VIII. Koroze Ocelový hřebík vystavený vzduchu a vlhkosti

VIII. Koroze

Ocelový hřebík vystavený vzduchu a vlhkosti 8. Koroze

Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

1

8. Koroze 8.1 Úvod, základní pojmy 8.2 Koroze podle druhu napadení materiálu 8.3 Koroze podle druhu korozních dějů 8.4 Koroze podle reakčního prostředí 8.4.1 Koroze v elektricky nevodivém prostředí 8.4.2 Koroze v elektricky vodivém prostředí

8.5 Protikorozní ochrana

Potrubí

8.5.1 Vhodný konstrukční materiál 8.5.2 Vhodné konstrukční úpravy 8.5.3 Úprava korozního prostředí 8.5.4 Kovové a nekovové povlaky 8.5.5 Elektrochemická ochrana

8.6 Hodnocení koroze 8.7 Koroze plastů a pryží

Hladina spodní vody Katoda (v suché půdě) Anoda (v mokré půdě)

Suchá půda

Katoda (v suché půdě)

Mokrá půda

Elektrické vedení

~

Usměrňovač

Aktivní katodická ochrana Vodiče Pískový zásyp

Zemní zásyp (-)

Chráněné potrubí Katoda (-)

Půda (+)

Elektroda zhotovená z grafitu nebo ocelového odpadu Anoda (+)

8. Koroze


2

8. Koroze 8.1 Úvod, základní pojmy Koroze • samovolné znehodnocování materiálů • vzniká vzájemným působením materiálu a prostředí • projevuje se: změny struktury materiálu, vzhledu, pevnosti, hmotnostní a rozměrové úbytky

⇒ vliv: provozní spolehlivost, bezpečnost, ekonomika provozu a výroby Korozní děje – rozdělení • podle druhu napadení materiálu • podle dějů, které korozi způsobují • podle reakčního prostředí 8. Koroze


3

8.2 Koroze podle druhu napadení materiálu Koroze rovnoměrná • rovnoměrný úbytek materiálu po celém povrchu ⇒ umožňuje relativně snadno stanovit rychlost úbytku materiálu a vzít ji do úvahy ⇒ z hlediska spolehlivosti nejpříznivější typ koroze Koroze nerovnoměrná • napadení pouze určité části povrchu nebo i vnitřku materiálu ⇒ nebezpečná koroze, protože nemusí být vidět Rovnoměrná koroze Nerovnoměrná koroze Bodová koroze typy: • důlková • bodová • lamelární • mezikrystalová

Důlková koroze

Mezikrystalová koroze

Transkrystalová koroze

• transkrystalová • selektivní

8. Koroze


4

Důlková koroze • větší nebo menší důlky na povrchu • nejčastěji u pasivovaných materiálů v místech porušení pasivační vrstvy

Bodová koroze • ojedinělé korozní body, zbytek materiálu bez zřejmého napadení • nejčastěji u pasivovaných materiálů

Lamelární koroze • terasovité odleptávání materiálu

Mezikrystalová koroze • napadení rozhraní mezi krystaly (větší rychlost koroze po hranách zrn než rychlost koroze vlastního zrna ⇒ materiál ztrácí pevnost, může dojít k jeho rozpadu • nebezpečná, protože nemusí být z povrchu vidět napadení • příklad: nerezavějící oceli

Transkrystalová koroze • současné napadení hranic zrn a vlastních zrn • nebezpečná, protože nemusí být z povrchu vidět napadení

Selektivní koroze • preferenční napadení jedné nebo více fází slitiny tvořené různými strukturami 8. Koroze


5

Důlková koroze

ÚKMKI VŠCHT

Materiál:

austenitická korozivzdorná ocel 7FeCr18Ni12Mo2Ti

Předmět:

trubka (průměr 25 mm, tloušťka stěn 3 mm)

Prostředí

roztok FeCl3 o koncentraci 6 g/l ; doba expozice = 72 h

8. Koroze


6

Mezikrystalová koroze 1

ÚKMKI VŠCHT

boční pohled na vzorek po ohybu

řez vzorkem

Materiál:

austenitická korozivzdorná ocel 12FeCr18Ni9

Předmět:

mechanicky namáhaný pásek o rozměrech 20 x 70 mm a tloušťce 4 mm

Prostředí

100 ml konc. H2SO4 + 100 g CuSO4.5H2O doplněno na objem 1000 ml destilovanou vodou, Cu hobliny, var; zkouška dle ASTM A 708, Vol. 03-02; doba expozice = 24 h

8. Koroze


7

Mezikrystalová koroze 2

ÚKMKI VŠCHT

Materiál:

austenitická chromniklová ocel FeCr18Ni10 s nízkým obsahem uhlíku 0,02 %

Předmět:

svařovaná trubka o vnějším průměru 31,8 mm a tloušťce stěny 2,1 mm (tepelný výměník)

Prostředí:

koncový plyn z výroby HNO3; teplota plynu na vstupu: 63 °C; teplota plynu na výstupu: 100 °C; tlak 651 kPa; doba expozice = 2400 h

Poškození:

trubky byly napadeny těsně pod trubkovnicí v horizontálním pásu širokém kolem 10 mm; napadení se šířilo přednostně po hranicích zrn a docházelo k vypadávání celých zrn

Příčina:

pravděpodobně konstrukční netěsnost v HE → pára z MT prostoru do plynu → kondenzace v chladnější části → vznik HNO3 → vroucí HNO3 pod trubkovnicí porušovala pasivní vrstvu

8. Koroze


8

Selektivní koroze (důlkové odzinkování)

řez vzorkem

řez vzorkem

Materiál:

mosaz Ms70

Předmět:

trubka o průměru 20 mm a tloušťce stěn 1 mm

Prostředí

voda ; doba expozice = roky

8. Koroze

ÚKMKI VŠCHT


9

Koroze pod napětím

ing. Klabík (FS ČVUT)

Materiál:

mosaz s 60 % mědi

Popis:

samovolné praskání (sezónní praskání) za studena tvářených mosazných předmětů bez následného tepelného zpracování (a to i během skladování) nebo součástek zatížených tahem vlivem vnitřních pnutí

Příčina:

příčina vzniku vnitřního pnutí: nerovnoměrná plastická deformace

Prostředí:

agresivní prostředí, vzdušné prostředí

8. Koroze


10

8.3 Koroze podle druhu korozních dějů A. Chemická koroze B. Elektrochemická koroze C. Ostatní typy koroze

Koroze ≡ vzájemně se ovlivňující činitelé Příklad:

V elektricky nevodivém prostředí mohou vznikat vodivé nebo polovodivé korozní zplodiny, které umožňují vznik elektrochemických dějů (např. oxidační korozní zplodiny železa).

⇒ modernější třídění podle reakčního prostředí 8.4 Koroze podle reakčního prostředí A. Koroze v elektricky nevodivých prostředích

• kapalné, plynné

B. Koroze v elektricky vodivých prostředích

• roztoky a taveniny elektrolytů • ionizované plyny

8. Koroze


11

A. Chemická koroze • • • •

chemická reakce bez účasti elektrolytu, bez vzniku elektrochemického článku řídí se zákony chemické kinetiky korozní zplodiny zůstávají v místech reakce příklad: Koroze v elektricky nevodivém prostředí – oduhličení oceli, oxidace železa, mědi, hliníku, vodíková koroze

B. Elektrochemická koroze • • • • •

vznik elektrochemického článku – galvanického nebo koncentračního přenos el. energie/elektronu na větší vzdálenost než vzdálenost dvou atomů řídí se elektrochemickými zákony korozní zplodiny i mimo působiště zůstávají v místech reakce příklad: Koroze v elektricky vodivém prostředí – koroze potrubí, k. bludnými proudy, k. v provzdušněných vodách

C. Ostatní typy koroze • koroze, která není způsobena chemickými nebo elektrochemickými činiteli • příklad: – biologická koroze účinkem mikroorganismů, kavitace 8. Koroze


12

C. Ostatní typy koroze • koroze, která není způsobena chemickými nebo elektrochemickými činiteli • příklad: – biologická koroze účinkem mikroorganismů, kavitace

Kavitace • mechanismus:

• příklad:

proudění kapaliny → pokles tlaku pod p“ → uvolnění a vznik bublin → zánik bubliny při vyrovnání tlakových poměrů ; zánik v blízkosti stěny → namáhání materiálu mechanickými rázy → porušení struktury → vznik houbovité struktury ; povrch je drsný, jakoby vytrhaný

Hydraulické stroje – oběžná kola čerpadel, turbín, lodní šrouby Části hydraulických systémů – ventily

(riziko ve výtokové části při skoro uzavřeném

ventilu)

8. Koroze


13

Oběžné kolo odstředivého čerpadla

8. Koroze

(Rhone – Poulenc)


14

A. Koroze v elektricky nevodivém prostředí Chemická koroze A. Koroze v oxidujících plynech

B. Koroze v redukujících plynech

• • • •

chemická reakce

– povrch materiálu – difúze prostředí do materiálu + reakce uvnitř

oxidující plyny: O2, CO2, SO2 reakce s kovem Me0 → zvýšení oxidačního čísla → vznik kationtu Mez+ reakce s kovem za vzniku vrstvy korozních zplodin (oxidace kovů) – oduhličení oceli kyslíkem za vyšší teploty příklad: – oxidace železa a jeho slitin – oxidace mědi – oxidace hliníku

• redukující plyny: H2, NH3, N2 • reakce s nekovovými složkami → zvýšení jejich oxidačního čísla – vodíková křehkost vodíková • příklad: – oduhličení oceli vodíkem za vysoké teploty koroze – křehnutí oceli za nízkých teplot

C. Koroze v nevodivých kapalinách

8. Koroze

• nevodivé zkapalněné plyny N2, O2, vzduch, bezvodé kyseliny, alkoholy, kapaliny: fenoly, ropa, benzín, toluen • reakce s materiálem (přistoupení kovu k prvku nebo sloučenině, náhrada některého atomu v molekule nebo části molekuly kovem) Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

15

A. Koroze v oxidujících plynech

oxidující plyny: O2, CO2, SO2

• reakce s kovem Me0 → zvýšení oxidačního čísla → vznik kationtu Mez+ • princip

reakce s kovem za vzniku vrstvy korozních zplodin (oxidace kovů)

• vrstva

1. souvislá nepropustná kompaktní vrstva korozních zplodin oddělení povrchu kovu a korozního prostředí ⇒ styk kovu a prostředí pouze v důsledku difúze prostředí ke kovu → difúze pomalá ⇒ snížení rychlosti koroze příklad: Cu – měďěnka ; Al – Al2O3

2. nesouvislá porézní vrstva korozních zplodin nedojde k oddělení povrchu kovu a korozního prostředí ⇒ kov a prostředí jsou v přímém kontaktu ⇒ koroze probíhá s nezměněnou rychlosti

• příklad

– oduhličení oceli kyslíkem za vyšší teploty – rozklad karbidu železa – oxidace železa a jeho slitin – tvorba oxidů železa – oxidace mědi – tvorba oxidů mědi nebo měděnky – oxidace hliníku – tvorba Al2O3

8. Koroze


16

Příklad 1 Oduhličení oceli kyslíkem za vyšší teploty 3 Fe + CO2 nebo • rozklad karbidu železa Fe3C Fe3C + O2 2 Fe3C + 5 O2 6 FeO + 2 CO2 • možný vznik plynných zplodin, které porušují strukturu materiálu • Fe3C ovlivňuje mechanické vlastnosti ⇒ ztráta vlastností

Příklad 2 • • • •

Oxidace železa a jeho slitin

tvorba oxidů železa – okují (wüstit FeO, hematit Fe2O3, magnezit Fe3O4) tloušťka a složení okují závisí na teplotě a parciálním tlaku kyslíku pO2 koroze se urychluje při t > 580 °C urychlení rychlosti koroze v případě adsorpce korozní látky ve vrstvě v důsledku vytvoření vrstvy agresivního činidla v aktivní formě o velké koncentraci

Příklad 3

Měď

• atmosféra – měděnka – zásaditý uhličitan měďnatý ⇒ ochrana před povětrností • oxidační prostředí – oxidy mědi – nepevné a pórovité ⇒ nechrání před korozí

Příklad 4

Hliník

• vzduch, oxidační prostředí

– vrstva Al2O3 (tloušťka 1 µm) – tvrdá, nepropustná kompaktní vrstva ⇒ ochrana • vytvoření vrstvy uměle, v několikanásobné tloušťce – eloxování hliníku 8. Koroze


17

Eloxování hliníku

Měděnka

8. Koroze


18

B. Koroze v redukujících plynech

redukující plyny: H2, NH3, N2

• reakce s nekovovými složkami → zvýšení jejich oxidačního čísla • princip

– reakce s nekovovými složkami uvnitř materiálu – na povrchu žádné korozní zplodiny ⇒ proto nebezpečnější – výroba slitin (např. H2) – plyn → – difúze z korozního protředí

• příklad

vodíková koroze

– oduhličení oceli vodíkem za vysoké teploty – rozklad karbidu železa – vodíková křehkost – atomární vodík za nízké teploty (do 200°C) – křehnutí oceli za nízkých teplot – změna rozpustnosti vodíku kde ?

princip

výroba vodíku, hydrogenační procesy (výroba syntetického benzínu, parní reforming, syntéza amoniaku, ztužování tuků, výroba plastů), galvanické pokovování (vývoj H2), moření oceli malá velikost vodíkového atomu → schopnost pronikat do mřížky kovů

Pozn. Některé plyny (např. H2S, CO) mohou mít jak redukční tak oxidační účinky. Korozní účinky závisí na vlhkosti plynů: suché plyny za normální teploty nekorodují, za vyšší teploty ano. 8. Koroze


19

a. Vodíková křehkost • účinek atomárního vodíku na ocel za normální teploty (do cca 200 °C) • difúze atomárního vodíku do oceli s následným vznikem molekulárního vodíku v trhlině disociace H2 na atomy → difúze atomů vodíku do oceli → nepravidelnost ve struktuře → spojení atomů v molekuly H2 → molekuly H2 brání zpětné difúzi → hromadění H2 v místě → tlak roste → vznik průhybů, popraskání (možná reakce atomů s uhlíkem)

• na povrchu nejsou vidět změny ⇒ nebezpečnost • projevuje se zvláště při zchladnutí zařízení (T↓ rozpustnost vodíku v oceli

Difúze atomárního vodíku do místa poruchy struktury

uvnitř materiálu

Vznik korozních trhlin

H H

H

H2

H

Difúze atomárního vodíku do místa poruchy struktury pod povrchem materiálu

Vznik puchýře

H H H2 H

↓ ⇒ uvolnění plynného vodíku) 8. Koroze


20

Vodíková křehkost – zpuchýřování vodíkem

ÚKMKI VŠCHT

řez vzorkem

Materiál:

neuklidněná uhlíková ocel

Předmět:

katoda, plech o tloušťce 5 mm ; elektrolyzér NaClO

Prostředí

kyselý vodný roztok Cl- a ClO3-; doba expozice neznáma

8. Koroze


21

b. Křehnutí oceli za nízkých teplot • podobný princip pro křehnutí oceli za nízkých teplot (vznik molekulárního vodíku v trhlině) • rozdíl: vodík již přítomen ; rozpuštěn v oceli již z výroby ocel obsahuje z výroby menší množství rozpuštěného vodíku → pokles teploty → uvolnění plynného vodíku v důsledku klesající teploty → tlak roste → popraskání materiálu

• příklad: praskání kolejnic

c. Oduhličení oceli vodíkem za vysokých teplot • rozklad Fe3C vodíkem

Fe3C + 2 H2

3 Fe + CH4

• rozklad Fe3C vodíkem probíhá za vysokých teplot (nad 550 °C) rozklad Fe3C → vznik metanu → metan nemůže vydifundovat → metan se hromadí v dutinách vznikajících rozpadem perlitu → tlak roste → vznik puchýřů a trhlin

• na povrchu nejsou vidět změny ⇒ nebezpečnost ⇒ speciální legované oceli, které nejsou náchylné k oduhličení 8. Koroze


22

B. Koroze v elektricky vodivém prostředí Elektrochemická koroze

princip:

• vznik a existence elektrochemického článku (vodivé propojení A a K na vzdálenost větší než jsou dva atomy)

• materiál, který je anodou v článku – koroduje • aby koroze – anodová reakce mohla probíhat, musí být elektrony uvolněné anodickou reakcí odvedeny z místa reakce a nějakým způsobem spotřebovány („zlikvidovány“) • pokud NE: polarizace elektrody ⇒ zpomalení až zastavení elektrodové reakce ⇒ zpomalení až zastavení koroze • spotřebování katodická reakce elektronů: ⇒ katodická reakce = fce depolarizačního děje pro anodu

!!!!!

Katodou může být i roztok, pokud v něm probíhají změny, které spotřebovávají elektrony (tj. depolarizují anodu)

!!!!!

(tzn. porušují elektrochemickou rovnováhu na anodě).

příklad: koroze oceli v prokysličené vodě 8. Koroze


23

Vznik potenciálu

E = E0 +

• Nernstova rovnice

R ⋅T ⋅ ln a z⋅F

• Elektrochemický článek

⇒

Korozní článek

(galvanický článek)

⇒

korozní galvanický článek

dva stejné kovy v elektrolytu o různé koncentraci

⇒

korozní koncentrační článek

dva stejné kovy v elektrolytu o stejné koncentraci ale o rozdílné teplotě

⇒

korozní teplotní článek

dva různé kovy v elektrolytu

⇒

• Elektrolytický článek

kov jako vodič a elektroda 8. Koroze

⇒

Korozní článek

⇒

koroze bludnými proudy


24

A. Korozní galvanický článek • možnosti

A1. dva různé kovy ponořené nebo omočené elektrolytem A2. dva stejné kovy s různě opracovaným povrchem

A1. dva různé kovy ponořené nebo omočené elektrolytem • příklad: šroubové a nýtové spoje, spoje potrubí z různých materiálů • katoda, anoda: elektrochemická resp. korozní řada A2. dva stejné kovy s různě opracovaným povrchem • anoda = povrch s menší drsností nebo povrch tvářený za studena Typy korozních galvanických článků • makročlánky • lokální mikročlánky ⇐ vměstky, nehomogenity, nečistoty

8. Koroze


25

A1. dva různé kovy ponořené nebo omočené elektrolytem • příklad: šroubové a nýtové spoje, spoje potrubí z různých materiálů

Šroub (ocel)

Nevhodné řešení - možnost vzniku korozního článku

Vhodnější řešení - odizolování nevodivým materiálem

Místo vodivého spojení dvou různých materiálů

Podložka (ocel)

Šroub (ocel) Izolační podložka (nevodivá) Deska (měď) Izolační vložka (nevodivá)

Deska (měď)

Deska (ocel) Deska (ocel) Izolační podložka (nevodivá) Pérová podložka (ocel)

Pérová podložka (ocel)

Matice (ocel)

Matice (ocel)

8. Koroze


26

Korozní makročlánek litina – Cu

ÚKMKI VŠCHT

Pohled na vzorek

Materiál:

litina/měď

Předmět:

trubka rozvodu plynu spojená s domovním měděným rozvodem

Prostředí

půda ; doba expozice neznáma

8. Koroze


27

Elektrochemická řada napětí • vznikne seřazením kovů podle hodnoty jejich standardních potenciálů 0 + H

záporný potenciál méně ušlechtilé kovy

Mg

Al

Ti

Zr

Mn

Zn

Cr

Fe

Cd

Ni

Sn

Pb

kladný potenciál ušlechtilé kovy

Cu

Ag

Au

Pt

Korozní řada • vznikne seřazením kovů podle jejich korozní odolnosti korozně méně ušlechtilejší kovy

Mn

Mg

8. Koroze

Zn

Cd

Fe

Sn

Al

korozně ušlechtilejší kovy

Pb

Ni

Cu

Cr


Ag

Ti

Zr

Au

Pt

28

Elektrochemická řada napětí • vznikne seřazením kovů podle hodnoty jejich standardních potenciálů 0 + H

záporný potenciál méně ušlechtilé kovy

Mg

Al

Ti

Zr

Mn

Zn

Cr

Fe

Cd

Ni

Sn

Pb

kladný potenciál ušlechtilé kovy

Cu

Ag

Au

Pt

Korozní řada • vznikne seřazením kovů podle jejich korozní odolnosti korozně méně ušlechtilejší kovy

Mn

Mg

8. Koroze

Zn

Cd

Fe

Sn

Al

korozně ušlechtilejší kovy

Pb

Ni

Cu

Cr


Ag

Ti

Zr

Au

Pt

29

Příklad

Koroze železa (uhlíkové oceli) ve vodě s obsahem kyslíku O2

• anoda

uhlíková ocel

• katoda

Fe0

Fe2+ + 2 e–

co s nimi ?

funkci katody vykonává provzdušněná voda a. kyselé prostředí (pH < 7)

2 H+ + 2 e–

katoda

provzdušněná voda H2 + ½ O2

H2

vodíková depolarizace

H2O

2 H+ + 2 e– + ½ O2

sumárně:

H2O

b. alkalické prostředí (pH > 7) katoda

2 H2O + 2 e–

provzdušněná voda

H2 + ½ O2 H2O H2O + 2 e– + ½ O2

sumárně:

Následné reakce

Fe2+ + 2 (OH)– Fe(OH)2 rozpustný

Fe(OH)2

H2 + 2 (OH)– 2 (OH)–

+ O2

kyslíková depolarizace

Fe(OH)3

Fe(OH)3 méně rozpustný ⇒ vylučování na povrchu ⇒ ochranná vrstva

Pozn. poměr Fe2+/Fe3+ = fce (pH, Ox – Red potenciál, složení vody, obsah O2) obsah O2 < 5 mg/l – oxidace Fe2+ na Fe3+ ⇒ nedokonalá tvorba porézní vrstvy ⇒ difúze Fe2+ pokračuje ⇒ koroze pokračuje

8. Koroze


30

B. Korozní koncentrační článek • příklady

B1. koroze potrubí uloženého v zemi B2. spárová koroze B3. koroze sběrných nádrží chladící vody

B1. koroze potrubí uloženého v zemi • půda (s,l,g) → různé typy půd → různé složení a koncentrace jednotlivých složek • koroze = anoda = místa s nižší koncentrací katoda = místa s vyšší koncentrací

Potrubí

• potrubí – funkce elektrody a vodiče Příklad: O2 v půdní vlhkosti • vlhká půda – chudá na O2 → koroze • suchá půda – bohatá na O2 → katodická reakce

⇒ pískové lože pro zajištění rovnoměrného provzdušnění

8. Koroze

Hladina spodní vody Katoda (v suché půdě) Suchá půda

Mokrá půda


Anoda (v mokré půdě) Katoda (v suché půdě)

31

B2. spárová koroze • spáry < 1 mm ⇒ koncentrační spád vlivem molekulárních sil ⇒ vznik článku

B3. koroze sběrných nádrží chladící vody • rozstřik vody → ochlazení a provzdušnění vody → voda bohatá na O2 • sběrná → nádrž vyprchání části O2 → snížení obsahu O2 → voda chudá na O2 ⇒ vznik koncentračního profilu ⇒ vznik korozního koncentračního článku

8. Koroze

Ohřátý vzduch s vodní parou

Ohřátá chladící voda z technologie

Možnost vzniku koncentračního článku - nebezpečí koroze

Rozstřik vody

Výplň Snižování obsahu kyslíku

Nátok k čerpadlům


Nasávaný okolní vzduch

Zásobní nádrž

Ochlazená prokysličená voda

32

C. Korozní teplotní článek • princip • příklad

místně nerovnoměrné rozložení teploty způsobené nestejnoměrným tepelným tokem → termogalvanický článek odparky, parogenerátory, kondenzátory, místa špatné nebo nedostatečné izolace

D. Koroze bludnými proudy • bludné proudy – proud z porušeného kabelu, proud z trakčního vedení • princip: elektrolytický článek kovová zařízení uložená v zemi • vstup proudu do zařízení ⇒ katoda ⇒ katodická reakce • výstup proudu ze zařízení ⇒ anoda ⇒ anodická reakce ⇒ oxidace ⇒ koroze

8. Koroze


33

8.5 Protikorozní ochrana • volba ochrany závisí na technickém a ekonomickém posouzení • volba vhodného materiálu • možnosti: • vhodné konstrukční úpravy • úprava korozního prostředí • použití kovových a nekovových povlaků • elektrochemická ochrana

8.5.1 Vhodný konstrukční materiál • nutná znalost vlastností materiálu x prostředí • různé materiály za stejných podmínek korodují různě s různou rychlostí • !!!!! žádný materiál není schopen odolávat korozi za všech podmínek !!!!!

• !!!!! POZOR – specifika oborů – potravinářství, farmacie, zdravotnictví, biotechnologie 8. Koroze


34

8.5.2 Vhodné konstrukční úpravy • často podceňovány a zanedbávány i když dokáží levně podstatně změnit korozní chování a naopak

Nevhodná konstrukční řešení

8. Koroze

Vhodná konstrukční řešení


35

8.5.3 Úprava korozního prostředí A. Odstranění rozhodující agresivní složky z prostředí • odstranění O2 odplyněním nebo chemicky • odstranění vlhkosti z plynů hygroskopickými látkami (silikagel) • použití inertní atmosféry (N2, CO2) B. Použití inhibitoru koroze Inhibitory koroze = negativní katalyzátor ⇒ zvýšení aktivační energie děje

Princip působení • blokace aktivních míst povrchu (fyzikální inhibice) – oktadecylamin, formaldehyd, urotropin. • vytvoření pasivační vrstvy (chemická inhibice) – křemičitany, fosforečnany, chromany, dusitany.

Podle místa působení • anodické inhibitory (polyfosforečnany, chromany, dusitany, křemičitany) • katodické inhibitory (oktadecylamin, formaldehyd, urotropin) 8. Koroze


36

8.5.4 Kovové a nekovové povlaky materiálu, které v celé tloušťce odolné proti korozi není někdy z ekonomických a konstrukčních důvodů účelné ⇒ vytvoření povlaku odolného proti korozi

• použití

A. Kovové povlaky princip ochranné vrstvy • antikorozní legování • bariérová ochrana • katodická ochrana způsoby vytvoření povrchu • mechanický • fyzikální • chemický • elektrochemický 8. Koroze

– obohacení povrchové vrstvy legujícím prvkem, který ovlivňuje elektrochemickou reakci

– oddělení korozního prostředí a chráněného materiálu

(povlaky Ag, Cu, Ni, Pb, Sn, Cr) – povlak převezme roli anody, chráněný materiál se stane katodou (zinkování oceli) – plátování – žárové pokovování, difúzní pokovování, metalizace, vakuové pokovování – chemické pokovování – galvanické pokovování Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

37

Plátování • současné vyválcování základního materiálu s plátem ochranného kovu • nevýhody: obtížné tvarování, okraje nejsou chráněny proti korozi Žárové pokovování • protažení chráněného materiálu roztavenou lázní ochranného kovu (povlak = vzniklé intermetalické sloučeniny) • chráněný kov zůstává v tuhém stavu ⇒ omezení pouze na snadno tavitelné kovy (Zn, Al slitiny Pb) • nevýhody: obtížné svařování (různé teploty tavení) Difúzní pokovování • difúze povlakového kovu do základního materiálu (rozpuštění v základním kovu nebo reakce za vzniku intermetalických sloučenin) • difúzní povlaky Zn, Al, Cr. Metalizace (žárové stříkání kovů) • nástřik roztaveného ochranného kovu na základní materiál Vakuové pokovování (napařování) • odpaření povlakového kovu a jeho následná kondenzace na chladnějším pokovovaném materiálu • možno pokovovat i nekovové materiály (antireflexní vrstva MgF2 na objektivech, automobilových reflektorech) Chemické pokovování • vyloučení ochranného kovu na základním kovu chemicky (redukcí iontů kovových solí) ; lze vylučovat téměř všechny kovy (příklad: chemické niklování) Galvanické pokovování • elektrolytické vyloučení ochranného kovu na základním materiálu z vodných roztoků kovových solí

8. Koroze


38

Žárové zinkování (ACO CZ)

8. Koroze


BOMEX

39

Metalizace (SAF Praha)

8. Koroze


40

B. Anorganické nekovové povlaky • konverzní povlaky

– povlaky vytvořené pasivací materiálu (vznik reakčních produktů základního materiálu odolných proti korozi ; přirozená a umělá pasivace) příklad: fosfátování, chromátování, černění oceli, eloxování hliníku

• smalty

– vytvoření sklovité vrstvy na povrchu vypálením sklovité pasty ; základní a krycí vrstva (pro kompenzaci rozdílných vlastností kovu a smaltu)

• antikorozní nitridace oceli

– povrchové sycení oceli dusíkem (NH3) za vyšších teplot (cca 650°C) ⇒ vznik vrstvy nitridů odolných proti korozi

• vyzdívky a obklady – beton, cihly, kamenina, porcelán, šamot

8. Koroze


41

TENEZ a.s. Chotěboř

Smalty

smaltované tanky, aparáty, filtry, potrubí pro potravinářský, chemický, farmaceutický průmysl 8. Koroze


42

Konverzní povlaky a pasivace Přirozená pasivace Příklad: Odolnost Pb v H2SO4 • vznikající PbSO4 vytváří pevnou nepropustnou kompaktní vrstvu ⇒ koroze STOP • v kyselinách, které netvoří tuto ochrannou vrstvu Pb koroduje

Umělá pasivace • umělé vytvoření ochranné vrstvy (oxidy, fosforečnany, chromany kovů) • fosfátování

– vytvoření vrstvy fosforečnanů reakcí základního kovu s H3PO4 nebo s

• chromátování

– vytvoření vrstvy chromanů reakcí základního kovu s H2CrO4 nebo s

• černění oceli

– vytvoření vrstvy oxidů reakcí oceli s NaOH

fosforečnany chromany

• eloxování hliníku – elektrochemická anodická oxidace hliníku – elektrolytické vytvoření vrstvy Al2O3 – eloxovaný předmět = anoda, katoda = Al nebo Pb plech, elektrolyt = vodný roztok H2SO4 nebo H2CrO4 nebo k. šťavelové

8. Koroze


43

Eloxování hliníku

8. Koroze

BOMEX


44

C. Organické nekovové povlaky • nátěry

– –

základní nátěry (proti rezivění), krycí nátěry s přídavkem pigmentu (proti atmosférickým účinkům a z estetických důvodů) nátěry: olejové, fermežové, vodou ředitelné, asfaltové, chloroprenové, syntetické

–

laky: nitrocelulózové, polyvinylchloridové, teflonové, silikonové

–

syntetické pryskyřice

před

po

foto: SVYP CZ

• povlaky a obklady z plastů a pryže 8. Koroze


45

8.5.5 Elektrochemická ochrana • použití:

– v případě elektrochemické koroze

• princip

– změna rychlosti koroze v důsledku změny elektrodové reakce

A. Katodická ochrana

• princip:

• vyvolání posunu

posun potenciálu k zápornější hodnotě tak, aby na chráněném kovu probíhala katodická reakce a nikoliv korozi způsobující anodická (oxidační) reakce a. spojení s méně ušlechtilým materiálem – katodická ochrana obětovanou elektrodou b. uměle – vložení vnějšího ss napětí

– aktivní katodická ochrana

B. Anodická ochrana

• princip: • vyvolání posunu 8. Koroze

vyvolání a udržení pasivního stavu resp. posun potenciálu materiálu do oblasti pasivity a. korozním prostředím – pasivace materiálu b. uměle – vložení vnějšího ss napětí Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

46

A1. Katodická ochrana obětovanou elektrodou • chráněný kov vodivě spojen s méně ušlechtilým kovem • vodivé spojení vytváří z obou materiálů elektrochemický článek • méně ušlechtilý kov se stane anodou ⇒ začne se rozpouštět – korodovat (⇒ název obětovaná elektroda)

• chráněný kov se stane katodou ⇒ přestane korodovat • příklad: ocel a litina v běžném neutrálním prostředí: velmi čistý Zn, slitiny Mg, Zn, Al

8. Koroze


47

A2. Aktivní katodická ochrana potenciál • záporný chráněného materiálu vytvořen uměle

• chráněný kov připojen záporný pól na stejnosměrného (ss) ⇒ zdroje stane katodou ⇒ přestane korodovat • anoda = elektricky vodivé, relativně nerozpustné materiály (ocelový odpad, olovo (pro prostředí obsahující grafit (pro SO42–), prostředí obsahující Cl–) 8. Koroze

Elektrické vedení

~

Usměrňovač

Aktivní katodická ochrana

Vodiče Pískový zásyp

Zemní zásyp (-)

Chráněné potrubí Katoda (-)

Půda (+)

Elektroda zhotovená z grafitu nebo ocelového odpadu Anoda (+)


48

Použití katodické ochrany • • • •

ochrana potrubí a nádrží uložených v zemi (ropovody, plynovody) ochrana kabelů s kovovým pláštěm ochrana částí vodních systémů (kondenzátory, výměníky) ochrana lodních trupů a přístavních zařízení proti mořské vodě

8. Koroze


49

Ochrana potrubí – obětovaná elektroda Westcoastcorrosion.com

SafeTrack.com

8. Koroze


50

Westcoastcorrosion.com

Ochrana potrubí a podzemních tanků – aktivní ochrana

8. Koroze


51

Ochrana lodí

8. Koroze

KC Ltd. Korea (bez a s)


harboranodes.com

52

B. Anodická ochrana • princip:

– vyvolání a udržení pasivního stavu resp. posun potenciálu materiálu do oblasti pasivity

• vyvolání posunu

a. korozním prostředím – pasivace materiálu b. uměle – vložení vnějšího ss napětí

i [A.m-2]

!!!!! Chráněný materiál je ANODOU !!!!!

iP pasivační hustota proudu

Proč? I když je chráněný materiál anodou a iKOR,P

hustota proudu koroze v pasivním stavu

ER imunní

EP aktivní

EB

ET

pasivní

transpasivní E [V]

potenciál počátku anodického rozpouštění

potenciál počátku pasivace

potenciál bodové koroze

potenciál počátku transpasivace

koroduje, je korozní rychlost podstatně menší, než kdyby byl v aktivním stavu a korozní úbytky jsou technicky únosné. Vnější zdroj ss napětí: udržuje potenciál v oblasti pasivity: EP < E < ET.

Polarizační křivka

• použití:

8. Koroze

– ochrana chemických zařízení z uhlíkové oceli, korozivzdorných ocelí a titanu v prostředích, kde jsou tyto materiály pasivovatelné Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze

53

8.6 Hodnocení koroze • rychlost koroze

g m 2 ⋅ den

• rychlost úbytku tloušťky (rovnoměrná koroze)

mm rok

g m 2 ⋅ rok

Hodnocení materiálu při rovnoměrné korozi Stupeň 00 0 1 2 3 I II III IV

Staré hodnocení zcela dobrý vhodný podmíněně vhodný pro krátkodobé použití nepoužitelný

Rychlost koroze (mm/rok) pro skupiny materiálů Skupina I Skupina II Skupina III Skupina IV 0,0000 0,000 0,00 0,0 0,0125 0,08 0,13 0,23 0,0125 0,08 0,13 0,23 0,03 0,15 0,30 0,80 0,05 0,25 0,50 1,4

– drahé kovy: Au, Pt, Ag, tantal – drahé speciální materiály: titan, molybden, zirkon, NiMo30Fe, NiFe22Cr22Mo, NiCr30Fe – středně nákladné: korozivzdorné oceli a litiny, bronz, Al, Cu, Pb, Sn, Zn a jejich slitiny – levné: nelegované a nízkolegované oceli, litá ocel, litina 8. Koroze


54

8.7 Koroze plastů a pryží Plastické hmoty (PH) • makromolekulární organické látky + příměsi (plniva, změkčovadla, stabilizátory) Rozdělení PH podle mechanicko – fyzikálních vlastností • elastomery

– velká pružnost v širokém rozmezí protažení (kaučuk, pryž = zvulkanizovaná

• plastomery

– termoplasty a termosety (PVC, PA, PE, PP)

směs kaučuků a přísad ; vulkanizace = zesíťování)

Rozdělení PH podle chování při zahřívání • termosety

– T ↑ se vytvrzují chemickou reakcí, nevratný přechod do netavitelného stavu (bakelit, umakart)

• termoplasty

– T ↑ měknou až do taveniny, chemicky se nemění, ochlazené taveniny

tuhnou, vlastnosti se ohřevem mění vratně (PE, PVC, PMMA, PA, PS, PP, PTFE, PUR, PC) přírodní a syntetický kaučuk

8. Koroze


55

Rozdělení PH podle původu • vzniklé modifikací přírodních makromolekulárních látek (celulózy – celuloid, AC) • vzniklé uměle (synteticky) polyreakcemi: polymerace (PE, PP, PMMA, PS, PVC, PTFE, PA6), polykondenzace (PA66, PC), polyadice (PUR)

Plniva: zlepšení některých vlastností: anorganická (kaolín, barit, garfit), organická (papír, buničina, textil)

!!!!! Některé monomery (VC) jsou toxické látky (karcinogenní) !!!!! 8. Koroze


56

Rozdělení PH podle vnitřní struktury

• PH s lineární (řetězovou) strukturou homopolymer A – A – A – A – A, kopolymer –A–B–C–A–B–C– –B–B–B–A–B–A–B–A–A–A–B–A– • PH s rozvětvenou strukturou |

A |

B–B–A–A–B– • PH s prostorovou (síťovanou) strukturou Prostorová struktura

vulkanizace – zesíťování pomocí sirných můstků

8. Koroze


57

Koroze plastů a pryží • rozlišuje se:

A. stárnutí plastických hmot B. degradace plastických hmot

• elektrochemické vlivy se neprojevují A. Stárnutí plastických hmot

• souhrn nevratných změn vlastností v daném okamžiku za daných podmínek v porovnání s vlastnostmi po výrobě • faktory – fyzikální vlivy (teplota světlo, UV, radiace, atmosféra, mechanické namáhání) – fyzikálněchemické a chemické vlivy

(difúze, bobtnání, destrukce chemickou reakcí)

– biochemické vlivy

(biologická koroze účinkem mikroorganismů, plísní)

8. Koroze


58

Difúze • difundující látka ovlivňuje pohyb v makromolekulách ⇒ změny vlastností • difúze v plastech snadnější než v kovech (díky strukturálnímu uspořádání) • míra difúze - propustnost Bobtnání • difundující látka vytváří s makromolekulárními řetězci sekundární vazby ⇒ oddalování řetězců ⇒ změna objemu, změna vlastností Destrukce chemickou reakcí • difundující látka reaguje s plastickou hmotou, ke změnám dochází v důsledku chemického napadení polymeru nebo příměsí (zmýdelňování působením kyselin nebo hydoxidů, reakce s funkčními skupinami)

8. Koroze


59

B. Degradace plastů • rozkládání polymerů, při kterém se makromolekula štěpí na menší částice • depolymerace – štěpení na monomer a nízké oligomery • destrukce (rozklad) polymeru – odštěpování nízkomolekulárních produktů (HCl, H2O) • způsoby

– termická degradace – při tepelném namáhání bez přístupu O2 – fotodegradace – pod vlivem světla

Radek Šulc @ 2008 8. Koroze


60

VIII. Koroze Ocelový hřebík vystavený vzduchu a vlhkosti

Recommend Documents