Korozija

1. Korozija

2. Korozija (lat. corrodere = nagristi) je nenamjerno trošenje konstrukcijskih materijala pod kemijskim, mehaničkim i biološkim djelovanjem okoliša.

4. Troškovi korozije prema metodama zaštite Zaštitni premazi 108.6 milijardi $ Korozijski otporne legure 7.7 milijardi $ Plastika i polimeri 1.8 milijardi $ Korozijski inhibitori 1.1 milijardi $ Katodna i anodna zaštita 1.0 milijardi $ Troškovi usluga 1.2 milijardi $ TOTAL: 121.4milijardi $

5. PONOVIMO! Što je kemijski element? Kemijska valencija elementa? Što je to atom? Kakva je građa atoma? Što je ion? Periodni sustav elemenata. Što je kemijski spoj? Što je to molekula? Koje veze između atoma u molekuli postoje? (Ionska – između atoma (iona) metala i nemetala, kovalentna – između atoma nemetala i metalna veza – između atoma metala). Što je reaktivnosti ili kemijski afinitet kemijskih elemenata? Zašto elementi stupaju u kemijske reakcije s drugim elementima? (Stabilno stanje od 8 elektrona (neki od 2 elektrona kao npr vodik) u zadnjoj elektronskoj ljusci). Što je pH vrijednost?

6. PONOVIMO! Atomi i ioni. Atom je sastavljen od jezgre sa elektronom ili elektronima u putanji oko nje. Jezgra je sastavljena od protona i neutrona. Proton ima pozitivan električki naboj, a neutoni su nenabijeni kao što to njihovo ime pokazuje. Elektroni su negativno nabijeni. Kod atoma, broj protona je jednak broju elektrona i kao posljedica električni naboj će biti nula, ili drugim riječima atom će biti električki uravnotežen. Ako atom dobije ili izgubi jedan elektron ili elektrone, nastat će višak pozitivnog ili negativnog električnog naboja – nastaje ion. Vodikov ion je atom vodika koji je izgubio svoj elektron i označava se kao H+ pokazujući višak pozitivnog električnog naboja. Ion hidroksida se sastoji od kisika i vodika koji je dobio jedan elektron i piše se kao OH- pokazujući višak negativnog električnog naboja.

7. PONOVIMO! pH vrijednosti. Voda sadrži ione vodika i hidroksida i relativna koncentracija ovih iona je važna. Voda je kisela ako je koncentracija iona vodika veća od koncentracije hidroksida (pH je od 1 do 7). Ako su spomenute koncentracije jednake, voda je neutralna (pH=7). Kada je koncentracija iona vodikova oksida veća od vodikove, voda je lužnata (pH je od 7 do 14). pH vrijednost u području od 0 do 14 t.j. od vrlo kisele pa do vrlo lužinate. Ako se temperatura vode povećava, koncentracija iona vodika se povećava i imamo povećanje kiselosti, odnosno opadanje lužnatosti. Kod elektrokemijske korozije metala pH vrijednost je važna za određivanje stupnja korozije.

9. Čimbenici koji uvjetuju koroziju Da bi došlo do pojave oštećivanja materijala, mora u promatranom sustavu postojati određena kemijska, mehanička, biološka ili neka druga pokretačka sila. Kemijski čimbenici U skupinu kemijskih čimbenika spadaju: • vlaga, • otopljeni plinovi (O2, SO2, H2S, CO2), • sadržaj soli, • ravnoteža i topljivost karbonata, • pH vrijednost. Koncentracija otopljenog kisika je temeljni čimbenik korozijske aktivnosti morske vode.

10. Fizikalni čimbenici U skupinu fizikalnih čimbenika spadaju: • mehanička djelovanja, • brzina strujanja, • zračni mjehurići, • svjetlost, • temperatura i • tlak. Povećavanjem temperature, povećava se brzina gotovo svih kemijskih reakcija, pa tako i korozije.

11. Biološki čimbenici U skupinu bioloških čimbenika spadaju djelovanje živih organizama, najčešće iz obraštaja i njihova potrošnja i proizvodnja kisika i ugljičnog dioksida Električni čimbenici Od električnih čimbenika najveći značaj treba posvetiti pojavama stvaranja galvanskih struja (to su svi kemijski uzročnici kod kojih dolazi do nastajanja galvanskih mikroelemenata u prisutnosti vodenih otopina elektrolita) i njihovom utjecaj na brzinu korozije. U praksi je gotovo nemoguće izbjeći kontakt različitih materijala. U takvim slučajevima manje plemeniti materijal poprima ulogu anode i dolazi do njegovog otapanja i trošenja.

12. Glavni uzročnici korozijskog procesa na brodovima su: atmosferski uzročnici poput vlage, snijega, magle...; ispušni plinovi i čestice iz motora koje sadrže kemijske aktivne tvari poput olovnih halogenida, ugljične kiseline, sulfitne kiseline i sl.; nedovoljna i nepropisna zaštita premazima; nepravilno spajanje različitih metala zbog čega se uspostavlja galvanski elementi; nepropisna termička obrada aluminijevih legura; nedovoljno i nepropisno čišćenje metalnih dijelova; primjena vode za pranje koja sadrži nedozvoljenu količinu klorida; otpaci hrane, razni voćni sokovi i druge tekućine koje potječu od posade i putnika.

14. Kemijska korozija Kemijska korozija nastaje djelovanjem agresivnog kemijskog elementa na površinu materijala, a zbiva se u neelektrolitima, tj. u medijima koji ne provode električnu struju.

16. Elektrokemijska korozija Javlja se na metalima i legurama u dodiru s elektrolitima kao što su voda i vodene otopine kiselina, lužina i soli, pri čemu se odvijaju reakcije oksidacije i redukcije. Anodni proces (oksidacija ili ionizacija metala) je proces pri kojem element otpušta elektrone i postaje pozitivno nabijeni ion - kation. Kod anodnog procesa jednostavno se stvaraju metalni kationi, katodnih procesa ima više. Katodni proces (redukcija)je proces pri kojem element prima otpuštene elektrone iz anodne reakcije i postajte negativno nabijen ion - anion ili neutralan element (vodikova ili kisikova depolarizacija).

18. Vodikova depolizacija je osnovni katodni proces pri koroziji metala u kiselim otopinama. U slabo kiseloj, neutralnoj ili slabo lužnatoj sredini ne može doći do vodikove depolarizacije jer je koncentracija vodikovih iona preniska. Kisikova depolarizacija najčešće dolazi zato što elektroliti sadrže u većoj ili manjoj mjeri otopljen kisik. Kisikova depolarizacija nastaje u neutralnim, slabo kiselim i slabo alkalnim otporima, gdje ne može doći do vodikove depolarizacije, jer agresivna tekućina nije dovoljno kisela.

20. Elektrokemijska korozija nastaje na dva načina: stvaranjem mikro-elemenatakada je jedan metal uronjen u elektrolit zbog lokalne razlika potencijala na površini istog metala. Odnosno isti metal može biti i anoda i katoda. Do otapanja metala na anodnim mjestima, i izlučivanja sastojaka vode na katodnim (molekula vodika ili kisika), dolazi zbog toga što tehnički metali nisu potpuno čisti, već predstavljaju legure pa je njihova površina elektrokemijski nehomogena. stvaranjem galvanskog članka između dva metala i elektrolita.

21. 1. Stvaranje mikroelementa (isti metal predstavlja anodu i katodu)

22. Primjer mikroelementa (koncentracijska ćelija) Uzrok korozije je neravnomjerna aeracija (različite koncentracije otopljenog kisika). Brzina korozije je veća u području manje koncentracije kisika zbog odsustva sloja produkata korozije koji imaju učinak korozijski zaštitnog sloja.

23. 2. Stvaranje galvanskog članka Ako se u elektrolit urone dva komada metala različitog potencijala (elektrode) i izvana povežu nekim vodičem, dobiva se sustav koji je izvor električne energije - galvanski članak. Razlika potencijala elektroda stvorit će napon koji će proizvesti struju elektrona. Aktivniji metal koji lakše daje elektrone biti će anoda (pozitivna elektroda). On će davati elektrone (oksidirati se) i njegovi će pozitiviioni izlaziti u otopinu, tj. anoda je ona koja korodira (troši se).

25. Pod pojmom potencijal misli se na svojstvo metala da otpušta elektrone, a taj potencijal se razlikuje od metala do metala. Koji će metal biti anoda, a koji katoda ovisi upravo o njihovom standardnom elektrodnom potencijalu. Bit korozijskog djelovanja otopina elektrolita na metale i njegove legure objašnjava se težnjom metala da izdvoje svoje ione u otopinu, pri čemu svaki takav ion ostavlja u metalu jedan ili više svojih elektrona.

26. Kada poredamo metale po njihovim standardnim elektrodnim potencijalima dobijemo naponski niz elementa koji ukazuju na relativne tendencije elemenata da korodiraju. Aktivni metali kao natrij i kalij nalaze se na jednom kraju niza, a plemeniti metali kao zlato i platina na drugom kraju.

28. Opća korozijakarakterizira se kao korozija s ravnomijernim smanjenjem debljine metala. Do opće korozije dolazi kada je čitava površina materijala izložena agresivnoj sredini pod približno jednakim uvjetima s obzirom na unutrašnje i vanjske faktore korozije. Brzina odvijanja ovog vida korozije se predstavlja dubinom prodiranja procesa korozije u metal u određenom vremenskom periodu. Ovaj oblik korozije je znatno manje opasan od lokalnih vidova korozije jer omogućava lako predviđanje vijeka trajanja konstrukcije.

29. Pjegasta korozija je najraširenija pojava lokalne korozije i napada samo neke djelove izložene površine materijala. Razaranja materijala pjegastom korozijom (www.pfst.hr/data/materijali/skriptaFSB.pdf)

30. Razlike u potencijalu mogu biti uzrokovane: • mehaničkom korozijom, • tankom prevlakom oksida, • kiselim đepovima vode, • korozijom zbog soli, rupica ili pukotina, ulja, plinova i djelomične uronjenosti metala. Rupičasta ili pitting korozija je korozija kod koje nastaju rupičasta oštećenja. To je vrlo opasan oblik korozije, čija se brzina općenito povećava sa rastom temperature. Rupičasta korozija uzrokovana je kada postoji velika katodna i mala anodna površina, zbog čega je jačina napada anode velika.

33. Kada nastane galvanski članak, jedan od metala postaje pretežno (ili u cijelosti) anoda i korodira brzinom većom od one kojom bi korodirao da nije spojen u galvanski članak, a drugi postaje pretežno (ili u cijelosti) katoda i korodira manjom brzinom nego da nije spojen u galvanski članak.

37. Kod mesinga (mjedi) dolazi do tzv. decinkacije. Mesing (mjed) je legura bakra i cinka. Kako je cink anodan prema bakru u morskoj vodi, on korodira ostavljajući šupljikavu masu bakra nalik spužvi. Grafitizacija lijevanog željeza. Lijevano željezo sadrži do 3.5 % ugljika. U morskoj vodi željezo korodira kao anoda, jer je grafit plemenitiji materijal - katoda. Selektivna korozijapredstavlja vid korozije pri čemu dolazi do selektivnog rastvaranja manje plemenite komponente legure.

38. Interkristalna korozijarazara materijal na granicama zrna šireći se na taj način u dubinu i najopasniji je oblik korozije. Može dugo ostati neprimijećena, a dovodi do naglog smanjenja čvrstoće i žilavosti materijala. Konačna posljedica je lom. Interkristalna korozija se najčešće javlja kod nehrđajućih čelika, zbog izlučivanja krom-karbida duž granice zrna. Runjanje zrna u medijima te raspad uz zavar (www.pfst.hr/data/materijali/skriptaFSB.pdf)

39. Pitanja za ponavljanje Što je korozija? Kako pojedini čimbenici utječu na pojavu i brzinu korozije? pH? Kisik? Temperatura? Objasnite razliku između kemijske i elektrokemijske korozije. Što je kemijska korozija? Definirajte elektrokemijsku koroziju. Što je oksidacija, a što redukcija? Što je katodna, a što anodna reakcija? Kada nastaje vodikova, a kada kisikova depolarizacija? Što je to vodikova bolest? Kako dolazi do stvaranja mikro-elemenata? Kako nastaje galvanski članak? Kako možemo odrediti koji će od dva metala biti anoda, a koji katoda? Što je elektrodni potencijal metala? Što je naponski niz elemenata ili elektrokemijski niz elemenata? Koja je razlika između opće i lokalne korozije? Objasnite zašto dolazi do pitting korozije! Kako se provodi ocjena stanja površine? Opišite kako do nje dolazi do korozije u procijepu? Što znate o selektivnoj koroziji? Što je to decinkacija mjedi? Što znate o interkristalnoj koroziji? Zbog čega dolazi do pucanja materijala duž granica kristala?