Vrste korozije s obzirom na geometrijski oblik razaranja

1. Vrste korozije s obzirom na geometrijski oblik razaranja Predavanje 4

3. U odnosu na geometrijski oblika korozijskog razaranja: • Opća korozija • Lokalna korozija: • pjegasta korozija, • rupčasta korozija (pitting), • površinska korozija, • kontaktna korozija koja se dijeli na: galvansku koroziju i koroziju u procjepu. • Selektivna korozija • Interkristalna korozija i napetosna korozija U praksi se više oblika korozije može pojaviti istodobno.

4. Opća korozija Opća korozija karakterizira se kao korozija s ravnomjernim smanjenjem debljine metala, 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. Ravnomjerna opća korozija je najmanje opasna jer se proces može lako pratiti i predvidjeti kada određeni dio treba popraviti ili ga zamijeniti novim. Nije svuda jednako brza, pa uz nju glatka površina materijala postaje hrapavija. Neravnomjerna opća korozijaopasnija je od ravnomjerne opće korozije.

5. Lokalna korozija Lokalna korozija nastaje na mikroskopskoj razini (najčešće na granici zrna materijala) i djeluje ubrzano na samo malom lokalnom području. Zrna materijala predstavljaju katodu, a granice zrna anodu. Lokalna korozija može se podijeliti na: • pjegastu koroziju, • rupičastu ili pitting koroziju, • potpovršinsku koroziju i • kontaktnu koroziju, koja se dijeli na: • galvansku koroziju i • koroziju u procjepu.

6. 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)

7. Rupičasta ili pitting korozija je korozija kod koje nastaju rupičasta oštećenja tj. šupljine koje se protežu od površine u metal. 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. 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.

8. Uvjeti uspostavljanja rupčaste korozije su: • postojanje oksidnog filma na površini metala – materijal je u pasivnom stanju; • prisutnost agresivnih iona u otopini – najuobičajenije vrste su Cl- i SO42-, te ioni Br-, I- i perkloratni ioni (ClO4-); • potencijal mora prijeći (premda samo na trenutak i lokalno) kritičnu vrijednost Epit – kritični pitting potencijal ili potencijal inicijacije rupičaste korozije.

9. Uske i duboke Eliptične Plitke i široke Ispod površine Urezane ispod Horizontalne Vertikalne površine Rupice koje nastaju na površini obično su skrivene slojem korozijskih produkata koji ne štite metal podloge od korozije. Zato rupičasta korozija obično ostaje neotkrivena sve dok ne dođe do perforacije stjenke.

11. Većina korozijskih oštećenja nehrđajućeg čelika nastaje u neutralnim do kiselim otopinama koje sadrže ione koji sadrže klor. Na željezu i aluminiju dolazi do rupičaste korozije u alkalnim otopinama, slično kao i kod nehrđajućeg čelika, ali u manje agresivnim uvjetima.

12. Potpovršinska korozija je najraširenija na valjanim metalima u dodiru s morskom vodom i s kiselinama. Na površini materijala nastaju mjehuri jer se u njegovoj unutrašnjosti gomilaju čvrsti korozijski produkti kojima je volumen veći od volumena uništenog metala. Pojavu potpovršinske korozije treba razlikovati od napetosne korozije, korozijskog zamora ili vodikove bolesti.

14. 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.

15. Važni činioci koji utječu na galvansku koroziju su: • korozijski potencijali metala koji čine galvanski par, • anodna polarizacija (neki metali koji su u galvanskom paru anode mogu se pasivirati), • relativne površine jednog i drugog metala koji čine galvanski par (anode i katode). Na ulogu elektrolita mogu utjecati i slojevi atmosferske vlage i nečistoće prisutne na površini metala. Veliki utjecaj na odvijanje korozivnih procesa ima provodljivost elektrolita, pri čemu je kontaktna korozija intenzivnija ukoliko je provodljivost veća. Pri maloj provodljivosti elektrolita, korozija je ograničena na oblasti metala koje su u kontaktu, dok je pri većoj provodljivosti kontaktna korozija moguća i na većim udaljenostima između različitih metala.

20. Selektivna korozija Selektivna korozija predstavlja vid korozije pri čemu dolazi do selektivnog rastvaranja manje plemenite komponente ili faze legure. Najvažniji primjeri selektivnog otapanja su: decinkacija mjedi (komponentna) igrafitizacija sivog lijeva (fazna).

21. Grafitizacija lijevanog željeza. Lijevano željezo sadrži do 3.5 % ugljika, koji je uglavnom u formi grafitnih pahuljica u metalnom kalupu. U morskoj vodi metalni kalup korodira, jer je grafit plemenitiji materijal.

22. 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. Kod mesinga sa većim sadržajem Zn decinkacija je izraženija. Prisustvo kloridnih iona i povećanje temperature još više ubrzava decinkaciju. Ovo se ne događa s mjedi kojoj je dodan arsen i čiji sadržaj cinka je manji od 37%. Slično se događa s aluminijskom broncom – dealuminifikacija. Da bi se to izbjeglo bronci se dodaje 4 do 5% nikla, no problem se može ponovo pojaviti kod varenja.

23. Interkristalna korozija Interkristalna korozija je vid lokalne korozije koja razara materijal na granicama zrna (granula, kristalita) šireći se na taj način u dubinu. Interkristalna korozija se najčešće javlja kod nerđajućih čelika, legura na bazi aluminija i nikla. Slika. Runjanje zrna u medijima te raspad uz zavar (www.pfst.hr/data/materijali/skriptaFSB.pdf)

24. Ova vrsta korozije je najopasniji oblik korozije jer može dugo ostati neprimijećena, a naglo dovodi do smanjenja čvrstoće i žilavosti materijala, teje loma ili čak raspada materijala u zrna. Uvjeti nastjanja interkristalne korozije: • materijal u senzibiliziranom stanju (toplinskom obradom, vrućim oblikovanjem, zavarivanjem...); • izlučivnje precipitata po granicama zrna. Smanjenje sklonosti IKK postiže se: • žarenjem (1050 do 1100°C, 10 do 40 min) pri čemu se Cr23C6 otapa, i gašenjem u vodi; • stabilizacijom karbidotvornim metalima: Ti, Nb, Ta, gdje se grijanjem između zrna izlučuju TiC, NbC, TaC; • snižavanjem udjela C ispod 0.03% što onemogućuje izlučivanje karbida.

25. Korozija uz mehanička naprezanja: • napetosna korozija, • korozijski zamor, • tarna korozija, • erozijska korozija, • kavitacijska korozija.

26. Nalazimo je kod bronce, ali to se također događa i kod legura aluminija i nehrđajućeg čelika.

27. Ako je metal u korozivnom okruženju i podvrgnut cikličnim naprezanjima (uslijed vibracija cijevi ili termalnog pulsiranja) metal će propasti uz mnogo manju koncentraciju naprezanja nego što je to potrebno za propadanje samo uslijed zamora materijala.

28. Korozija nastala uslijed trenja (eng. Fretting corrosion) može se dogoditi ondje gdje se dvije površine dodiruju i relativno se kreću u odnosu jedna na drugu, što uzrokuju uklanjanje metala i njegovog oksidnog filma. Šteta se povećava amplitudom i učestalošću kretanja površina, te pritiskom, a smanjuje se prisutnošću vlage uz nisku razinu kisika i povećanjem čvrstoće materijala.

32. Visokotemperaturna i niskotemperaturna korozija Visokotemperaturnu koroziju izazivaju istaljeni vanadij pentaoksid i natrijsulfat, a niskotemperaturnu koroziju se javlja pod utjecajem kondenzirane sumporne kiseline. Osnovni uzročnici korozijskih problema sa plameno-dimne strane kotla su komponente depozita koje su nastale sagorijevanjem mazuta. Mazut je gorivo koje čine teški ostaci pri preradi nafte sa visokim sadržajem sumpora i metalnih spojeva - korozijski agensi: • vanadij, • sumpor, • klor, • kalcij i • natrij.

33. Visokotemperaturna korozija Koncentracija vanadija u gorivu je relativno niska, oko 300 ppm, ali ga u depozitu može biti i preko 80%. Zbog koncentracijskog efekta, teško je odrediti povoljnu razinu vanadija u gorivu. Visokotemperaturnoj koroziji izložene su metalne površine kotla temperature 575°C do 650°C kada gorivosadrži vanadij, a sagorijevanje se odvija sa viškom zraka.U smjesi s drugim konstituentima depozita vanadij gradi spojeve niske točke taljenja. Istopljeni spojevi vanadija razaraju zaštitne oksidne slojeve metala i stvaraju uvjete za ubrzane korozijske procese. Visoko temperaturna korozija se manifestira kao rupičasta korozija sa rupicama i teškim oštećenjima. Djelovanju te korozije suprotstavljamo se dovoljno niskom temperaturom, odnosno hlađenjem dijelova kako njihova temperatura ne bi prešla 400oC.

34. Najčešće napadnuta mjesta su sjedišta ispušnih ventila, a rjeđečelo klipa. Oštećenja sjedišta ventila zbog djelovanja visokotemperaturne korozije Visoko temperaturna korozija cijevi pregrijača

35. Visokotemperaturna korozija pripisuje se djelovanju smjese vanadijevog pentoksida V2O5 i natrijeva sulfata Na2SO4. Natrij koji je u mazutu prisutan u obliku NaCl, pri sagorijevanju sa prisutnim sumporom gradi Na2SO4: 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl Koroziju može izazvati i prisustvo natrijoksida, te pirosulfata. Pri sagorijevanju mazuta moguće je iz prisutnog vanadija spajanje oksida VO, V2O3, V2O4,i V2O5. Oksidi vanadija niže valentnosti su teško topljivi, ali je za oksidaciju V2O4 , dovoljan čak i kisik oslobođen u procesu disocijacije CO2, koji nastaje kao produkt sagorijevanja. Znači već mali višak zraka olakšava nastajanje vandij pentoksida. 35

36. Sadržaj vanadij pentoksida u depozitu pri sagorijevanju mazuta ovisno o temperaturi stjenke cijevi Vanadij se praktično najčešće nalazi u obliku pentoksida točke taljenja 675°C. Na temperaturi iznad točke taljenja ukupan V2O5 se nalazi u fazi pregrijane pare, a ispod ove temperature se kondenzira i skrutnjuje.

37. Niskotemperaturna korozija korozija - korozija sumpornom kiselinom: U eksploataciji kotla intenzivni korozijski proces može izazvati sumporna kiselina koja nastaje kada temperatura metala pojedinih komponenti kotla (ekonomajzer, zračni grijač) padne ispod točke rosišta sumporne kiseline iz dimnih plinova. Temperatura pri kojoj sumporna kiselina počinje kondenzirati varira od 116-166°C ili više, zavisno od koncentracije SO3 i vodene pare u plinu. Hlađenjem dimnih plinova nastaje djelomična oksidacija SO2, koji nastaje iz sumpora pri sagorijevanju goriva, u SO3. Ovo je vrlo spor proces ali ga katolički ubrzavaju razni oksidi naročito V2O5.

38. Pri lokalnom hlađenju metalne površine dostižu točku rosišta sumporne kiseline, ona se kondenzira i pri daljem hlađenju razblažuje. Kondenzirana kiselina izaziva intenzivnu koroziju metala prema jednadžbi: H2SO4 + Fe -> FeSO4 + H2 Poseban oblik korozijskog razaranja sumpornom kiselinom nastaje pri hlađenju kotla tokom zaustavljanja. Kada temperatura stjenke cijevi koje su prekrivene sumpornim depozitom padne ispod točke rosišta, kondenzirana vlaga u kombinaciji sa sumpornim depozitom snižava pH nastalog depozita i izaziva intenzivno korozijsko razaranje i do 12,7 mm/g.

39. Za suzbijanje korozijskih procesa potrebno je koristiti: • mazut sa manjim sadržajem korozijskih agensa, • feritne čelike sa višim sadržajem kroma, • kromne prevlake, • aditive visoke točke taljenja i • uklanjati depozit sa grijanih površina. Vlažne i ljepljive cijevi ekonomajzera

40. Bitno je napomenuti da se grafitne masti ne upotrebljavaju jer u dodiru sa morskom vodom mogu rezultirati žestokom korozijom bronce i čelika. Korozija metala u morskoj vodi Morska voda cirkulira, grije i skladišti se unutar broda. Ona je korozivan medij (jaki oksidans) i dobar elektrolit (zbog velikog stupnja disocijacije – na anione OH- i katione H+).

42. Ako se povećava brzina morske vode koja teče preko materijala korozija se povećava do određene granične vrijednosti, zbog: 1) povećane opskrbe kisikom; 2) povećane erozija zaštitnog oksidnog filma stvorenog korozijom.

44. Pitanja za ponavljanje • Koja je razlika između opće i lokalne korozije? • Koje vrste lokalne korozije poznajete? • Kako se provodi ocjena stanja površine kod rupičaste ili pitting korozije? • Objasnite zašto dolazi do pitting korozije! • Kako možemo smanjiti sklonost rupičastoj (pitting) koroziji? • Koja je osnovna razlika galvanske korozije i korozije u procjepu? • Objasnite galvansku koroziju! • Kako se postiže smanjenje sklonosti galvanskoj koroziji? • Kojem tipu korozije nalikuje korozija u procjepu i opišite kako do nje dolazi? • Kako se može smanjiti sklonost nastajanju korozije u procjepu? • Što znate o selektivnoj koroziji? Navedite primjer! Što je to decinkacija mjedi? • Što znate o interkristalnoj koroziji? Zbog čega dolazi do pucanja materijala duž granica kristala? • Što su to corrosion fatique, stress corrosion i fretting corrosion? • Što je visokotemperaturna korozija? Koje su mjere protiv visokotemperaturne korozije? • Što je niskotemperaturna korozija?