POWRÓT

SEMESTR II

KOROZJA - OCHRONA PRZED KOROZJĄ


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Ochrona katodowa
Ochrona przez pokrycie warstwą ochronną
Inhibitory korozji

 

Ochrona katodowa

   


Skutki procesów korozyjnych

Skutki procesów korozyjnych określa się jakościowo na podstawie obserwowanych zniszczeń faz metalicznych w zależności od rozmieszczenia zniszczeń.
Korozja równowmierna Korozja rozprzestrzenia się równomiernie na całej powierzchni przedmiotu metalowego. Ten rodzaj zniszczenia jest najmniej niebezpiecznym wynikiem działań korozyjnych. Nie wpływa bezpośrednio na zmianę własności wytrzymałościowych materiału, lecz pośrednio przez zmniejszenie przekroju poprzecznego przedmiotu.
Korozja miejscowa Zniszczenie obejmuje tylko pewne miejsca powierzchni przedmiotu metalowego zaznaczone w postaci plam, punktów i wżerów. Ten rodzaj zniszczenia, zwłaszcza w postaci wżerów, które mogą osiągnąć znaczną głębokość jest bardzo niebezpieczny dla materiału. Wpływa silnie na zmniejszenie własności wytrzymałościowych zarówno materiału, jak i kostrukcji.
Korozja międzykrystaliczna Zniszczenie 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.
Do korozji międzykrystalicznej skłonne są stopy glinu, austenityczne stale żaroodporne wskutek wydzielania się nowej fazy z roztworów stałych i powstawania związanych z tym naprężeń wewnętrznych w materiale. Również współdziałanie czynników mechanicznych z korozyjnymi przejawia się w tym typie zniszczeń.
Ilościowe oznaczanie zniszczenia jest możliwe tylko w badaniach laboratoryjnych. Ocena odporności materiału opiera się na okreslaniu zmian zachodzących w materiale w odniesieniu do czasu trwania procesu korozji. Dlatego miarą odporności jest średnia szybkość korozji wyznaczona na podstawie ubytku ciężaru, ubytku przekroju próbek lub procentowych zmian własności fizycznych metalu lub stopu.

Ochrona przed korozją

Istnieje kilka sposobów ochrony przed korozją. Najprostszym sposobem zapobiegania korozji jest zabezpieczenie powierzchni metalicznych przed powietrzem i wodą za pomocą malowania. Lepsze efekty osiągamy na drodze galwanicznego pokrywania metalu, np. żelaza cienką warstwą cynku. Efekt ochronnego działania cynku przedstawia rysunek 21


Rys.21 Korozja żelaza w miejscu ubytku ochronnej powłoki
a) cynkowej b) cynowej

W przypadku pokrycia blachy żelaznej cyną czyli metalem o większym potencjale, -0,14 V, powłoka taka chroni żelazo tak długo, dopóki nie powstanie na niej rysa. W miejscach powierzchni odsłoniętych przez rysy i pokrytych wilgocią rozpoczyna działanie ogniwo Fe|elektrolit|Sn. W wyniku działania tego ogniwa odkryta powierzchnia będzie stanowiła obszar anodowy, w którym nastąpi rozpuszczanie żelaza według równania.

Fe(s) --> Fe(aq)2+ + 2e-

Uwolnione elektrony są zużywane w procesie katodowym, który podobnie jak przy korozji naprężeniowej może dotyczyć redukcji kationów H(aq)+ lub redukcji tlenu rozpuszczonego w roztworze.
W przypadku blachy żelaznej ocynkowanej, nawet jeśli powłoka ochronna zostanie uszkodzona, to w utworzonym ogniwie lokalnym Zn|elektrolit|Fe anodą będzie bardziej elektroujemny cynk. W tym przypadku nastąpi rozpuszczanie cynku i ochrona żelaza.

Zn(s) --> Zn(aq)2+ + 2e-

Nie jest możliwe pokrywanie całych dużych powierzchni stalowych cynkiem, np. statków, rurociągów podziemnych, zbiorników na paliwa, mostów. Ale efekt podobny do pokrywania elementów stalowych cynkiem osiągniemy stosując tzw. ochronę katodową.


Rys.22 Ochrona katodowa rurociągu

Ochrona katodowa polega na tym, że do konstrukcji chronionej dołącza się zewnętrzną anodę w postaci metalu o potencjale elektrodowym niższym niz materiał chronionej konstrukcji. Płyta taka nazywa się protektorem.
Połączenie protektora z konstrukcją chronioną wykonuje się przez bezpośredni styk lub za pomocą przewodnika. Dołączony do konstrukcji protektor dostarcza elektronów potrzebnych do redukcji tlenu. Materiał chronionej konstrukcji staje się katodą i nie koroduje. Dobrym materiałem na protektor dla konstrukcji pracujacych w wodzie morskiej jest cynk. Ma on zastosowanie do ochrony kadłubów statków, kotłów i rurociągów.

Do góry


 

Ochrona przez pokrycie warstwą ochronną

   


Wyróżnia się następujace warstwy ochronne:

  • anodowe - wykazujące w danym środowisku korozyjnym niższy potencjał niż potencjał chronionego metalu,
  • chemiczne - otrzymywane w wyniku reakcji chemicznej metalu z odpowiednimi roztworami bez udziału prądu elektrycznego,
  • czasowe - nakładane na metal lub wytwarzane w reakcjach chemicznych zachodzących na powierzchni; utrzymują się tylko przez określony czas, np. czas transportu i magazynowania,
  • dyfuzyjne - otrzymywane przez dyfuzję atomów substancji chroniącej od chronionego metalu (np. nawęglanie, azotowanie, węgloazotowanie, tytanowanie, kaloryzowanie),
  • elektrolityczne (galwaniczne) - wytwarzane na powierzchni metalu metodą galwanizacji,
  • emaliarskie - otrzymywane przez nałożenie na chroniony metal substancji niemetalicznej (najczęściej są to związki krzemianowe), która jest później stapiana przez wypalanie,
  • katodowe - wykazujące w danym środowisku korozyjnym wyższy potencjał niż potencjał chronionego metalu,
  • kondensacyjne - otrzymywane przez redukcję metalu bez stosowania zewnętrznego źródła prądu elektrycznego,
  • konwersyjne - wytworzone na powierzchni metalu w wyniku obróbki chemicznej lub elektrochemicznej (np. fosforanowanie),
  • malarskie - otrzymywane przez lakierowanie wyrobów,
  • metalizacyjne - otrzymywane na powierzchni metalu metodą metalizacji natryskowej oraz platerowanie,
  • niemetaliczne izolujące - oddzielające metal od środowiska korozyjnego warstwą niemetaliczną,
  • pasywacyjne - wytworzone na metalach szczelne warstwy produktów ich reakcji z substancjami aktywnymi chemicznie, występującymi w środowisku (proces pasywacji,
  • smarowe - otrzymywane przez nałożenie na metal niewysychającej warstwy smaru,
  • tlenkowo-anodowe - otrzymywane przez elektrochemiczne utlenianie metalu w procesie anodowania,
  • zanurzeniowe (ogniowe) - otrzymywane przez zanurzenie chronionego wyrobu metalowego w innym roztopionym metalu chroniącym (np. cynk na wyrobach stalowych jest aktywną powłoką anodową, co oznacza, że po uszkodzeniu jej ciągłości podłoże nadal jest chronione jako katoda)

Do góry


 

Inhibitory korozji

   


Z innych metod zapobiegających korozji należy wymienić:

  • Stosowanie inhibitorów (opóźniaczy). Są to substancje organiczne lub nieorganiczne, które dodane do środowiska agresywnwego, zmniejszają wybitnie szybkość procesów korozyjnych. Działanie inhibitorów tłumaczy się tworzeniem trudnorozpuszczalnych warstewek zaporowych w miejscach katodowych lub anodowych metalu.

Inhibitory są stosowane praktycznie w każdym układzie zamkniętym: dla zabezpieczenia aparatury chemicznej, zbiorników, armatury, rurociągów, w układach chłodniczych, w procesach trawienia itp.
W zależności od mechanizmu działania wyróżnia się trzy grupy inhibitorów: katodowe, anodowe oraz katodowo anodowe.
Inhibitory anodowe hamują przebieg procesu anodowego. Są to zwykle aniony, które w obszarach anodowych tworzą z jonami roztwarzającego się metalu nierozpuszczalne związki. Do grupy tej należą substancje o własnościach utleniających, tzw. pasywatory (np.: chromiany, dwuchromiany, azotyny) oraz związki tworzące nierozpuszczalne warstewki (np.: fosforany, benzoesany). Te ostatnie działają wyłącznie w obecności tlenu.
Inhibitory katodowe zmniejszają szybkość procesu katodowego. Są to zwykle kationy Mg2+, Ca2+, Zn2+, które w obszarach katodowych wytrącają się jako wodorotlenki, siarczany lub węglany tworząc warstewkę ochronną (kamień kotłowy). Do grupy tej należą również substancje obniżające stężenie tlenu rozpuszczonego w roztworze (np.: hydrazyna, siarczyn sodu) oraz związki, które redukując się w obszarach katodowych podwyższają nadnapięcie wydzielania wodoru (np. jony Bi3+ i As3+).
Inhibitory katodowe są zawsze bezpieczne, gdyż przy dowolnych stężeniach zmniejszają szybkość korozji. Należy jednak zauważyć, że są one mniej efektywne niż inhibitory anodowe.
Inhibitory anodowo-katodowe (mieszane) hamują równocześnie procesy katodowy i anodowy. Do grupy tej należą głównie związki organiczne o polarnej budowie zawierające zwykle w cząsteczce atomy azotu i/lub siarki (np.: aminy, tiole, siarczki organiczne). Większość inhibitorów organicznych działa na zasadzie adsorpcji w centrach aktywnych na powierzchni metalu. Uważa się, że inhibitory o dużej efektywności ulegają chemisorpcji (pomiędzy cząsteczką organiczną a metalem tworzą się wiązania chemiczne). Nie wyklucza się jednak występowania adsorpcji fizycznej (adsorpcja pod wpływem sił elektrostatycznych lub van der Waalsa).

Do góry


   

 

 (C) 2010 - 2013 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved