zależy jego trwałość. Ist­nieje graniczna ilość cementu: 250...300 kg/m⁸ betonu, poniżej której prze­nikanie wody i powietrza przez beton gwałtownie wzrasta, a powyżej której już tylko nieznacznie maleje. Następstwem zwiększenia ilości ce­mentu w betonie jest zmniejszenie się szybkości procesu karbonizacji. Kruszywo w betonie, z wyjątkiem węglanowego, jest praktycznie bierne pod względem chemicznym, natomiast ma decydujące znaczenie o nie­których własnościach tworzywa, które wpływają na trwałość betonów w środowiskach korozyjnych, przede wszystkim o porowatości.

Kruszywo powinno być:

— odporne na działanie środowiska łub ulegać jego działaniu w stopniu mniejszym od spoiwa,

— dobrane pod względem rodzaju i uziarnienia tak, aby zapewniało u-zyskanie mieszanki betonowej o dobrej urabialności i całkowitej szczel­ności po zagęszczeniu.

Kruszywa skał naturalnych — tłuczeń i grys granitowy, bazaltowy, andezytowy, ewentualnie żwir i tłuczeń żwirowy piaskowców — są szczelne i z tego względu stosowane są do betonów przeznaczonych do pracy w środowiskach agresywnych. Kruszywa łamane skał naturalnych wyka­zują ponadto szorstką powierzchnię i ostre krawędzie; te cechy wpływają na zwiększenie przyczepności pomiędzy kruszywem a kamieniem cemen­towym, prowadzące do zwiększenia wytrzymałości i szczelności betonu. Z kruszyw sztucznych jedynie keramzyt ma spieczoną otoczkę materiału wokoło ziarn i dużą liczbę zamkniętych porów, stąd jest mało nasiąkli-wy i może być stosowany w betonach zwartych, przeznaczonych do pra­cy w środowiskach o powiększonej agresywności. Kruszywa sztuczne ła­mane — glinoporyt, łupkoporyt i popiołoporyt — wykazują znaczną nasiąkliwość ze względu na dużą liczbę porów otwartych i stanowiłyby w betonie, w środowisku agresywnym, magazyn wilgoci i roztworów ko­rozyjnych.

Konsystencja jest cechą, którą dobiera się z uwzględnieniem warunków formowania, tj. kształtu konstrukcji, gęstości ułożenia zbrojenia i sposo­bu zagęszczania betonu. Nadmiar wody ponad ilość wiązaną przez ce­ment, a konieczny do dobrego ułożenia betonu w formie, w czasie tward­nienia betonu odparowuje, pozostawiając po sobie pory otwarte o wiel­kości do 0,5 mm i kapilary o wielkości od 20 A do 0,01 mm.

DREWNO

WPROWADZENIE

Drewno jest jednym z najstarszych i najpowszechniej stoso­wanych materiałów w budownictwie, meblarstwie i w wielu innych dzie­dzinach gospodarki.

Z uwagi na dostępność i uniwersalność drewna, a w związku z tym uszczuplanie zasobów leśnych, zarysowały się tendencje do zmniejszania zastosowań drewna litego, zwłaszcza w charakterze konstrukcyjnym. Drewno, mimo wielorakich zalet, nie było i nie jest dostatecznie doce­niane, mimo że w zakresie jakościowym nie tylko wytrzymało konku­rencję z wieloma najnowocześniejszymi materiałami, lecz także je zdy­stansowało.

Drewno okazało się również doskonałym materiałem do stosowania w środowisku agresji chemicznej, eliminując w tym względzie wiele znanych i cenionych materiałów. Zaznaczyły się przy tym dwa główne kierunki zastosowania drewna w tym zakresie:

— w konstrukcjach budowlanych pracujących w agresywnych środowi­skach gazowych,

— w budowie aparatury i urządzeń technicznych oraz zbiorników i opa­kowań narażonych na agresję chemiczną, zwłaszcza cieczy i produk­tów stałych.

Znajduje ono zastosowanie w agresywnych środowiskach wielu przemy­słów, jak: chemicznym, maszynowym, górniczym, fermentacyjnym, spo­żywczym, kosmetycznym, ^galwanotechnice itp.

Naturalną dużą odporność drewna na agresję chemiczną można zwięk­szyć przez modyfikowanie go żywicami bądź stosowanie powłok chemo­odpornych.

CHARAKTERYSTYKA DREWNA JAKO MATERIAŁU KONSTRUKCYJNEGO

Drewno jest jednym z nielicznych materiałów łączących w so­bie tak wiele zalet. Odznacza się dużą wytrzymałością, co stawia go w rzędzie materiałów konstrukcyjnych, jest przy tym lekkie, łatwe w obróbce, o dobrych właściwościach termoizolacyjnych i akustycznych, nie wywiera żadnego ujemnego wpływu na warunki zdrowotne pomiesz­czeń, jest bardzo odporne na agresję chemiczną.

Jako ujemne cechy należy wymienić niejednorodność budowy, niestabilność wymiarów — szczególnie w kierunku poprzecznym do kierunku włókien drzewnych — wywołaną zjawiskiem pęcznienia i kurczenia się w zmiennych warunkach wilgotnościowych oraz skłonność do pękania przy zbyt gwałtownym przesychaniu. Ujemną cechą drewna jest rów­nież jego palność oraz podatność na rozkład przez czynniki biotyczne przy wilgotności materiału powyżej 25...30%, a nawet znacznie mniej­szej — w przypadku porażenia przez niektóre gatunki owadów. Ze zwiększeniem wilgotności drewna do mniej więcej 30% zmniejsza się jego wytrzymałość. Zjawisko to jest jednakże odwracalne, jeśli równo­cześnie nie nastąpiło zmniejszenie wytrzymałości wskutek korozji che­micznej lub biologicznej.

Nieodwracalnym zjawiskiem, szczególnie istotnym przy budowie szczel­nych urządzeń technicznych pracujących w zmiennych warunkach wil­gotności (dużej i małej), jest trwałe odkształcenie się drewna pod wpły­wem sił pęcznienia jednokierunkowo hamowanego, na stykach klepek w beczkach itp. W wyniku tego powstają szczeliny na stykach elemen­tów przy kurczeniu się drewna pod wpływem zmniejszenia jego wilgot­ności.

Przy procesach pęcznienia i kurczenia się, przebiegających zbyt gwał­townie, mogą nastąpić pęknięcia podłużne i obwodowe oraz wypadanie sęków, wywołane różnicami wielkości skurczu sęków i otaczającego je drewna o innym kierunku ułożenia włókien.

Cechą charakterystyczną drewna jest znaczne zróżnicowanie jego właści­wości w zależności nie tylko od jego gatunku i kierunku włókien, lecz także od strefy pnia drzewnego, jak biel, twardziel, część odziomkowa i wierzchołkowa.

Wartość techniczną drewna zmniejszają naturalne wady związane z roz­wojem drzew bądź wywołane specyficznymi warunkami środowiska i siedliska drzew oraz niewłaściwym składowaniem surowca. Wymienić tu można sęki, pęcherze żywiczne, twardzicę, uszkodzenia spowodowane rozwojem szkodników biologicznych w okresie rozwoju drzew lub na składowisku, pęknięcia itp.

Wymagania dla konstrukcji budowlanych z drewna, w odniesieniu do surowca drzewnego, wymiarów elementów i sposobu ich łączenia, zawie­ra PN-81/B-03150 Konstrukcje z drewna i materiałów drewnopochodnych. Obliczenia statyczne i projektowanie.

Dobór materiału na aparaturę i urządzenia techniczne powinien być bar­dzo starannie dokonany.

Łączenie elementów aparatury może się odbywać za pomocą gwoździ, śrub, kołków i obręczy — na styk oraz na wpust i pióro własne lub obce, przy możliwości zastosowania różnorodnych profilów. W praktyce spotyka się kombinacje różnych sposobów łączenia. Istotne znaczenie przy wykonywaniu zbiorników ma możliwość ich uszczelniania po zmniejsze­niu się wymiarów (kurczliwość przy wysychaniu), na przykład przez ściągnięcie obręczy w beczkach itp. W warunkach silnej agresji chemicz­nej wskazane jest stosowanie łączników nieżelaznych.

CHEMOODPORNE WŁAŚCIWOŚCI DREWNA

Drewno odznacza się dużą odpornością na działanie chemika­liów, przewyższając w odniesieniu do niektórych środowisk agresji che­micznej wysokogatunkową stal.

Spośród krajowych gatunków największą odporność chemiczną wykazują żywiczne, twardzielowe drewna gatunków iglastych, a przede wszystkim modrzewiowe, w dalszej kolejności sosnowe, świerkowe, jodłowe, następ­nie twarde gatunki liściaste: w pierwszej kolejności buk, potem dąb, jesion, klon i jawor. Mniejszą odporność mają miękkie gatunki liściaste,. jak lipa, topola, osika itp.

Na szybkość korozji drewna wpływa nie tylko stężenie środowiska che­micznego, lecz także temperatura. Istotne znaczenie ma też okres oddzia­ływania środowiska agresywnego.

Spośród składników drewna największą odporność na korozję chemiczną, wykazuje celuloza, stanowiąca o wytrzymałości drewna. Nie jest wrażli­wa na takie rozpuszczalniki, jak aceton i spirytus oraz zasady, nawet w większych stężeniach.

Ulega natomiast zwęgleniu pod wpływem stężo­nych kwasów nieorganicznych, który to proces ulega stopniowo zahamo­waniu wskutek ograniczenia przenikania kwasów w głąb drewna po­przez zwęglone powierzchniowe warstwy. Niszcząco na celulozę działają tlenki azotu, natomiast w słabym stopniu kwasy organiczne. Mniej odporne na agresję chemiczną są inne składniki drewna, tj. lignina i hemicelulozy, zwłaszcza na silne zasady.

SZKŁO

Szkła nieorganiczne powstają przez odwracalne przechłodzenie stopionych tlenków metali, tlenku krzemowego i krzemianów. Szkła są ciałami bezpostaciowymi o dużej twardości, odznaczają się bardzo dużą wytrzymałością mechaniczną, odpornością chemiczną i na zmiany tem­peratur, dużą twardością powierzchniową, a ponadto — w porównaniu z innymi tworzywami — dużą odpornością na wpływy atmosferyczne i na działanie substancji chemicznych. Odporność chemiczną szkła cha­rakteryzuje szybkość przechodzenia jego składników do roztworu. Oddziaływanie wodnych roztworów na szkła krzemianowe można odnieść do dwóch rodzajów procesów:

— wyługowania, kiedy do roztworu przechodzą głównie tlenki alkaliczne lub tlenki ziem alkalicznych z wytworzeniem na powierzchni warstwy ochronnej, na powierzchni szkła;

— procesów roztwarzania towarzyszących przechodzeniu do roztworu składników w takich samych stosunkach, w jakich znajdowały się w szkle.

Procesy wyługowania przebiegają przy oddziaływaniu wody i roztworów kwasów (z wyjątkiem fluorowodorowego i fosforowego na gorąco), przy czym prędkość przechodzenia tlenków grupy R₂0 i RO do roztworu zmniejsza się w miarę upływu czasu.

Odporność szkła na działanie kwasów jest dużo większa niż odporność na działanie wody (ze względu na zobojętnianie wydzielanych ze szkła alkaliów) z wyjątkiem jednak kwasu fluorowodorowego.

Odporność na działanie kwasów zwiększa się z zawartością Si0₂, A1₂0₃, ZrO₂ i Ti0₂.

Ługi działają na szkła na ogół 100 razy silniej niż kwasy, gdyż powodują przejście żelu krzemionkowego z powierzchni szkła do roztworu, co uniemożliwia wytwarzanie się warstwy ochronnej.

W zwykłych szkłach przemysłowych odporność na działanie zasad ma­leje proporcjonalnie do wzrostu stężenia reagentów, lecz przy szkłach zawierających PbO i ZnO odporność przechodzi przez minimum przy stę­żeniach 6...7 normalnych.

Be, Zn i Al w postaci anionów mogą być inhibitorami korozji, zmniejsza­jąc korozję nawet 20 razy. Stosowanie szkieł wieloskładnikowych wpływa korzystnie na odporność na działanie zasad i na obserwowane zwiększe­nie odporności z upływem czasu. Roztwory fosforanów wywierają wielo­krotnie silniejsze działanie korodujące niż roztwory wodorotlenków alka­liów. Roztwory mieszanin węglanów alkaliów i roztwory mieszanin węgla­nów z wodorotlenkami działają silniej niż roztwory tychże substancji po­jedynczo.

Szkło podlega także procesom wietrzenia, które zachodzą pod działaniem pary wodnej oraz gazów zawartych w atmosferze, głównie C0₂ i S0₂. Skutki wietrzenia są widoczne początkowo w postaci cienkiej iryzującej warstewki, później opalescencji, białego nalotu, galaretowatego osadu na powierzchni, a na koniec — łusek.

Szkła ze względu na szczególne właściwości, jak przezroczystość, kwasoodporność,

twardość, gładkość i bezporowatość powierzchni, są powszech­nie stosowane jako opakowania, w budownictwie i technice; ostatnio na przykład coraz częściej jako substytut deficytowych metali do produkcji aparatury przemysłowej narażonej na agresję czynników żrących i erozję przepływu. W wielu krajach przemysłowych już niemal powszechnie stosowane są rurociągi szklane i to zarówno do przepływu agresywnych cieczy i zawiesin, jak i dla grawitacyjnego i pneumatycznego transportu materiałów sypkich.

Szkło jako materiał techniczny odznacza się zespołem właściwości umożli­wiających w bardzo prosty, szybki i stosunkowo tani sposób otrzymywa­nie wyrobów o różnych kształtach i wielkościach. Jedną z ważniejszych właściwości, odróżniającą szkło od innych materiałów, jest możliwość formowania go różnymi sposobami. Tak na przykład można odlewać je do form jak żeliwo lub stal, wytłaczać jak wyroby ceramiczne lub z mas plastycznych, ciągnąć płyty, rurki, pręty lub nici i z kolei tkać w różne wzory i desenie. Szkło można spajać, spiekać (np. dla potrzeb aparatury laboratoryjnej), wydmuchiwać w przeróżne, niezliczone kształty o roz­maitym przeznaczeniu, a po stwardnięciu można poddawać je różnorodnej obróbce mechanicznej. Można je ciąć piłami tarczowymi, kółkami stalo­wymi i diamentami, wiercić w nim otwory o różnej średnicy, obrabiać na tokarkach za pomocą specjalnych noży, szlifować i polerować. Do każdej z tych operacji są niezbędne odpowiednie smary (ciecze) i oprzyrządo­wanie.

BIBLIOGRAFIA

1. Shreir l. L.: Korozja, Warszawa, WNT 1966.

2. ABC Korozjonisty, Warszawa, SITPChem, 1969.

3. Ochrona przed korozją Poradnik, WKiŁ, Warszawa, 1986.

4. pl.wikipedia.org

3

| Strona

---