Koroze kovů. Koroze lat. corode = rozhlodávat

Koroze kovů Koroze – lat. corode = rozhlodávat

1

Koroze kovů Koroze – kovů, plastů, silikátových materiálů Principy korozních procesů = korozní inženýrství –

Strojírenství ● ●

–

Mechanická pevnost Vzhled

Elektotechnika ● ● ●

–

Funkční vlastnosti (pájitelnost, kontaktní odpor)

Stavebnictví 2

Koroze kovů Třídění koroze podle: –

Mechanizmu korozního děje

–

Formy napadení

–

Korozního činitele

–

Korozního prostředí

Projevy korozního procesu: –

Korozní úbytek/přírůstek

–

Znehodnocení povrchu korozními zplodinami 3

Mechanizmus koroze Mechanizmus koroze kovu = přechod kovu do stabilnější sloučeniny, v níž se vyskytuje v přírodě Jak se to děje – schopnost kovového povrchu vstupovat do reakcí se složkami prostředí Dojde-li k přímé reakci – chemická koroze (u většiny kovů probíhá samovolně) Vzniká-li na povrchu kovu systém galvanických článků jedná se o – elektrochemickou korozi 4

Chemická koroze Chemická koroze – korozní děj v elektricky nevodivých prostředích (oxidace): 2Fe + O2 -> 2FeO + 1/2O2 -> Fe2O3 Korozní vrstva velmi tenká. Zabraňuje přístupu korozního media k povrchu Ochranný účinek korozní vrstvy určuje PillingBedwordovo číslo: Vm PBC = Va

5

Chemická koroze PBC < 1 vrstva nemá ochranný charakter PBC ≥ 1 vrstva má ochranný charakter PBC >> 1 vrstva je nestabilní (vnitřní pnutí)

6

Korozní prostředí- atmosféra

Chemická ušlechtilost

Korozní odolnost 7

Elektrochemická koroze Elektrochemická koroze – korozní děj v elektricky vodivých prostředích

Na rozhraní mezi kovem a elektrolytem vzniká elektrická dvojvrstva 8

Elektrochemická koroze Každý kov má jiný potenciálový rozdíl na rozhraní kov-elektrolyt Elektrodový potenciál nelze změřit. Stanovuje se k vodíkové elektrodě

„neušlechtilé“ kovy (Al) – H – „ušlechtilé“ kovy (Cu) 9

Elektrochemická koroze Elektrodový potenciál – základ elektrochemické koroze. Vzniklá vrstvička zastavuje polarizační efekt. Vlivem depolarizace rozpouštění pokračuje Anodový proces Me -> Men+ + neKatodový proces D + ne- ->DnKoroze -> Oxidace + Redukce

10

Elektrochemická koroze Elektrochemická koroze děj, kde dochází k oxidaci materiálu a redukci složek roztoku – redox systém Místo kde dochází k rozpouštění kovů - anoda Místo kde dochází k neutralizaci přebytečných elektronů - katoda Korozní článek s kyslíkovou depolarizací

11

Elektrochemická koroze V praxi dochází k elektrochemické korozi vlivem korozních (galvanických) článků Základní typy korozních článků –

Kontakt dvou různých kovů – makročlánek

12

Elektrochemická koroze –

Kontakt strukturálních složek jednoho materiálu mikročlánek

13

Elektrochemická koroze Koroze povlakových systémů Je-li anoda (méně ušlechtilý kov) relativně malá proti katodě (ušlechtilejší kov) - velká koroze v místě póru.

14

Korozní činitelé Čistota kovu - nečistoty, nehomogenita korozi zrychlují Stav povrchu – hrubý povrch větší aktivní plocha Korozní prostředí – stimulátory koroze (síra, chlór, čpavek, dusík) Teplota a vlhkost (vlhkostně-teplotní komplex) PH prostředí 15

Korozní činitelé

16

Korozní rychlost Časový průběh (rovnoměrné) koroze – korozní rychlost K –

Změna hmotnosti

∆m [g.m2, g.m2.a-1]

Kh = –

t h

Hloubka průniku Kp =

[μm, μm.a-1]

t Ocel Kh = 7,68 Kp 17

Korozní rychlost

18

Korozní rychlost

19

Korozní napadení Korozní napadení z hlediska typu: – – – – – –

Rovnoměrná Nerovnoměrná a skvrnitá Důlková a bodová Mezikrystalová Transkrystalová Selektivní

20

21

Korozní napadení Korozní napadení z hlediska charakteru: Koroze a mechanické namáhání –

Koroze za napětí Vlivem pnutí v materiálu je korozní proces urychlován. Bez mechanického namáhání by koroze probíhala menší rychlostí

–

Praskání korozí za napětí Kombinovaný vliv mechanického namáhání a koroze. Bez mechanického namáhání by koroze neprobíhala

–

Korozní praskání Slitiny namáhané v tahu a za působení korozního prostředí 22

Korozní napadení

23

Korozní napadení –

Korozní únava střídavé mechanické namáhání v korozním prostředí

24

Korozní napadení –

Vibrační (frettingová) koroze Chemické a mechanické namáhaní povrchu

25

Korozní napadení –

Kavitace Kavitační opotřebení vliven plynných a parních bublin v proudící kapalině.

Koroze za speciálních podmínek –

Štěrbinová koroze V místech rozdílné koncentrace korozního prostředí

26

Korozní napadení –

Nitková koroze ●

–

Bimetalická koroze ●

● ●

–

Koroze pod puchýři organického povlaku Těsný kontakt dvou kovu vzdálených od sebe v elektropotencálové řadě Velikost exponované plochy Vrstva vlhkosti

Koroze v pórech a trhlinách ● ● ●

Pór místní přerušení povlaku Speciální případ bimetalické koroze Korozní zplodiny zaplní póry

27

Korozní napadení

28

Korozní napadení –

Koroze vyvolaná částečkami prachu Adsorpční schopnost prachových částic, Složení prachových částic

29

Korozní prostředí- tech. prostředí Elektricky nevodivá prostředí Koroze v oxidujících plynech •

Oxidová vrstvička na mědi (Cu2O)

•

„ochranné“ vrstvy na Ag, Au, Rh, Pd, Pt

Koroze v redukujících plynech •

Vodíková koroze H+

H2 – 2H H e-

p H2 107 – 1013 kPa

30

Korozní prostředí- tech. prostředí Elektricky vodivé prostředí •

•

Koroze je umožněna existencí iontů vzniklých disociací korozního prostředí Koroze v taveninách je obdobá koroze v elektrolytu

31

Korozní prostředí - voda ●

●

Dominantním degradačním procesem je elektrochemický děj Rychlost děje ovlivňuje řada činitelů (nečistoty, kavitace, mikroorganizmy)

●

Zásadní význam má kyslík

●

Kyslíková depolarizace

●

Korozní článek s difrenciální polarizací 32

Korozní prostředí - voda ●

Na korozi má vliv ještě pH, teplota, složení vody, proudění vody Odplyněný uzavřený systém

Neodplyněný otevřený systém

33

Korozní prostředí- půda ● ●

Půdní prostředí – tuhá, plynná a kapalná fáze Nerovnoměrný průnik plynů -koncentrační články s diferenciální areací

Neprovzdušněná půda

Provzdušněná půda

34

Korozní prostředí- půda ●

Korozi v půdě zesilují bludné proudy

=

35

Korozní prostředí- půda ●

Korozi v půdě zesilují bludné proudy 1A za rok rozpustí 10kg Fe

=

36

Korozní prostředí- atmosféra ●

●

Atmosférická koroze – elektrochemický děj v tenké vrstvě elektrolytu Podmínky pro rozvoj koroze – –

Stimulátory koroze (polutanty) – SO2, Cl- (H2S, HN3, Cl2, saze ..) Vrstvička vody adsorbovaná vrstva do 10 μm zkondezdovaná vrsrva vodní páry do 100 μm kritická vlhkost › 80 % RV

Teplota 0 (?) az 50 oC Vlhkostně_teplotní komplex –

37

Korozní prostředí- atmosféra Mechanizmus atmosférické koroze

Hydroxid železnatý

Hydroxid železitý

38

Korozní prostředí- atmosféra Kinetika atmosférické koroze ● Přerušovaný průběh atmosférické koroze (ke korozi dochází jen v periodách ovlhčení)

●

Rychlost koroze

39

Korozní prostředí- atmosféra ●

Ze znalosti chování základních kovů (Cu, Zn, Fe, Al) v agresivní atmosféře lze stanovit střední roční ustálenou korozní rychlost

40

Korozní prostředí- atmosféra ●

Rozdělení kovů z hlediska kinetiky koroze – – – –

Kovy schopné plně a opakovaně reagovat na stimulátory koroze (železné kovy, ocel, litina) Kovy schopné se stimulátory koroze vytvářet stabilní soli (zinek, měď, olovo, kadmium) Kovy vykazující v atmosférických podmínkách pasivitu (korozivzdorné oceli, hliník) Kovy imunní v atmosférických podmínkách (zlato, platina, rhodium, paladium)

41

Klasifikace korozní agresivity Korozní agresivita prostředí –

Vnější atmosféra ● ● ●

–

Hlavní korozní stimulátotry SO2, ClVlhkostně teplotní komplex Faktory prostředí (vítr, prach, sluneční záření, dešť)

Vnitřní atmosféra ● ●

Hlavní stimulátory koroze + H2S, Cl2, NOx, NH3, O3 … Malý rozsah změn relativní vlhkosti

42

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace korozní agresivity vnějších prostředí podle ČSN ISO 9223

43

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace odvozená z vlastnosti prostředí Klasifikace doby ovlhčení

44

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Metody měření doby ovlhčení – –

Nepřímé stanovení doby ovlhčení (ze znalosti průběhu teploty a vlhkosti v daném prostředí) Přímé měření ovlhčení

45

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace úrovně znečištění pro SO2

46

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace úrovně znečištění pro Cl-

47

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Stupně korozní agresivity

48

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Pravděpodobná korozní rychlost stand. vzorků

49

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace odvozená z korozní rychlosti stand. vzorku – – –

Standardní vzorky Ocel, Al, Cu, Zn Velikost vzorků (100 x 150 mm) Doba expozice 1 rok

50

Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí

51

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí

52

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Přímé měření Jednotky – – –

Objemové ppm (cm3.m-3) ppb (mm3.m-3) Hmotnostní (ug.m-3) Přepočet 1 grammolekula pynu při teplotě 0oC a 760 mmHg

SO2 1 ug.m-3 NO2 1 ug.m-3

0,38 mm3.m-3 0,54 mm3.m-3

53

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí

54

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování pomoci zkušebních vzorků Ploché vzorky – – –

Vzorky standardních kovu (100 x 150 mm) Expozice tří vzorku po dobu jednoho roku Rychlost koroze

55

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování pomoci zkušebních vzorků Spirálové vzorky

–

Rychlost koroze

56

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování depozice škodlivin –

Sulfatační desky (reakce SO2 s PbO2)

57

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování depozice škodlivin –

Depozice SO2 na alkalickém povrchu

Uhličitan sodný

–

Doba expozice 30 dnů 58

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování depozice škodlivin –

Metoda mokré svíce (depozice Cl-)

Glykol + H2O

59

Monitorování korozní agresivity vnější prostředí

60

Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém IEC 654-4 (ANSI/ISA)

61

Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém IEC 654-4 (ANSI/ISA)

62

Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém IEC 654-4 (ANSI/ISA) Vyhodnocování metodou katodické redukce

Tloušťka korozní vrstvy h=

I.t.M S.z.f

I – proud t – doba redukce M – molární hmotnost S – plocha z – mocenství kationtu F – Faradayova konstanta

63

Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém ISO

64

Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém ISO

Obdoba ČSN ISO 9223

65

Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém ISO – – – –

Zkušební vzorky Cu, Ag Velikost (50 x 30 mm) Doba expozice 30 dní Vyhodnocení ● ● ● ●

Změna hmotnosti Vzhledový raiting Analýza obrazu Barevné změny

66

Korozní agresivita vnitřních prostředí

67

Korozní agresivita vnitřních prostředí Korozní senzory (meandr 2,5 10-7 m)

Korozní senzor

Přístroj pro vyhodnocování korozního znehodnocení senzoru (Rohrback Cosasco Systém, Inc)

68

Korozní agresivita vnitřních prostředí ●

Výhody – –

●

Reakce senzoru s prostředím Relativně snadné vyhodnocení

Nevýhody –

Drahé sondy pro jednorázové použití

69

Korozní agresivita vnitřních prostředí ●

Korozimetry

Cu a Ag senzor korozimetru

Korozimetr OnGuard (Purafil, Inc.) 70

Korozní agresivita vnitřních prostředí ●

Výhody – –

●

Téměř okamžité výsledky Možnost zpracování výsledků na PC

Nevýhody – –

Drahé zařízení Náhradní sondy

71

Korozní prostředí a elektrotechnika

Korozní prostředí a elektrotechnika

Korozní prostředí a elektrotechnika

Korozní prostředí a elektrotechnika

Korozní prostředí a elektrotechnika