Korozja i czynniki na nia wpływajace

KOROZJA
Korozja – to proces niszczenia materiału na skutek działania czynników
środowiska. Jest ona zjawiskiem powszechnym i dotyczy wszystkich
materiałów konstrukcyjnych, jednak przede wszystkim metali i ich stopów.
Rdza - krucha, najczęściej żółtobrunatna warstwa, tworząca się na żelazie i stali
w wyniku działania naturalnych czynników korodujących np. wilgoci,
dwutlenku węgla i innych. Chemicznie rdza zawiera tlenki, wodorotlenki i
czasami sole żelaza.
1. W zależności od tego, jakie czynniki powodują korozję i
warunków przebiegu tego procesu, wyróżniamy wiele rodzajów
korozji, na przykład:
 Atmosferyczna - niszczące, żrące działanie wody (i jej roztworów) oraz
powietrza (także znajdujących się w nim innych gazów) na ciała stałe.
Korozja może dotyczyć wielu różnych substancji: metalu, kamienia,
betonu,
szkła,
drewna,
papieru,
środków
barwiących,
powłok
lakierniczych itd. Działanie korozji atmosferycznej polega na wchodzeniu
czynników
korodujących
w
reakcje
chemiczne
z
atakowanymi
substancjami. Korozja atmosferyczna jest rodzajem korozji chemicznej
lub elektrochemicznej.
1
 Elektrochemiczna
-
korozja
spowodowana
działaniem
substancji
chemicznych, gdy reakcjom chemicznym towarzyszy przepływ prądu, np.
reakcja metalu z elektrolitem.
 Biologiczna,
biokorozja
-
korozja
spowodowana
działaniem
mikroorganizmów.
 Jądrowa
-
korozja
wywołana
niszczącym
działaniem
silnego
promieniowania jądrowego (np. w reaktorach jądrowych).
 Naprężeniowa - ten typ korozji występuje na powierzchniach poddanych
obróbce skrawaniem, na powierzchniach blach po "stłuczce" oraz w
elementach podlegających ciągłym naprężeniom.
 Zmęczeniowa - jest wynikiem współdziałania korozji elektrochemicznej
oraz zmiennych naprężeń spowodowanych powstaniem ostrych wżerów
przechodzących
w
pęknięcia
wypełnione
produktami
korozji.
Uszkodzenia spowodowane korozją zmęczeniową są znacznie większe
niż suma uszkodzeń wynikających z samego naprężenia zmiennego i
korozji elektrochemicznej.
 Międzykrystaliczna - niszczenie występuje na granicach ziarn postępując
w głąb materiału. Jest to najgroźniejszy rodzaj zniszczenia, powoduje
silny spadek własności wytrzymałościowych, w wielu przypadkach jest
trudny do zauważenia na powierzchni metalu.
 Wżerowa - to lokalne ubytki metalu w miejscach osłabienia warstewki
tlenkowej prowadzące do perforacji ścianki przewodu. Powstawanie
wżerów związane jest z czynnikami, które utrudniają tworzenie się
prawidłowej warstewki tlenkowej na wewnętrznej powierzchni rur lub
powodują jej lokalne uszkodzenia.
 Równomierna - efektem korozji równomiernej mogą być niebieskozielone zabarwienia na ceramice sanitarnej, nieznaczne podwyższenie
jonów miedzi w wodzie. Składnikami wód, które działają ochronnie w
stosunku do metalu są: jony wapniowe, magnezowe, wodorowęglanowe.
2
Mechanizm ich działania polega na wytworzeniu na powierzchni metalu
warstewek węglanu wapniowego bądź magnezowego, tzw. kamienia
węglanowego.
 Selektywna - jest specyficznym rodzajem korozji, której ulegają elementy
instalacji wykonane ze stopów miedzi - przede wszystkim mosiądze. Ten
rodzaj korozji w przypadku mosiądzu polega na rozpuszczaniu się cynku odcynkowaniu, wskutek czego pozostaje w metalu jedynie miedź, tworząc
czerwoną porowatą masę, która traci swoje właściwości mechaniczne.
 Cierna - występuje kiedy w dociskanych do siebie dwóch elementach jest
niewielkie wzajemne powtarzalne przemieszczanie się. Zjawisko
występuje np. w połączeniach śrubowych lub nitowych albo w łożyskach
tocznych, zarówno między pierścieniami a ruchomą obudową, jak i
między kulkami a bieżniami, kiedy łożyska podlegają małym drganiom i
nie obracają się.
 Chemiczna - korozja spowodowana działaniem substancji chemicznych,
pod warunkiem, że reakcjom chemicznym nie towarzyszy przepływ
prądu, np. reakcja metalu z gazem.
2. Czynniki powodujące niszczenie metali:
Woda
Kwaśne deszcze
Zasady
Kwasy
Czynniki atmosferyczne
Zachodzi pod wpływem tlenu znajdującego się w powietrzu
Obecność wilgoci
Gwałtowne zmiany temperatury
3
3. Sposoby ochrony przed korozją:
1. Powlekanie powierzchni metali szczelnymi powłokami ochronnymi:
Niemetalicznymi: farby, lakiery, smary, minia, smoła, tworzywo
sztuczne
Metalicznymi:
- Zn, Cd – metale aktywniejsze od żelaza będą ulegać korozji szybciej niż żelazo
- Sn, Cu –metale mniej aktywne od żelaza chronią swą biernością chemiczną,
dopóki tworzona z nich powłoka jest szczelna.
2. Uzyskiwanie stopów odpornych na korozję, na przykład stali nierdzewnej,
przez wprowadzenie do stali domieszek w postaci chromu i niklu
3. Stosowanie protektorów – wymiennych elementów wykonanych z bardzo
aktywnych metali, takich jak Zn i Mg, a stosowanych na dużych
obiektach szczególnie narażonych na korozję, na przykład rurociągach,
kadłubach statków dalekomorskich, zbiornikach podziemnych
4. Obniżenie agresywności czynników środowiska
5. Znacznie można obniżyć działanie korodujące niektórych czynników
przez zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą
zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość
korozji. Dla korozji w środowisku alkalicznym jako inhibitory korozji
stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i magnezu, zaś w środowisku
kwaśnym: krochmal, klej lub białko.
6. Zabezpieczenie przed korozją elektrochemiczną stanowi tak zwana
ochrona katodowa. Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej
konstrukcji z metalem mniej szlachetnym, tworzącym anodę (protektor)
ogniwa, natomiast katodą jest obiekt chroniony. Połączenie takiej anody z
konstrukcją chronioną wykonuje się przez bezpośredni styk ( tzw.
powłoki anodowe) lub za pomocą przewodnika. Za pomocą protektorów
4
chroni się przed korozją duże obiekty stalowe, takie jak kadłuby statków,
rurociągi i podziemne zbiorniki. Protektorami są blachy lub sztaby
wykonane z metali aktywnych jak: cynk, magnez lub glin, połączone
przewodami z obiektem chronionym. W utworzonym w ten sposób
ogniwie anodą jest protektor, który ulega korozji. Po zużyciu protektory
wymienia się na nowe. Identyczny efekt daje zastąpienie cynku złomem
stalowym połączonym z dodatnim biegunem prądu stałego, podczas gdy
chroniona konstrukcja połączona jest z biegunem ujemnym.
Ciekawostki
Pasywacja
Niektóre metale, na przykład Cr i Al, pod wpływem czynników utleniających
pasywują. Pasywacja polega na pokrywaniu się cienka warstwą własnego
tlenku, który chroni metal przed czynnikami korodującymi. Pasywacja jest
pozytywną formą korozji.
Ciekawostka
W 1852 roku jedyną metoda otrzymywania glinu była redukcja rudy glinowej za
pomocą kosztownego sodu. Za kilogram aluminium płacono 250 dolarów. W
1886 roku opracowano elektrochemiczną metodę odzysku aluminium, co
spowodowało gwałtowny spadek ceny tego metalu. Za 1 kg płacono poniżej 1
dolara.
Szybkość korozji (ubytek masy) przelicza się na jednostkę powierzchni metalu i
jednostkę czasu, np. g/(m² •godz.).
Słowo korozja pochodzi od łac. „corrosio” – gryzienie.
5
Szereg aktywności metali
Pt Au Ag Cu Pb Fe Zn Al Mg Na Ca K
Doświadczenie
Badanie wpływu różnych czynników na metale i ich stopy
Potrzebne rzeczy:
 stalowe gwoździe (ich głównym składnikiem jest żelazo)
 4 podstawki, np. pod kwiatki
 olej
 woda
 roztwór chlorku sodu (roztwór soli kuchennej)
6
Opis doświadczenia:
Na każdą
z podstawek umieszczamy trzy stalowe gwoździe. Następnie na
pierwszą z nich wlewamy olej, na drugą wodę, na trzecią roztwór chlorku sodu,
a czwartą pozostawiamy z samymi gwoździami. Podstawki odstawiamy na
kilka dni.
Obserwacje:
Po kilku dniach na powierzchni gwoździ znajdujących się w wodzie i roztworze
chlorku sodu widzimy rdzę. Obserwowane zjawisko to korozja. Gwoździe
umieszczone w oleju nie ulegają niszczeniu. Na gwoździach znajdujących się na
powietrzu nie widać żadnych zmian.
7
Wnioski:
Stalowe gwoździe korodują pod wpływem wody oraz roztworu chlorku sodu.
Gwoździe umieszczone w oleju nie zardzewiały, ponieważ olej działa jak
powłoka ochronna, która utrudnia dostęp czynników powodujących korozję.
Gwoździe znajdujące się na powietrzu nie korodują.
Literatura:
 http://www.lekcja.eduseek.interklasa.pl/~lekcja06/
 www.zsmors.aplus.pl/mat_dyd/kl_II_wykl_4.ppt
 http://www.metale.pl/o_metalach.php?id=pasywacja&?w=p&name=Pasywacja
 http://www.zgapa.pl/zgapedia/Korozja.html
 http://www.chemia.dami.pl/liceum/liceum12/elektrochemia7.htm
 http://www.balat.comyr.com/?opt=Korozja_zm%C4%99czeniowa
 Chemia Vademecum. Egzamin gimnazjalny 2009, Operon Gdynia 2008, autorzy:
Bożena Kupczyk, Wiesława Nowak, Maria Barbara Szczepaniak
 Ciekawa chemia część 2 WSiP , autorzy: Hanna Gulińska, Jarosław Haładuda,
Janina Smolińska
Opracowała: Maria Teper
8