Scan011520105552

260

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Materiały alternatywne

W przypadku rurociągów o dużej długości, wysokie koszty wykluczają niemal całkowicie zastosowanie materiałów alternatywnych: znacznie tańsza jest budowa i zabezpieczenie rurociągu z miękkiej stali, aniżeli zastosowanie w zamian stali odpornej na korozję - nawet jeżeli nie będzie już potrzebna żadna ochrona przeciwkorozyjna. Jedynym konkurującym materiałem jest tu polimer cechujący się całkowitą niewrażliwością na tego rodzaju korozję w środowisku wilgotnym. W miejskich sieciach gazowych zastępuje się obecnie rury stalowe polimerowymi; ale w przypadku linii przesyłowych o dużej średnicy, wyższa wytrzymałość mechaniczna stali powoduje, że jest ona preferowana.

Przykład 2: Materiały na lekki dach fabryki

Przyjrzyjmy się teraz problemowi doboru materiału na lekki dach małej fabryki. Dziewięć na dziesięć osób zapytanych o wybór takiego materiału, wymieni najpierw falistą ocynkowaną blachę stalową. Jest ona wytrzymała, lekka, tania i łatwa do zainstalowania. Więc w czym tkwi problem? Otóż, zupełnie nowa stalowa blacha jest wolna od rdzy, ale po 20. lub 30. latach zaczyna się jej rdzewienie i dach w końcu ulega zniszczeniu.

Jak zachowuje się powłoka cynkowa? Proces galwaniczny powoduje osadzanie się cienkiej warstwy cynku (rys. 24.4) na powierzchni stali. Działa ona jako bariera pomiędzy stalą i atmosferą. Pomimo że siła napędowa reakcji korozji cynku jest większa niż stali (rys. 23.3), w rzeczywistości cynk koroduje bardzo wolno w normalnej atmosferze miejskiej, ponieważ tworząca się warstewka tlenku cynku stanowi barierę ochronną. Ubytek grubości warstwy cynku wynosi przeciętnie 0,1 mm na 20 lat.

0₂ + 2 H₂0 4- 4 e -

Ly y    Cynk

'/// ' / / / t f / IA ^/ A / / / / \/ / ' ^,f

Zn

4- 4

i

4- 4-

/

Ilu ¹ / V i Sta /////)

/ ll¹1 UTrź? ////*■* / ////

/ / ty /

/

, nr ^/U

[ - \ %()*V f /

Rys. 24.4. Pokryta galwanicznie stal chroniona przez rozpuszczającą się warstwę cynku

Jeśli warstwa cynku ulegnie przypadkowemu uszkodzeniu i powstanie w niej przerwa - co prawie zawsze się zdarza w czasie montażu dachu - cynk będzie chronił żelazo protektorowo (rys. 24.4) dokładnie w taki sam sposób, jak rurociągi są chronione przez protektorowe anody cynkowe. Dlatego termin rozpoczęcia rdzewienia jest tak odległy. Ale powłoka cynkowa ma

grubość jedynie ok. 0,15 mm, więc po upływie 30. lal jej większa część ulegnie zużyciu i rozpocznie się nagłe rdzewienie, doprowadzające do zniszczenia dachu.

Wydawałoby się, że dobrym środkiem zaradczym jest zwiększenie grubości powłoki cynkowej. Jednak nie jest to łatwe do wykonania, ponieważ proces zanurzeniowy na gorąco, stosowany do nakładania powłok, nie jest do tego odpowiedni, a elektrolityczne powlekanie cynkiem blachy stalowej znacznie zwiększa koszty produkcji. Malowanie blachy ocynkowanej (np. farbą bitumiczną) znacznie zmniejsza ubytki cynku, ale jednocześnie bardzo zmniejsza powierzchnię działającą jako ochrona protektorowa stali. Jeżeli zarysowanie blachy będzie na tyle głębokie, że uszkodzi warstwę farby i cynku, odsłonięta stal może skorodować na wskroś znacznie szybciej aniżeli bez malowania.

Materiały alternatywne

Zastosowanie anodowanego aluminium w architekturze jest stosunkowo niedawno wprowadzoną innowacją. Chociaż siła napędowa korozji aluminium w środowisku wilgotnym jest bardzo duża, koroduje ono bardzo wolno w zetknięciu z czystą wodą, ponieważ jest pokryte ściśle przylegającą i słabo przewodzącą warstewką A1₂0₃. Anodowanie aluminium polega na pogrubieniu warstewki A1₂0₃ w celu zwiększenia jej skuteczności jako bariery dla korozji. W procesie anodowania element aluminiowy jest zanurzany w wodzie zawierającej różne dodatki sprzyjające wzrostowi zwartej warstewki (np. kwas borowy). Następnie łączony jest elektrycznie z biegunem dodatnim, co powoduje przyciąganie atomów tlenu znajdujących się w polarnych cząsteczkach wody (rozdz. 4). Przyłączane atomy tlenu reagują dalej w sposób ciągły z metalem, powodując wzrost grubości warstwy tlenkowej (rys. 24.5). W celach estetycznych warstwa tlenkowa może być barwiona przez dodanie środków barwiących pod koniec procesu i zmianę składu kąpieli, co umożliwia wbudowanie się tych środków w warstwę.

Roztwór

anodyzujęcy

Pracujący element Al

{..Ochronna warstwa AI₂0_3/ lo grubości 25 ym dia {elementów użytkowanych ma wolnym powietrzu; o grubości 5ym dla elementów użytkowanych w pomieszczeniach zamkniętych

Rys. 24.5. Ochrona aluminium przez anodowanie