koroze cvut

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