Zaštita od korozije

1. Zaštita od korozije

2. U tržišnim uvjetima poslovanja svako smanjivanje troškova važno je za uspješno poslovanje. Vlasnik plovila mora razumjeti potrebu za ulaganjem u vlastito plovilo tijekom godina eksploatacije, ali ne na način da se problemu pristupa kad već postane vidljiv i teže rješiv, već mnogo ranije, još u fazi kada se prevencijom može spriječiti uzrok nepotrebnih troškova za održavanje plovila. I pri kupovini treba imati na umu djelovanje korozije, tj. treba paziti da li je plovilo građeno od materijala koji lako ili teže korodiraju, kako je planirano održavanje plovila i sl. Na taj način plovilu će se produžiti vijek trajanja, biti će manje kvarova i nepredviđenih zastoja u radu itd. Zbog toga je bitno da nautičar razumije problem korozije, kao i metode za minimaliziranje negativnog utjecaja korozije na materijale koji su ugrađeni u plovilo i uronjeni u more ili slatku vodu za vrijeme eksploatacije plovila u komercijalne svrhe.

3. PROBLEMI NA BRODOVIMA UZROKOVANI KOROZIJOM Morski zrak je stalno zasićen solju tako da se i na metalnim površinama, iznad razine mora, javlja stalna kondenzacija. Osim toga i djelovanjem vjetra na svim izloženim površinama taloži se morska sol. Na taj način, uz obilne količine kisika i visoke prosječne temperature, ispunjeni su svi uvjeti za nastajanje korozivne atmosfere. Čelik je zahvaljujući izvanrednom svojstvu čvrstoće, dominantni konstrukcijski materijal za gradnju brodova. To je metal heterogenog sastava koji u svojim mikroskopskim česticama utjecajem vode (vlage) i kisika iz zraka, generira galvanski članak. Već i najmanja razlika potencijala pokreće elektrokemijsku reakciju. Dodatno se elektrokemijski proces korozije snažno pooštrava u području pojasa gaza zbog jake turbulencije mora (plovidbom u balastu) i nadvođa u ekstremnim uvjetima izmjeničnog vlaženja i sušenja, jakog vjetra, visoko zasićene aerirane atmosfere morske soli i snažnog katalitičkog ultravioletnog efekta.

5. Uporaba nehrđajućih čelika je optimalno rješenje. Budući da je nehrđajućem čeliku glavni nedostatak visoka cijena, koristi se samo na najizloženijim dijelovima (vanjski cjevovodi i vitalni dijelovi opreme na brodovima i offshore konstrukcijama). Privremeno kompromisno jeftinije rješenje je oblaganje standardnih brodskih ugljičnih čelika nehrđajućim oblogama (cladded steel). Ipak, standardni brodograđevni čelik, i čelik povišene čvrstoće, nemaju zamjene u skoroj budućnosti. Proces korozije tj. brzina i djelovanje ovisi i o temperaturi medija, u ovom slučaju morske vode, kao i njenog sastava, posebno udjela soli. Veća slanost i viša temperatura uzrokuju i bržu koroziju. Brzina protoka odnosno kretanja plovila također utječe na koroziju. Brže kretanje plovila uzrokuje i brži proces korozije. Naravno, u zatvorenim područjima marina i lučica gdje je i zagađenost mora različitim organizmima i kemijskim spojevima veća i proces korozije je brži, bez obzira na to što plovilo zapravo miruje.

6. Međutim ne ponašaju se u procesu korozije svi metalni oksidi jednako. Kod aluminija izloženog atmosferskim utjecajima na površini se vrlo brzo stvori sloj metalnog oksida koji poput zaštitnog filma štiti aluminij od daljnje korozije. Ovaj film je vrlo kompaktan i zatvara sve pore, tako da kisik ne može prodrijeti u unutrašnjost i nastaviti proces korozije. Nasuprot tome, hrđa tj. željezni oksid je vrlo porozan i ne predstavlja nikakvu branu za daljnju koroziju. Kada proces korozije na željeznoj površini započne skoro ga je nemoguće zaustaviti bez radikalnih zahvata u strukturu materijala (brušenje, pjeskarenje, rezanje).

7. O stupnju korozije pojedinih vitalnih metalnih dijelova ovisi sigurnost posade i plovila. Taman kada mislimo da smo se riješili korozije time što smo nešto dobro očistili i preventivno premazali bojom, lakom ili pocinčali, korozija ponovno napada. Pojavljuje se na svim dijelovima plovila: osovini, propeleru, kormilu, natezačima, sajlama, vijcima i svim metalnim priključcima na oplati, motoru i ispuhu, a njeni znakovi vidljivi su posvuda, na drvu, metalu, prokromu, aluminiju, mjedi, ali i na svim ostalim dijelovima plovila. Zamjećujemo je kao piting, male točkice hrđe na prokromu, ali i kao velike mrlje hrđe na željeznim dijelovima, kao bijeli prah na aluminiju, zelenu tvar na mjedenoj (mesinganoj) površini, na bronci, pa čak i na drvu.

11. Za galvansku koroziju potrebna su dva metala s različitim korozijskim potencijalom, elektrolit, i međusobna električna veza bilo da su direktno spojeni ili preko nekog vodiča. Do galvanske korozije može doći čak i ako su dva metala na različitim brodovima.

12. osnovni preduvjeti da bi došlo do galvanske korozije, lakše će se shvatiti kako na pravi način njeno djelovanje svesti na najmanju moguću mjeru: • moramo imati dva ili više različitih metala ili čestica različitih metala u nekoj leguri, • različiti metali moraju biti u kontaktu s elektrolitom, te • mora postojati električni ili galvanski spoj između različitih metala (ili se ovaj spoj može zaključiti preko elektrolita).

13. Ako su se poklopile sve ove okolnosti, imamo galvansku ćeliju gdje će jedan od metala (anoda) korodirati, dok će drugi metal (katoda) ostati neoštećen. Jačina struje u galvanskoj ćeliji, a to znači i brzina kojom će doći do razaranja anode ovisi o: • razlici napona različitih metala, odnosno njihovo mjesto na tablici galvanskih potencijala: što je veći napon među njima to je i korozija jača, • odnosu između veličine odnosno površine anode i površine katode značajno utječe na brzinu i intenzitet korozije. Tako velika površina brončanog kormila (katoda) spojenog s malom površinom čeličnog ležaja kormila (anoda) rezultirat će brzim uništenjem ležaja, dok će u obrnutoj situaciji kada imamo veliku površinu čeličnog kormila (anoda) i malu površinu brončanog usisa mora (katoda) proces korozije biti vrlo spor i skoro nezamjetan

14. Galvanska korozija se pojavljuje najčešće tamo gdje su dva ili više različitih metala međusobno povezani, kao što je vijak i osovina, kormilo i njegova osovina, ispušni lonci motora, različiti priključci na oplati ili u plovilu. Opće je poznato da se jarboli, bum, kormila i ostali dijelovi jedrilica ili brzih brodova grade od karbonskih vlakana. Karbonska vlakna su dobri vodiči el. struje, ali neće sami biti oštećeni korozijom. Međutim, ako se na takvoj kobilici ili bumu montiraju metalni okovi ili fitinzi, na jednom kraju od aluminija, a na drugom od inoksa, karbonska vlakna će ih međusobno povezati i u slanom morskom okruženju opet imamo galvansku ćeliju i, naravno, koroziju.

15. Zaštita od korozije Istraživanja su pokazala da se četvrtina šteta od korozije može spriječiti uporabom suvremenih tehnologija. Zaštita od korozije ne počinje na već gotovom proizvodu nego, već mnogo ranije u idejama i skicama konstrukora. Prije nego što počnu projektirati, projektanti i konstruktori moraju se temeljito upoznati s tehnološkim procesom i uvjetima rada koji su usko vezani s tehnološkim procesom– izraditi prethodne studije. Projektanti moraju upoznati potrebnu dokumentaciju o svim materijalima koji su potrebni za projektiranje. Velik je problem kod korozijskih ispitivanja dobiti točan uvid u proces zato što su procesi korozije vrlo spori - treba pratiti ponašanje metala u vremenu od 20 do 50 godina.

18. 1. Tehnološke mjere - zaštita konstrukcijskih materijala promjenama okolnosti Provodi se mijenjanjem vanjskih činitelja procesa oštećivanja, tj.: sastava medija i fizikalnih veličina nametnutih izvana sustavu materijal/medij. U slučaju zaštite od korozije to se obavlja: potpunom zamjenom medija (npr. zavarivanje u inertnoj atmosferi), promjenamaudjela pojedinih sastojaka u mediju: uklanjanjem korozivnog sastojka ili dodavanjem inhibitora korozije (pakiranje u nepropusne ambalaže, ventilacija, dodavanje sredstava za sušenje), promjenama fizikalnih veličina kao što su temperatura, relativna brzina gibanja između materijala i medija, elektrodni potencijal i mehanička naprezanja.

19. Tako se npr. privremena zaštita (konzervacija) metala pri skladištenju i prijevozu provodi pakiranjem u što nepropusnije omote, što se obično kombinira s postupcima sušenja ili inhibicije zraka unutar omota (voda u omotu veže se u spojeve, a zbog male propusnosti omota sporo se nadoknađuje iz okolnog zraka). B. Promjenamaudjela pojedinih sastojaka u mediju Najvažniji korozivni sastojci vlažnog zraka su vodena para, kisik i oksidi nemetala (npr. CO2, SOx i NOx). Bez vlage u zraku na metalu ne može nastati elektrolit, pa se uklanjanje vlage često rabi za zaštitu od korozije. U pogonima u kojima se razvijaju kisele pare najvažniji je način zaštite od korozije ventilacija (zrak se često čisti kroz otopinu NaOH - zdravlje).

20. 2. Izbor odgovarajućeg materijala

21. 3. Opći principi projektiranja Oblik konstrukcije utiče na vrijeme trajanja izvedene zaštite od korozije. Konstrukcije trebaju biti što jednostavnije konfiguracije i bez dubokih i uskih udubljenja, da bi se postigla što bolja zaštita od korozije. Treba izbjegavati oštre uglave, pukotine, udubljenja, šupljine i sl., a zavarena mjesta moraju biti što ravnije izvedena.

22. Kad god je to moguće, trebakoristiti legure namijenjene korištenjuu morskoj vodi, i koristiti metal kojiodgovara namjeni. Npr. za ispuste na oplati valja uvijek koristiti brončane ili inoks fitinge, ali inoks odgovarajućekvalitete. U podvodnom dijelu valja izbjegavati miješanje različitih metala. Što pod vodom imamo veći brojrazličitih metala, to su i korozijski potencijali među njima veći. Ukoliko ne možemo izbjeći korištenje različitih metala, tada treba nastojati da je korozijski potencijal među njima što manji. U svakom slučaju, svakako treba izbjegavati kombinaciju legura bakra i aluminija.

23. Nadalje, treba uravnotežiti anodne i katodne površine.Odnos površine katode u odnosuna površinu anode je kritični čimbenikkod galvanske korozije. Tok elektrona,odnosno struja, teče kroz metalnikontakt ili spoj dvaju metala. Metalanode napaja elektronima, doslovnodajući dio sebe, odnosno ione metalakroz elektrolit. Veća površina katodetraži i više elektrona. Svakako je potrebno zaštititi metalne površine od kontakta s elektrolitom (morem). Treba izbjegavati mjesta gdje će se zadržavati voda ili vlaga, a takva mjesta treba dobro zaštititi premazivanjem bojom ili odgovarajućim brtvilima. Metal koji nije u kontaktu s vodom (elektrolitom) neće ni korodirati. Zatim, treba električno, tj.galvanski izolirati metalne dijelove.To semože izvesti različitim izolacijskimmaterijalima ili tekućim brtvilima, štoovisi o mjestu montaže i kvalitetizahtijevanog spoja. Cilj je jedino dase različiti metali ne dodiruju.

24. Uputstva za pogonsko održavanje Prilikom projektiranja moraju se izraditi uputstva za pogonsko održavanje kako bi se ono moglo uspješno provoditi. Pogonska služba održavanja mora dobiti uputstva: • o svim slabim mjestima koja su naročito izložena koroziji, • o ograničenjima pri upotrebi određenog materijala, • o mjerama opreznosti, kako ne bi došlo do lokalnih pregrijavanja,... • o čišćenju dijelova opreme za vrijeme zastoja u proizvodnji itd. • o vremenskim intervalima periodičnih pregleda i kontroli debljine samog metala da bi se mogla pratiti brzina eventualne korozije... Služba održavanja mora voditi računa o čistoći strojeva i postrojenja jer je to jedan od važnih faktora koji sprečava koroziju. Metalna površina mora se čistiti od korozivnih produkata, raznih taloga, prašine i sl., jer hrđa i prašina znatno ubrzavaju koroziju.

25. 4. Prevlake ili oblaganja zaštitnim materijalom

29. Vrijeme trajanja zaštite metala od korozije pomoću prevlaka nanešenih različitim postupcima, zavisi o: • debljine i poroznosti prevlake, • njene sposobnosti prianjanja i drugih osobina, • uvjeta eksploatacije. Način zaštite površine metala se bira prema potrebnom vremenu trajanja zaštite. U nekim slučajevima prevlake trebaju štititi predmet samo za vrijeme skladištenja ili za vrijeme transporta, u većini slučajeva prevlaka treba štititi predmet cijelo vrijeme njegove eksploatacije. Na osnovu brzine korozije prevlaka metala u uvjetima eksploatacije procjenjuje se vijek trajanja prevlake određene debljine, a na osnovu toga i trajanje zaštite.

30. 5. Elektrokemijska zaštita od korozije

31. Katodna zaštita Katodna zaštita bazira se na činjenici da metal uključen u strujni krug kao katoda ne korodira. Katodna se zaštita postiže na dva načina: • električnim spajanjem metala s nekim neplemenitim metalom, pri čemu nastane galvanski članak u kome je zaštićeni predmet katoda, a neplemeniti metal (protektor) anoda • metal se uključi kao katoda u krug struje iz vanjskog izvora, tj. spoji se s negativnim polom, dok se s pozitivnim polom spaja neka pomoćna anoda.

32. Katodna zaštita žrtvovanim anodama Kada su dva metala u kontaktu jedan s drugim u prisutnosti vode (makar i u malim količinama), manje plemenit metal (anoda) će davati elektrone i njegovi će ioni izlaziti u otopinu (propadat će), do će plemenitiji biti zaštićen (katoda). Ako želimo zaštititi brod onda nam on mora biti katoda, a kao anodu koristit ćemo manje plemeniti metal – cink, magnezij ili aluminij (žrtvovana anoda). Kako se anode troše potrebno ih je zamjenjivati novima.

33. Anode imaju čelične nastavke pomoću kojih se zavaruju redom na brodski trup ili se učvršćuju vijcima s unutarnje strane. Spojene su izoliranim kabelom, koji je iznutra nepropoustan na vodu. Za zaštitu premaza nanosi se oko 1,5 – 2 m naokolo anode lak na bazi vinilne smole, čime se sprečava jače katodno polarizirane zone u neposrednoj blizini anoda, a postiže ravnomjerna gustoća struje na vanjskoj površini i njen manji trošak.

34. Smještaj protektora je uglavnom oko uzvoja broda (uglavnom na ljuljnim kobilicama), te na krmi. Protektori se postavljaju i na podvodnom dijelu na mjestima gdje su smještene usisne rešetke. Najviše protektora stavlja se u blizini propelera, na kormilo i njegove nosače. Kod brodova s balastnim tankovima primjenjuje se unutarnja katodna zaštita s anodama od magnezijeve legure koje se navaruju na stjenke, dno i svod tanka.

35. Zaštita protektorima je najstarija i najjednostavnija metoda elektrokemijske zaštite. Osim za zaštitu brodova koristi se i za zaštitu bova, plovaka i sl. Prednosti ove metode su: - neovisnost o izvoru struje, - jednostavnost ugradnje, - ne prečesto kontroliranje, - neznatni utjecaj na susjedne konstrukcije. Nedostaci metode su: - nepovratni gubitak materijala anode i potreba za povremenim mijenjanjem, - zagađivanje okoliša od strane produkata korozije (anoda), - neprimjenjivost u sredinama s većim otporom, - relativno male zaštitne struje zaštite.

36. Katodna zaštita narinutim naponom Isto možemo postići da brod spojimo na negativni pol vanjskog izvora istosmjerne struje, a anodu (grafit, platina) na pozitivni pol. Sustav narinute struje mnogo djelotvornije štiti podvodni dio, i redovito je u uporabi na većim brodovima i stacionarnim objektima (plovni dokovi, platforme, itd.), gdje je dokiranje rijetko, a zamjena otežana. Princip katodne zaštite narinutim naponom

37. Sistem zaštite aktivnih brodova planira se da traje dvije godine. Anode se montiraju na brodski trup potpuno električki izolirano od samog trupa. Odgovarajućim premazima i katodnom zaštitom može se smanjiti debljina brodskog lima, što predstavlja veliku uštedu. Teoretski je moguće posve zaštititi goli čelik uronjen u elektrolit, no potreban je velika količina anoda i veliki potrošak struje. Stoga se pribjegava primjeni premaza i katodnoj zaštiti na najizloženijim mjestima.

38. Mjesta katodne zaštite su male izložene površine. Iskustveno se uzima da bi kapacitet struje trebao zaštititi jednu desetinu cjelokupne gole površine čelika. Kako su anode relativno malene u odnosu na površinu trupa, a morska voda ima mali električni otpor, potrebno je narinuti napone veće od 800 mV, da bi se obuhvatila čitava površina oplakanog dijela trupa. No, to ima i negativne efekte. Pri naponima od oko 950 mV nastaje oštećenje premaza. Zbog tih se razloga uz anodu ugrađuju tzv. štitovi, koji se pričvršćuju uz trup ili se apliciraju kemijski otporni materijali (poput epoksidnih smola) debljine 1-3 mm, pojačani staklenim vlaknima.

39. Čelični dijelovi pristaništa zaštićuju se sistemom s vanjskim izvorom struje. Anode od čelika, grafita ili platiniranog titana vise sa zaštićene konstrukcije. Rezervoari i posude zaštićuju se katodno sistemom s vanjskim izvorom struje.

40. Anodna zaštita Anodna zaštita ostvaruje se spajanjem metalnih konstrukcija s: • pozitivnim polom izvora istosmjerne struje ili • metalom čiji je elektrokemijski potencijal pozitivniji (platina, grafit) od potencijala metala koji se zaštićuje. U oba slučaja metalne konstrukcije ponašaju se kao anode. Tako formirane anode u početku se otapaju, a kasnije dolazi do njihovog pasiviranja. Period otapanja metala treba da bude što kraći kako bi se što prije stvori zaštitni sloj. Anodna zaštita ima ograničeno područje primjene i susreće se samo u nekim specijalnim slučajevima. Na ovaj se način mogu zaštitit samo metali koji se pasiviraju: čelici, nehrđajući čelici, aluminijeve, kromove i titanove legure.

41. Pitanja za ponavljanje Kada počinje zaštita od korozije? Kako izbor materijala utječe na koroziju? Kako možemo smanjiti sklonost koroziji veličinom anode i katode? Kako se provodi zaštita od korozije oblikovanjem konstrukcije O čemu ovisi dužina trajanja zaštitnih prevlaka? Navedite tri načina na koje se može provesti zaštita od korozije. Koja je osnovna razlika anodne i katodne zaštite. Na koja se dva načina može provesti anodna i katodna zaštita? Objasnite princip katodne zaštite žrtvovanom anodom. Koje se elektrode koriste u katodnoj zaštiti s narinutim? Objasnite princip katodne zaštite narinutom. Koja se zaštita primjenjuje na brodovima? Na velikim brodvima? Kako se zaštićuju tankovi? Kako se zaštićuju stracionarni objekti?