EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje

1. Korozja to fizykochemiczne oddziaływanie między środowiskiem i metalem, w którego wyniku powstają zmiany we właściwościach metalu, które mogą prowadzić do znaczącego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami. EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów –Podstawowa terminologia i definicje

2. Oddziaływania Metal Środowisko • Środowisko zawiera czynniki korozyjne: • substancje chemiczne: kwasy, zasady, jony chlorkowe, związki utleniające, kompleksujące, • podwyższona temperatura, • narażenia mechaniczne: naprężenia, drgania, tarcie, • prądy błądzące, • przepływ roztworu • mikroorganizmy (bakterie) • …

3. Oddziaływania Metal Środowisko • Środowiska: • naturalne: atmosfera, gleba, wody, tkanki • związane z działalnością człowieka, np: przemysł chemiczny, hutniczy, kosmonautyka, motoryzacja, spożywczy, oczyszczalnie ścieków, itp.

4. Oddziaływania Metal Środowisko • Metal: • metale, • stopy metali, • kompozyty z elementami metalowymi

5. Oddziaływania Metal Środowisko • Oddziaływania: • elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna • chemiczne – korozja chemiczna • mikrobiologiczne – korozja mikrobiologiczna • fizyczne – wraz z poprzednimi • zwykle współdziałanie rożnych oddziaływań

6. Oddziaływania Metal Środowisko Układ korozyjny Zniszczenia korozyjne: pogorszenie funkcji (utrata użyteczności) metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami

7. Pogorszenie funkcji metalu

8. Pogorszenie funkcji?

9. Oddziaływania Metal Środowisko Układ korozyjny Korozja większości metali jest procesem samorzutnym, nieuniknionym

10. Obieg (wielu) metali w przyrodzie

11. Trwała forma żelaza:tlenek żelaza

12. Oddziaływania Metal Środowisko • Oddziaływania chemiczne – korozja chemiczna: • w środowiskach nieprzewodzących: gazy, związki organiczne, stopiona siarka, • reakcja chemiczna metalu z utleniaczem: • utlenianie: 2Fe + 3O2→ 2Fe2O3 • siarkowanie: Fe + S → FeS • duże zniszczenia powyżej 200 - 400°C - korozja wysokotemperaturowa • turbiny gazowe, silniki, piece, spaliny, przemysł hutniczy

13. Oddziaływania Metal Środowisko • Oddziaływania elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna: • w środowiskach przewodzących: roztwory elektrolitów i stopione elektrolity • reakcje elektrochemiczne • największe zniszczenia korozyjne metali • tak zachodzi korozja metali w środowiskach naturalnych: atmosfera, gleba, wody, ciało człowieka • i związanych z działalnością gospodarczą: przemysł chemiczny, hutniczy, spożywczy, energetyka, …

14. ` Roztwór elektrolityczny Metal e e Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej Reakcja anodowa (utleniania metalu) powoduje polaryzację układu (metal zyskuje ładunek ujemny, a roztwór – dodatni), hamującą jej dalszy bieg Fe→ Fe2+ + 2e

15. Roztwór elektrolityczny H+ H+ Metal e e Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej

16. Roztwór elektrolityczny H+ H+ Metal e e Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej

17. Roztwór elektrolityczny H2 Metal Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej Reakcja katodowa (redukcja jonów wodorowych) powoduje depolaryzację (znika różnica ładunków) umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji) 2H+ + 2e → H2

18. Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa 2H+ + 2e → H2 reakcja katodowa Korozja z depolaryzacją wodorową) Korozji z depolaryzacją wodorową ulegają zwłaszcza metale aktywne w roztworach kwaśnych, np. Zn w roztworze HCl

19. Metal Roztwór korozyjny e e Potencjał korozyjny reakcja anodowa: Fe → Fe2+ + 2e reakcja katodowa: 2H+ + 2e → H2 Przy potencjale korozyjnym obie reakcje zachodzą z równą szybkością (prąd sumaryczny równy zeru).

20. Roztwór elektrolityczny O2 Metal e e Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej Inna reakcja depolaryzacji (zabierająca elektrony z metalu)

21. Roztwór elektrolityczny O2 Metal e e Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej

22. Roztwór elektrolityczny OH- OH- Metal Fe2+ Mechanizm korozji elektrochemicznej Reakcja katodowa (redukcja tlenu) powoduje depolaryzację umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji) ½O2+ H2O + 2e → 2OH-

23. Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa ½O2 + H2O + 2e → 2OH- reakcja katodowa Korozja z depolaryzacją tlenową) Korozja z depolaryzacją tlenową zachodzi w środowiskach natlenionych (napowietrzonych): atmosfera, gleba.

24. Roztwór elektrolityczny Metal e e Fe2+ Reakcja anodowa: roztwarzania metalu Fe→ Fe2+ + 2e

25. Fe2O3 Fe2O3 e e e e e e Roztwór elektrolityczny Roztwór elektrolityczny Reakcja anodowa: inna możliwość 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e Metal

26. H2O H2O warstwa pasywna Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe Fe Roztwór elektrolityczny Dalsza reakcja anodowa utrudniona, bo tlenek na powierzchni utrudnia dostęp wody Reakcja anodowa: inna możliwość

27. warstwa pasywna Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Roztwór elektrolityczny Taki stan metalu to pasywność = nieznaczna szybkość reakcji anodowej Reakcja anodowa: pasywacja

28. Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: • trudnorozpuszczalna, • szczelna, • przyczepna do podłoża • Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję. Pasywność metali • Pasywność wykazują m.in. stopy Fe (SONK), Cr, Ni, Ti, Al zwłaszcza w roztworach utleniających. • Pasywacja jest utrudniona, gdy: • roztwór zawiera jony chlorkowe, • metal zawiera wydzielenia niemetaliczne (siarczki).

29. Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: • trudnorozpuszczalna, • szczelna, • przyczepna do podłoża • Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję. Porowate, słabo przyczepne warstwy tlenkowe są grube i w małym stopniu hamują korozję metalu, a mogą je nawetprzyspieszać (to nie są warstwy pasywne!) Pasywność metali

30. utlenianie metalu do jonu: Fe → Fe2+ + 2e szybka reakcja utlenianie metalu do tlenku: 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e nieznaczna szybkość reakcji, jeśli powstaje warstwa pasywna Reakcje anodowe:

31. Wykresy E - pH • W jakich warunkach wystąpi korozja? • W jakich warunkach występuje pasywność metalu? • Przebieg reakcji korozji elektrochemicznej zależy od potencjału metalu w roztworze korozyjnych (E) i składu tego roztworu (m.in. pH). Analiza układów korozyjnych metal – roztwór korozyjny:

32. Wykres E – pH dla Fe

33. Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe

34. Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe

35. odporności metalu (trwały atom metalu: Fe) • korozji (trwałe jony metalu) • korozji wodorowej / tlenowej (rodzaj reakcji katodowej) • teoretycznej pasywności (trwałe tlenki / wodorotlenki metalu) • Wstępna analiza, bo liczne założenia i uproszczenia • Konieczność weryfikacji eksperymentalnej Obszary na wykresach E-pH:

36. Wykres E-pH dla Na Korozja z depolaryzacją wodorową i tlenową, produkt: Na+

37. Wykres E-pH dla Cu Korozja: produkty: Cu2+ (pH: 0 - 7), CuO22- (pH: 13 - 14) możliwa pasywność w roztworach słabozasadowych:Cu2O, CuO

38. Wykres E-pH dla Au Odporność: niemożliwa korozja w roztworach wodnych

39. Wykres E-pH dla Ta Możliwa odporność na korozję w wyniku pasywacji:Ta2O5

40. Wykres E-pH dla Mg Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych:Mg2+, możliwa pasywność w roztworach zasadowych:Mg(OH)2

41. Wykres E-pH dla Zn Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych:Zn2+ oraz silnie zasadowych:HZnO2- możliwa pasywność w roztworach słabo zasadowych:Zn(OH)2

42. Wykres E-pH dla W Pasywność w roztworach kwaśnych:WO2, WO3, korozja w obojętnych i zasadowych:WO42-