s 095

12. KOROZJA METALI

Korozją nazywamy proces niszczenia metali, na który składają się reakcje chemiczne, a także zjawiska fizyczne, np. naprężenia zachodzące na granicy metal/otoczenie. Szybkość korozji zależy od rodzaju środowiska stykającego się z metalem, dlatego zwykło się mówić o „agresywnym środowisku” jako przyczynie korozji. Nie jest to ścisłe, ponieważ reakcje chemiczne prowadzące do niej przebiegają samorzutnie, czyli są nieuniknione, niezależnie od tego, czy metale kontaktują się z agresywnym kwasem solnym, czy łagodnym powietrzem wiejskim. O korozji mówimy także w odniesieniu do innych materiałów konstrukcyjnych, np. betonu, tworzyw sztucznych (ale nie drewna!). Zawężając rozważania do metali, możemy wyróżnić korozję:

—    chemiczną,

—    elektrochemiczną.

Korozja chemiczna zachodzi w środowiskach ciekłych nieelektrolitów oraz suchych gazów. W tym ostatnim przypadku podwyższona temperatura szczególnie przyczynia się do przyspieszenia zniszczeń, np. rur wydechowych silników spalinowych. Inne przykłady, to korozja stali w środowisku chloru, tlenu lub przegrzanej pary wodnej oraz glinu w ciekłym tetrachlorku węgla.

Korozja elektrochemiczna występuje wówczas, gdy metal znajduje się w środowisku elektrolitu, czyli takim, który umożliwia transport ładunków elektrycznych. Elektrolit może być obecny w dużych ilościach (konstrukcja zanurzona w wodzie lub medium przepływające przez rurę) lub występować jedynie jako cienka warstwa skondensowanego lub zaadsor-bowanego filmu (jak w przypadku korozji atmosferycznej). W warunkach naturalnych obserwujemy prawie zawsze korozję elektrochemiczną. Możemy ją zapisać na przykład w postaci następujących reakcji:

M + 0₂ + 2 H₂0 -> M²* + 4 OH~ (pH > 7) lub    M + 1/2 0₂ + 2 H* -> M²* + H₂0 (pH < 7)

lub    M + 2 H₂0 -* M²* + H₂ + 2 OH^- (pH > 7, środowisko beztlenowe)

lub M + 2 H⁺ -* M^2t + H₂ (pH < 7, środowisko beztlenowe)

W rzeczywistości reakcje chemiczne nie przebiegają poprzez bezpośrednie oddziaływanie na metal czynników utleniających z otoczenia (np. 0₂, H₂0, C2y H^ł), lecz są skutkiem pracy ogniwa korozyjnego. Ogniwa korozyjne powstają dzięki istnieniu na powierzchni metalu obszarów o zróżnicowanych potencjałach elektrochemicznych, które nazywamy obszarami anodowymi i katodowymij Mogą one być całkowicie oddzielonymi obszarami o dużych powierzchniach (makroogniwa) lub mogą występować lokalnie na heterogenicznej powierzchni metalu w postaci mikroogniw. Te ostatnie'powstają wskutek niejednorodności fazowej metalu (efekt obróbki cieplnej lub zgrzewania), naprężeń, naturalnych powłok (np. tlenkowych) lub różnych powłok ochronnych, a także wskutek zmian jonowego przewodnictwa lub różnic składu roztworu elektrolitu, np. różnego napowietrzenia. Reakcje zachodzące w ogniwie korozyjnym nazywamy anodowymi i katodowymi, przy czym reakcje anodowe są zawsze reakcjami utleniania, natomiast reakcje katodowe są reakcjami redukcji. Przykładowo:

reakcja anodowa:

M —> M²⁺ + 2 e"