to get the file

Koroze a oxidace
Tomáš Doktor
K618 - Materiály 1
3. prosince 2013
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
1 / 26
1
Chemická koroze
Oxidačnı́ prostředı́
Redukčnı́ a speciálnı́ prostředı́
2
Elektrochemická koroze
Standardnı́ potenciál. Koroznı́ potenciál
Vnějšı́ projevy koroze
3
Koroznı́ produkty
4
Koroznı́ ochrana
Volba materiálu
Konstrukčnı́ úpravy
Úprava koroznı́ho prostředı́
Povrchové úpravy
Katodická ochrana
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
2 / 26
Havárie chemičky v Bhopálu
Chemička na výrobu pesticidů společnosti Union Carbide
Bhopal, Indie
3. prosince 1984
Únik 27t Methylisokyanátu
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
2 / 26
Havárie chemičky v Bhopálu
Chemička na výrobu pesticidů společnosti Union Carbide
Bhopal, Indie
3. prosince 1984
Únik 27t Methylisokyanátu
Následky
Během prvnı́ch třı́ dnů 8 000 mrtvých
Zasaženo 500 000
Oslepnutı́, zástava dechu, přeplněnı́ plic
tekutinou, potrat, poškozenı́ plodu
Do dneška přes 25 000 mrtvých
Každý měsı́c umı́rá dalšı́ch 15-20 lidı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
2 / 26
Havárie chemičky v Bhopálu
Přı́činy
Úspory na provozu a bezpečnostnı́ch opatřenı́ch
nı́zké stavy personálu
odstavenı́ chladicı́ch zařı́zenı́
použitı́ nekvalitnı́ oceli
navzdory riziku koroze působenı́m zpracovávaných chemikáliı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
3 / 26
Let Aloha Airlines 243
28. dubna 1988
let z Hilo do Honolulu
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
4 / 26
Let Aloha Airlines 243
28. dubna 1988
let z Hilo do Honolulu
explozivnı́ dekomprese
oddělenı́ části kabiny
nedostatek kyslı́ku
teplota −50o C
vrchnı́ letuška byla
vymrštěna ven z letadla
ostatnı́ se zachránili dı́ky
podařenému nouzovému
přistánı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
4 / 26
Let Aloha Airlines 243
Velký počet vzletů a přistánı́
cyklické zvýšené mechanické namáhánı́
Zanedbané koncentroly nýtovaných spojů
Kolem prasklých nýtů byly nalezeny trhliny
únavová koroze
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
5 / 26
Koroze
Opotřebenı́ materiálu
Mechanické
Otěr, eroze
Koroze
Nevratný proces rozrušovánı́ a znehodnocovánı́ materiálu vinou
chemické nebo elektrochemické reakce
Postupuje od povrchu materiálu k jeho vnitřku
Wolfgang Pauli:
God made the bulk; the surface was invented by the devil
Důvod koroze
Kovy jsou termodynamicky nestabilnı́
Snažı́ se dostat do stabilnı́ formy, ve které existujı́ v přı́rodě
oxidy
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
6 / 26
Chemická koroze
Chemická koroze
Chemická reakce atomů kovu s atomy koroznı́ho prostředı́
Přı́mý přestup elektronů z kovu do koroznı́ho činidla
Přı́činy chemické koroze
Oxidačnı́ nebo redukčnı́ atmosféry
Zvýšená teplota
Kyseliny
Organická rozpouštědla
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
7 / 26
Chemická koroze
Oxidačnı́ prostředı́
Oxidačnı́ prostředı́
Oxidačnı́ atmosféry
Zplodiny hořenı́
Obsahujı́ kyslı́k, CO2
Vznikajı́ od cca 200o C - tenké vrstvy oxidů jsou přı́činou změny
barvy
Při většı́ tloušt’ce oxidů (vyššı́ teploty) - okuje
rozdı́lná teplotnı́ roztažnost oproti původı́mu kovu
odlupujı́ se
oxidace se opakuje, nedojde k pasivaci
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
8 / 26
Chemická koroze
Oxidačnı́ prostředı́
Žáruvzdornost
Schopnost materiálu odolat vyššı́m teplotám - žáruvzdornost
Schopnost uchovávat si při zvýšených teplotách mechanické
vlastnosti žárupevnost
Přı́sady zvyšujı́cı́ žáruvzdornost
prvky snáze reagujı́cı́ s kyslı́kem
tvořı́ odolnějšı́ oxidy než železo
chrom, hlinı́k, křemı́k
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
9 / 26
Chemická koroze
Redukčnı́ a speciálnı́ prostředı́
Redukčnı́ a speciálnı́ prostředı́
Redukčnı́ prostředı́
Atmosféry obsahujı́cı́ CO, CO2
+ Zabraňujı́ oxidaci - použitı́ jako ochranné atmosféry
- Může způsobit nauhličenı́ povrchu (jako při cementovánı́)
nenı́ vždy žádoucı́
Speciálnı́ prostředı́
Atmosféry obsahujı́cı́ sı́ru - vytvářı́ sulfidy
Vanad - snižuje žáruvzdornost
Dusı́ková atmosféra - slučuje se s hlinı́kem - rušı́ jeho ochrannou
(pasivačnı́) schopnost
Vodı́ková koroze (vodı́ková nemoc) - vázánı́ vodı́ku uvnitř
struktury - s kyslı́kem nebo oxidy reaguje za vniku vody,
způsobuje křehnutı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
10 / 26
Elektrochemická koroze
Elektrochemická koroze
Rozrušovánı́ materiálu za vzniku elektrického proudu
Podmı́nkou je přı́tomnost elektrolytu a elektrod
Vzniká koroznı́ článek, obdoba Galvanického článku
Galvanický článek
Elektrochemická disociace
M → M n+ + ne−
Anoda - vylučuje kladé ionty, nabı́jı́ se záporně
Katoda - přitahuje kladé ionty, nabı́jı́ kladně
Elektrodový potenciál
napětı́ naměřené mezi elektrodami - hodnota
platná pro dvojice kovů
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
11 / 26
Elektrochemická koroze
Standardnı́ potenciál. Koroznı́ potenciál
Standardnı́ potenciál. Koroznı́ potenciál
Pro porovnávánı́ byl zaveden standardnı́ potenciál
potenciál vzhledem k vodı́kové elektrodě (platinová elektroda
obalovaná proudem plynného vodı́ku)
vodı́ková elektroda má potenciál roven nule
Čı́m vyššı́ standardnı́ potenciál, tı́m lépe kov odolává
elektrochemické korozi
Kovy se záporným standardnı́m potenciálem neušlechtilé
Kovy se kladným standardnı́m potenciálem ušlechtilé
Koroznı́ potenciál
Určen standardnı́m potenciálem a dalšı́mi faktory ovlivňujı́cı́mi
sklon ke korozi (drsnost povrchu, agresivita koroznı́ho prostředı́ etc.)
Kov
Potenciál
Mg2
-2.37
Kov
Potenciál
H2
0.00
Al3
-1.66
Sn4
0.01
Tomáš Doktor (18MRI1)
Ti3
-1.63
Sb3
0.24
Mn
-1.18
Cu2
0.34
Zn2
-0.76
Cu
0.52
Cr3
-0.74
Pb4
0.78
Koroze
Fe2
-0.44
Ag
0.80
Pt2
1.20
Ni2
-0.25
Sn2
-0.14
Pb2
-0.13
Fe4
-0.04
H2
0.00
Au
1.50
3. prosince 2013
12 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Rovnoměrná koroze
Rovnoměrné rozpouštěnı́ povrchu kovu
(nejčastěji v kyselém prostředı́)
Celý povrch je napaden přibližně stejně
Mı́ra koroze
Úbytek tloušt’ky [mm] nebo [µm]
Úbytek hmotnosti[g/m2 ]
Rychlost koroze
Mı́ra koroze za časovou jednotku [µ/rok] nebo [g · m−2 · rok]
Závisı́ na vlastnostech elektrolytu a na velikosti korodovaného
povrchu (drsnost)
Nejméně nebezpečná
nevznikajı́ slabá mı́sta (koncentrátory napětı́)
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
13 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Spárová a štěrbinová koroze
Do spár se dostává kapilárnı́mi jevy voda
Zadržuje se zde prach, který udržuje prostředı́ vlhké
V úzké spáře se snižuje standardnı́ potenciál - urychluje
rozpouštěnı́
Vyskytuje se v mı́stech spojů konstrukčnı́ch prvků
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
14 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Důlková a bodová koroze
Napadená mı́sta jsou velmi malá i
<1mm
Koroze rychle postupuje do hloubky
Přı́činou je heterogenita struktury
Lokálnı́ koncentrace napětı́
bodová koroze
důlková koroze
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
15 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Selektivnı́ koroze
selektivnı́ / výběrová / strukturnı́
Vyskutuje se u vı́cefázových slitin, majı́-li
fáze rozdı́lný standardnı́ potenciál
Fáze bohatá na méně ušlechtilou složku
se rozpouštı́
Vzniká poréznı́ struktura s nevýhodnými
mechanickými vlastnostmi
Přı́klad - heterogennı́ mosazi - rozpouštı́
se fáze bohatšı́ na Zn
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
16 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Interkrystalická a transkrystalická koroze
Interkrystalická koroze
Transkrystalická koroze
Rozpouštěnı́ fáze
vyloučené na hranicı́ch zrn
Trhlina probı́hajı́cı́ napřı́č
krystaly
Menšı́ koroznı́ odolnost
hranic krystalů
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
17 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Koroze pod napětı́m
(pozor, jde o napětı́ mechanické)
Současné působenı́ koroznı́ho prostředı́ a mechanického
namáhánı́
tah nebo ohyb (napadena jsou tažená vlákna)
Porušenı́ je interkrystalické nebo transkrystalické
Přı́činou je opakované rozrušovánı́ čela trhliny korozı́
vlivem napětı́ vznikne v mı́stě poruchy trhlina ⇒ ve spáře rychlejšı́
postup koroze (rozrušovánı́ pasivačnı́ vrstvy)
vlivem koroze se materiál na čele trhliny oslabı́ ⇒ trhlina se zvětšı́
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
18 / 26
Elektrochemická koroze
Vnějšı́ projevy koroze
Koroze bludnými proudy
Přı́činou je průchod elektrického proudu půdou
zavlečenı́ proudu od kolejové dopravy elektrické stejnosměrné
trakce
od kolejı́ se proud vracı́ k měnı́rně půdou
Napadá liniové vedenı́ uložené v zemi - produktovody
v mı́stě, kde proud produktovod opouštı́, se jeho materiál stává
anodou - rozpouštı́ se
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
19 / 26
Koroznı́ produkty
Koroznı́ produkty. Pasivace
Chemické sloučeniny vzniklé následkem koroznı́ch pochodů
Stabilnı́ - dále nekorodujı́
Pokryjı́-li celý povrch součásti, chránı́ jej před dalšı́ korozı́ pasivace
princip koroznı́ odolnosti hlinı́ku - pokrytı́ tenkou vrstvou Al2 O3
Přı́liš silná vrstva koroznı́ch produktů se na povrchu neudržı́
odlupuje se (viz odlupovánı́ rzi od železa)
koroze začı́ná znovu
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
20 / 26
Koroznı́ ochrana
Volba materiálu
Koroznı́ ochrana volba materiálu
Korozivzdorné oceli
Vliv přı́sadových prvků
vyššı́ obsah hlinı́ku
měd’
Homogenita struktury
Omezenı́ vnitřnı́ho pnutı́
Úprava povrchu
Pozinkovánı́
Pocı́novánı́
vhodné i pro potravinářské účely
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
21 / 26
Koroznı́ ochrana
Konstrukčnı́ úpravy
Konstrukčnı́ úpravy
Jednoduché a hladké tvary - minimalizace povrchu vystaveného
koroznı́mu prostředı́
Minimalizace ostrých hran a koutů - prach ⇒ vlhkost ⇒ koroze
Použitı́ silnostěnných prvků
Omezenı́ spár ve spojı́ch - nasávánı́ vlhkosti
Utěsněnı́ nebo zajištěnı́ odtoku
Zamezenı́ styku materiálů s různým elektrodovým potenciálem
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
22 / 26
Koroznı́ ochrana
Úprava koroznı́ho prostředı́
Úprava koroznı́ho prostředı́
Agresivita prostředı́
Vlhkost
Inhibitory
Obsah prachu
Zpomalujı́ průběh koroze
ionty arsenu, antimonu
Poušt’
Úprava
Suchý venkov
Větránı́
Přı́mořı́, město
Vysoušenı́
Tropy, průmyslové závody
Klimatizace
Mořský přı́boj, chemický
průmysl
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
23 / 26
Koroznı́ ochrana
Povrchové úpravy
Povrchové úpravy
Zamezenı́ styku materiálu s koroznı́m prostředı́m
Žárové pokovovánı́ - střı́kánı́ roztaveným kovem
Nátěry
Galvanické pokovovánı́ - elektrolytický pochod
Umělé vytvářenı́ pasivnı́ vrstvy
Povrchové legovánı́ - sycenı́ povrchu vhodným prvkem (Al, Cr)
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
24 / 26
Koroznı́ ochrana
Katodická ochrana
Katodická ochrana
Aktivnı́ koroznı́ ochrana
Změna směru průchodu proudu
použitı́ zdroje stejnosměrného proudu
Využitı́ zápornějšı́ho elektrodového potenciálu
obětovaná anoda - chráněný kov se stává katodou
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
25 / 26
Děkuji za pozornost
[email protected]
Reference
Callister, Jr., W.D.: Fundamentals of Materials Science and
Engineering, Willey & sons, 2001
Machek, V., Sodomka, J.: Nauka o materiálu 2: Kovy a kovové
materiály, ČVUT, 2006
http://corrosion-doctors.org
http://www.bhopal.org
http://www.vscht.cz/met/stranky/vyuka/labcv/korozni inzenyrstvi se/ko
Tomáš Doktor (18MRI1)
Koroze
3. prosince 2013
26 / 26