Korrózió

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. október 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 7 szerkesztést igényelnek .

Korrózió  (a latin  corrosio  - maró) [1] - fémek és ötvözetek  spontán pusztulása a környezettel való kémiai, elektrokémiai vagy fizikai-kémiai kölcsönhatás következtében. A fizikai okokból történő megsemmisítés nem korrózió, hanem az „ erózió ”, „kopás”, „ kopás ” fogalmak jellemzik . A korrózió oka a szerkezeti anyagok termodinamikai instabilitása a velük érintkező anyagok hatásaival szemben.

Példa erre a vas oxigénkorróziója a vízben:

A vas-hidroxid Fe(OH) 3 az úgynevezett rozsda .

A mindennapi életben a vasötvözetek ( acélok ) esetében gyakrabban használják a „rozsdásodás” kifejezést - a vas és ötvözeteinek korróziója hidratált vasmaradékokból álló korróziós termékek képződésével.

A nem fémes anyagok nem tartoznak a korrózió definíciójába. Ami a polimereket illeti , létezik az „öregedés” fogalma, hasonlóan a fémekre vonatkozó „korrózió” kifejezéshez. Például a gumi öregedése a légköri oxigénnel való kölcsönhatás miatt vagy egyes műanyagok tönkremenetele a légköri csapadék hatására , valamint a biológiai korrózió.

A korrózió sebessége, mint minden kémiai reakció, nagymértékben függ a hőmérséklettől. A hőmérséklet 100 fokos emelkedése több nagyságrenddel növelheti a korróziós sebességet.

A korrózió típusainak osztályozása

A korróziós folyamatokat a széles eloszlás, valamint a különféle körülmények és környezetek jellemzik, amelyekben előfordulnak. Ezért nincs egységes és átfogó osztályozás az előforduló korróziós esetekre [2] .

Az agresszív közeg típusától függően, amelyben a megsemmisítési folyamat végbemegy, a korrózió a következő típusú lehet:

A korróziós folyamat körülményei szerint a következő típusokat különböztetjük meg:

A pusztítás jellege szerint:

A fő osztályozás a folyamat mechanizmusa szerint történik. Két típusa van:

Nem fémes anyagok korróziója

Az üzemi körülmények súlyosbodásával (hőmérséklet-emelkedés, mechanikai igénybevétel, a környezet agresszivitása stb.) a nem fémes anyagok is ki vannak téve a környezet hatásának. Ezzel kapcsolatban a "korrózió" kifejezést kezdték alkalmazni ezekre az anyagokra, például "beton és vasbeton korróziója", "műanyag és gumi korróziója". Ez a környezettel való kémiai vagy fizikai-kémiai kölcsönhatás következtében megsemmisülésére és működési tulajdonságaik elvesztésére vonatkozik. De figyelembe kell venni, hogy a nemfémek és fémek folyamatainak mechanizmusa és kinetikája eltérő lesz.

Fémek korróziója

A fémek korróziója a fémek pusztulása a korrozív környezettel való kémiai vagy elektrokémiai kölcsönhatás következtében [3] . A korróziós folyamatra a „korrozív folyamat”, a folyamat eredményeként a „korróziós roncsolás” kifejezést kell használni.

A korrózió alatt a felületen előforduló fémes anyagok elektrokémiai vagy kémiai megsemmisülését értjük. Leggyakrabban a korrózió során a fém oxidálódik fémionok képződésével, amelyek további átalakulások során különféle korróziós termékeket adnak. A korróziót kémiai és elektrokémiai folyamatok egyaránt okozhatják. Ennek megfelelően a fémek kémiai és elektrokémiai korróziója van.

A korrózió típusai

A korróziónak 4 fő típusa van: elektrokémiai korrózió, hidrogén-, oxigén- és kémiai korrózió.

Elektrokémiai korrózió

Elektrokémiai korróziónak nevezzük a fémnek a korrozív környezetben keletkező galvánelemek hatására bekövetkező pusztulását. Az elektrokémiai korrózióhoz mindig szükség van egy elektrolit (kondenzátum, esővíz stb.) jelenlétére, amellyel az elektródák érintkeznek - vagy az anyagszerkezet különböző elemei, vagy két különböző érintkező anyag, eltérő redoxpotenciállal. Ha sók, savak vagy hasonlók ionjait vízben oldjuk, annak elektromos vezetőképessége megnő, és a folyamat sebessége nő.

Amikor két különböző redoxpotenciálú fém érintkezik és elektrolitoldatba, például esővízbe, oldott szén-dioxiddal CO 2 kerül , galvanikus cella képződik , az úgynevezett korrozív cella. Ez nem más, mint egy zárt galvánelem. Ebben egy kisebb redoxpotenciálú fémes anyag lassú oldódása következik be; a második elektróda egy párban általában nem korrodálódik. Ez a típusú korrózió különösen jellemző a nagy negatív potenciállal rendelkező fémekre. Így a nagy redoxpotenciállal rendelkező fém felületén nagyon kis mennyiségű szennyeződés már elegendő egy korrozív elem megjelenéséhez. Különösen veszélyeztetettek azok a helyek, ahol különböző potenciállal rendelkező fémek érintkeznek, például hegesztések vagy szegecsek .

Ha az oldódó elektróda korrózióálló, a korróziós folyamat lelassul. Ez az alapja például a vastermékek horganyozással történő korrózió elleni védelmének  - a cink negatívabb potenciállal rendelkezik, mint a vas, ezért egy ilyen párban a vas csökken, és a cinknek korrodálnia kell. A cink felületén oxidfilm képződése miatt azonban a korróziós folyamat nagymértékben lelassul.

A nagyszabású elektrokémiai korrózióra példa az az incidens, amely 1967 decemberében a norvég Anatina ércszállítóval [ 4] ( eng.  Anatina ) történt Ciprusról Oszakába tartó úton . A Csendes-óceánon elrepült tájfun következtében sós víz került a rakterekbe, és nagy galvánpár alakult ki : rézkoncentrátum a hajó acéltörzsével , amely hamarosan meglágyult, és a hajó vészjelzést adott. A legénységet egy német hajó mentette meg, aki megmentette, maga Anatina pedig alig ért ki a kikötőbe [5] [6] .

Hidrogén és oxigén korrózió

Ha a H 3 O + ionok vagy a H 2 O vízmolekulák redukálódnak , akkor hidrogénkorrózióról vagy hidrogéndepolarizációs korrózióról beszélnek. Az ionok visszanyerése a következő séma szerint történik:

vagy

Ha nem szabadul fel hidrogén , ami gyakran semleges vagy erősen lúgos környezetben fordul elő , oxigénredukció következik be , és oxigénkorrózióról vagy oxigéndepolarizációs korrózióról beszélünk:

Korrozív elem nem csak két különböző fém érintkezésekor keletkezhet. Korrozív elem egy fém esetében is képződik, ha például annak felületi szerkezete inhomogén (például szemcseközi korrózió).

Kémiai korrózió

A kémiai korrózió a fémfelület és a korrozív közeg kölcsönhatása, amely nem jár együtt elektrokémiai folyamatok fellépésével a fázishatáron. Ebben az esetben a fémoxidáció és a korrozív közeg oxidáló komponensének redukciója egy lépésben megy végbe. Például vízkő képződése, amikor a vasalapú anyagokat magas hőmérsékleten oxigénnek teszik ki:

A korrózió típusai

  • Réteges korrózió
  • Filiform korrózió
  • Szerkezeti korrózió
  • Szemcseközi korrózió
  • Szelektív korrózió
  • Öntöttvas grafitizálás
  • Cinktalanítás
  • réskorrózió
  • Kés korrózió
  • Korróziós fekély
  • feszültségkorróziós repedés
  • feszültségkorrózió
  • Korróziós fáradtság
  • Korróziós kifáradási határ
  • Korróziós ridegség

Korrózióvédelem

A korrózió évente több milliárd dolláros veszteséget okoz, ennek a probléma megoldása pedig fontos feladat. A korrózió által okozott fő kár nem a fém elvesztése, hanem a korrózió által tönkrement termékek óriási költsége. Ezért olyan nagyok az ipari országokban ebből származó éves veszteségek. Az ebből származó valódi veszteségek nem határozhatók meg csak a közvetlen veszteségek értékelésével, amelyek magukban foglalják az összeomlott szerkezet költségeit, a berendezések cseréjének költségeit és a korrózió elleni védekezés költségeit. Még nagyobb kár a közvetett veszteség. Ezek a berendezések leállása a korrodált alkatrészek és szerelvények cseréjekor, a termékek szivárgása, a technológiai folyamatok megzavarása.

Az ideális korrózióvédelmet 80%-ban a megfelelő felület-előkészítés biztosítja, és csak 20%-ban a felhasznált festékek és lakkok minősége és felhordási módja [7] . Az alapfelület további védelme előtti felület-előkészítés egyik legtermékenyebb és leghatékonyabb módja a homokfúvás .

A korrózióvédelmi módszereknek általában három területe van:

  1. Szerkezeti
  2. Aktív
  3. Passzív

A korrózió megelőzése érdekében szerkezeti anyagként rozsdamentes acélokat , Corten acélokat és színesfémeket használnak .

Ha kis mennyiségű krómot adunk az acélhoz, oxidfilm képződik a fém felületén. A rozsdamentes acél krómtartalma meghaladja a 12 százalékot.

A szerkezet tervezésekor ragasztókkal, tömítőanyagokkal, gumitömítésekkel igyekeznek minél jobban elszigetelni a korrozív környezet behatolásától.

Az aktív korróziógátló módszerek az elektromos kettős réteg szerkezetének megváltoztatására irányulnak . Állandó áramforrással állandó elektromos mezőt alkalmazunk, a feszültséget úgy választjuk meg, hogy növeljük a védett fém elektródpotenciálját. Egy másik módszer az áldozati anód használata, egy aktívabb anyag, amely lebomlik, megvédve a védett tárgyat.

A festékbevonatnak, a polimer bevonatnak és a zománcozásnak mindenekelőtt meg kell akadályoznia az oxigén és a nedvesség bejutását. Gyakran bevonatot is alkalmaznak, például acélt más fémekkel, például cinkkel, ónnal, krómmal, nikkellel. A cinkbevonat akkor is védi az acélt, ha a bevonat részben megsemmisül. A cink negatívabb potenciállal rendelkezik, és először korrodálódik. A Zn 2+ ionok mérgezőek. A dobozok gyártása során ónréteggel bevont ónt használnak. Ellentétben a horganyzott fémlemezzel, amikor az ónréteg megsemmisül, a vas korrodálódni kezd, ráadásul intenzívebben, mivel az ón pozitívabb potenciállal rendelkezik. A fém korrózió elleni védelmének másik módja egy nagy negatív potenciállal rendelkező védőelektróda, például cink vagy magnézium használata. Ehhez speciálisan korróziós elemet hoznak létre. A védett fém katódként működik , és ezt a fajta védelmet katódos védelemnek nevezik. Az oldható elektródát az áldozatvédelem anódjának nevezzük. Ezt a módszert a hajók, hidak, kazántelepek, föld alatti csövek korrózió elleni védelmére használják. A hajótest védelme érdekében a hajótest külső oldalára horganylemezek vannak rögzítve.

Ha összehasonlítjuk a cink és a magnézium potenciálját a vassal, több negatív potenciállal rendelkeznek. Ennek ellenére lassabban korrodálódnak, mivel a felületen védő oxidfilm képződik, amely megvédi a fémet a további korróziótól. Egy ilyen film kialakulását fémpasszivációnak nevezik. Alumíniumban anódos oxidációval (anodizálással) erősítik .

Termikus permetezés

A korrózió leküzdésére termikus permetezési módszereket is alkalmaznak . Termikus szórással a fém felületén egy másik fém/ötvözet réteg jön létre, amely nagyobb korrózióállóságú (szigetelő), vagy fordítva kevésbé ellenálló (futófelület). Ez a réteg lehetővé teszi a védett fém korróziójának megállítását. Az eljárás lényege a következő: gázsugárral fémkeverék részecskéit, például cinket visznek fel nagy sebességgel a termék felületére, aminek eredményeként egy védőréteg képződik, amelynek vastagsága kb. tíz-száz mikron . A hőpermetezést az elhasználódott berendezéselemek élettartamának meghosszabbítására is alkalmazzák: az autószervizben a kormányrúd helyreállításától az olajtársaságok egységeiig [8] .

Termikus diffúziós cinkbevonat

A fémtermékek agresszív környezetben való működéséhez a fémtermékek felületének stabilabb korrózió elleni védelmére van szükség. A hődiffúziós cinkbevonat a vasfémekhez képest anódos, és elektrokémiailag védi az acélt a korróziótól . Erős adhéziója ( adhézió ) az alapfémmel a vas és a cink kölcsönös diffúziója miatt a felületi intermetallikus fázisokban, így a bevonatok ütés hatására, mechanikai igénybevétele és deformációja nem következik be [9] .

A gőz- vagy gázfázisból magas hőmérsékleten (375-850 °C) vagy vákuummal (vákuum) 250 °C-on végzett diffúziós horganyzást kötőelemek, csövek, szerelvények és egyéb szerkezetek bevonására használják. Jelentősen növeli az acél, öntöttvas termékek ellenállását hidrogén-szulfidot tartalmazó környezetben (beleértve a hidrogén-szulfidos korróziós repedés ellen is), ipari légkörben, tengervízben stb. A diffúziós réteg vastagsága a hőmérséklettől, időtől, horganyzási módtól függ, és 0,01 lehet. -1,5 mm. A diffúziós horganyzás modern eljárása lehetővé teszi bevonat kialakítását a rögzítőelemek menetes felületein anélkül, hogy megnehezítené azok későbbi felépítését. A bevonóréteg mikrokeménysége Hμ = 4000-5000 MPa . A diffúziós cinkbevonat jelentősen javítja az acél és öntöttvas termékek hőállóságát 700 °C-ig. Lehetőség van ötvözött diffúziós cinkbevonatok beszerzésére, amelyek javítják a szolgáltatási jellemzőket.

Kadmium

Az acél alkatrészek kadmiummal való bevonása a horganyzáshoz hasonló módon történik, de erősebb védelmet nyújt, különösen tengervízben. A kadmium jelentős toxicitása és magas költsége miatt sokkal ritkábban használják. Vékony réz-oxid réteggel is bevonva, amely megakadályozza a korrózió további terjedését.

Krómozás

Acél alkatrészek krómozása .

A korrózió okozta gazdasági károk

A fémkorrózióból származó gazdasági veszteségek óriásiak. Az Egyesült Államokban a legfrissebb NACE -adatok [10] szerint a korróziós károk és a leküzdés költségei a GDP 3,1%-át (276 milliárd dollárt) tették ki. Németországban ez a kár a GDP 2,8%-át tette ki. Különböző országok szakértői szerint ezek a veszteségek az iparosodott országokban a nemzeti össztermék 2-4%-át teszik ki. Ugyanakkor a fémveszteség, beleértve a meghibásodott fémszerkezetek, termékek, berendezések tömegét is, az éves acéltermelés 10-20%-a között mozog [11] .

A rozsda a hidak meghibásodásának egyik leggyakoribb oka . Mivel a rozsda térfogata sokkal nagyobb, mint a vas eredeti tömege, felhalmozódása a szerkezeti részek egyenetlen egymáshoz illeszkedéséhez vezethet. Ez okozta a Mianus folyón átívelő híd megsemmisülését 1983 - ban , amikor a hídkonzol csapágyai belül korrodálódtak. Három sofőr meghalt, amikor a folyóba esett. A vizsgálatok kimutatták, hogy az út lefolyását elzárták és nem takarították, és a szennyvíz behatolt a hídpillérekbe [12] . A Nemzeti Közlekedésbiztonsági Tanács tanulmánya szerint a híd meghibásodását a hídfesztávolságot tartó külső konzol és mindkét csapjának mechanikai meghibásodása okozta. Rozsda keletkezett a csapcsapágyban. És mivel a térfogata mindig sokkal nagyobb, mint az eredeti acél rész, ez a szerkezet részei egyenetlen egymáshoz illeszkedéséhez vezetett. A híd esetében a rozsdás tömeg a belső konzolt eltolta a külső és belső tartót összetartó csap végétől. (Ez a csapokat tartó kapcsok tervezési határértékeit meghaladó erőt hozott létre!) Ez a fesztáv teljes tömegét a külső konzolra mozgatta. Ez a további terhelés a csapban kifáradási repedést okozott. Amikor két nehéz teherautó behajtott a híd ezen szakaszába, a csapok végül meghibásodtak, és a híd fesztávja a folyóba esett ...

1967. december 15- én a nyugat-virginiai Point Pleasant és Kanaugát (Ohio állam) összekötő Silver Bridge hirtelen az Ohio folyóba omlott. Az összeomlás idején 37 autó haladt a hídon, közülük 31 a híddal együtt esett el. Negyvenhat ember meghalt, kilencen pedig súlyosan megsérültek. Az áldozatok és a sérülések mellett a Nyugat-Virginia és Ohio közötti fő közlekedési útvonal is megsemmisült. Az összeomlás oka a korrózió volt [13] . A pennsylvaniai Kinzoo hidat 2003 -ban egy tornádó pusztította el elsősorban azért, mert a központi főcsavarok korrodálódtak, ami nagymértékben csökkentette a stabilitást.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Idegen szavak szótára. - M .: " Orosz nyelv ", 1989. - 624 p. ISBN 5-200-00408-8
  2. ↑ Korrózióvédelem / Kozlov D.Yu .. - Jekatyerinburg: ID Origami LLC, 2013. - S. 343. - 440 p. - 1000 példányban.  - ISBN 978-5-904137-05-2 .
  3. ↑ "GOST 5272-68: Fémek korróziója. Feltételek."
  4. ↑ Spiridonov A. A. A mesterség és a múzsák szolgálatában. - 2. kiadás - M . : Kohászat , 1989. - S. 53. - ( Népszerű tudományos iskolás könyvtár ). — 50.000 példány.  — ISBN 5-229-00355-3 .
  5. ↑ Kereskedelmi és haditengerészeti hajók eseményei (1946-2000) - 1967.12.25 . (elérhetetlen link) . Letöltve: 2014. augusztus 11. Az eredetiből archiválva : 2012. február 16.. 
  6. ↑ Lásd még például: Ogden Standard Examiner, Bridgeport Post, 1967. december 24.
  7. ↑ ISO 8501-1. „Az acél alapfelület előkészítése festékek és hasonló bevonatok felhordása előtt. Felületi tisztaság szemrevételezéses értékelése 1. rész. Bevonat nélküli acél és acél szubsztrátum oxidációs sebessége és előkészítési foka az előző bevonatok teljes eltávolítása után.
  8. ↑ Termikus permetezés  (elérhetetlen link)
  9. ↑ GOST R 9.316-2006 "Egységes korrózió- és öregedésvédelmi rendszer. Termikus diffúziós cinkbevonatok. Általános követelmények és ellenőrzési módszerek.
  10. ↑ Jelentés a 16. korróziós világkongresszusról Pekingben Archiválva : 2010. február 24., a Wayback Machine , 2005. szeptember.
  11. ↑ "Irányelvek a festési munkák vizuális és mérési minőség-ellenőrzésére szolgáló ellenőrök képzéséhez" - Jekatyerinburg: LLC "ID" Origami ", 2009-202 p., ISBN 978-5-9901098-1-5
  12. ↑ "Az I-95-ös út hídjának egy része Greenwichben a folyóba esik; Megölni 3." New York Times . 1983. június 29  .
  13. ↑ A KORRÓZIÓ TÖRTÉNETÉBŐL  (neopr.)  // "Cleaning. Painting" folyóirat. - 2008. - június ( 4. évf. (15) ). - S. 48 .

Irodalom

  • Balalaev G. A., Medvegyev V. M., Moshchansky N. A. . Épületszerkezetek védelme a korrózió ellen: Tankönyv mérnöki egyetemek és karok számára. - Moszkva: Stroyizdat, 1966. - 224 p.
  • Krasnoyarsky V. V., Frenkel G. Ya., Nosov R. P. Fémek korróziója és védelme. - M . : Kohászat, 1969. - 299 p.

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák