SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE 2. 1

Transkript

1 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE Koroze a ochrana před korozí Pod pojmem koroze rozumíme napadání a ničení kovových materiálů chemickými nebo elektrochemickými reakcemi s určitými látkami v okolním prostředí. Korozní prostředky (účinné látky) jsou látky, které obklopí součást, působí na materiál a způsobí korozi, např. vzduch v místnosti, venkovní vzduch, který může nebo nemusí být průmyslově znečištěn, mořský vzduch, sladká nebo slaná voda, půda nebo chemikálie. Korozí způsobené škody na osobních automobilech, strojích a ocelových stavbách jsou nevyčíslitelné. Části těchto škod lze zabránit použitím vhodných ochranných opatření Příčiny koroze Korozivní pochody probíhají, podle okolních podmínek, velmi různě. Rozlišujeme elektrochemickou korozi a chemickou korozi. Nejčastější škody působí elektrochemická koroze. Elektrochemická koroze Při elektrochemické korozi probíhají korozní procesy na povrchu kovu v elektricky vodivé kapalině - elektrolytu. Jako elektrolyt postačuje velmi tenký vlhký film nebo zbytky vody v trhlině, ale také stopy zpocených rukou na součástkách. Elektrochemická kyslíková koroze vlhkých ocelových povrchů Povrch kovových součástí je ve vlhkých prostorách a venkovním prostředí při vlhkých povětrnostních podmínkách potažen vlhkým filmem. Lesklé části z nelegované a málo legované oceli se za těchto podmínek po několika dnech pokryjí skvrnami rzi Pochody, které jsou základem této koroze, spočívají v působení kyslíku ze vzduchu ve spojení s vodou na železném materiálu. Probíhající procesy lze vysvětlit na plošce materiálu pod kapkou vody Uprostřed kapky se do roztoku uvolňuje železo jako ionty Fe 2+. Tato ploška materiálu působí jako místní anoda (lokální anoda). Na okrajích kapky reagují ionty OH-, které se vytvořily z rozložené-ho vzdušného kyslíku ve vodě, s rozloženými ionty železa Fe 2+. a vytvářejí nejdříve hydroxid železitý Fe 0H 3 a z něj rez Fe0(0H). Ta se vylučuje kruhovitě na okrajích kapky. 1

2 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE 2. 2 Na povrchu oceli lze pozorovat tvorbu rzi, která se začíná projevovat jako skvrny. Postupně je z těchto míst korozi zasažen celý povrch oceli. Elektrochemická koroze na korozních článcích Při této korozi dochází ke stejnému pochodu, jaký probíhá v galvanickem článku. Galvanický článek se skládá ze dvou elektrod z různých kovů, které se ponoří do elektricky vodivé kapaliny, elektrolytu. V této konfiguraci se méně ušlechtilý kov rozkládá - koroduje. U galvanického článku zinek/měď se zinková elektroda (anoda) rozpouští jako ionty Zn 2-, zatímco na měděné elektrodě (katodě) vzniká rozkladem vody vodík. Mezi oběma elektrodami je malé elektrické napětí, které závisí na materiálech elektrod. Chemická koroze Chemická koroze se nejčastěji vyskytuje při tváření za tepla a tepelném zpracování ocelových součástí. U chemické koroze reaguje materiál přímo s agresivní látkou, bez působení vlhkosti. Příklad: Zokujení rozžhavených výkovků při tváření zatepla. Zde reaguje železo (Fe) se vzdušným kyslíkem (O 2 ) a vznikají okuje (Fe 2 O 3 ) Se suchým vzduchem reagují kovy až při zvýšené teplotě. Proto tuto korozi nazýváme vysokoteplotní korozí nebo zjednodušeně zokujením. 2

3 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE Druhy koroze a jejich projevy Podle materiálu a korozní látky se tvoří následující druhy koroze, které mají typické projevy. - Při rovnoměrné plošné korozi ubývá povrch působením koroze přibližně rovnoměrně a pomalu. Tento druh koroze se vyskytuje u nepovlakovaných součástí z nelegovaných konstrukčních ocelí ve venkovním prostředí nebo při zokujení výkovků. - Bodová místní koroze a důlková koroze se většinou vyznačuje plošným korozivním úbytkem, při kterém se tvoří důlky a prohlubně. U nerezavějící oceli, která je v kontaktu s médiem obsahujícím chlor, dochází také k bodové korozi, která má podobu jehlovitého vpichu do materiálu. Tento druh koroze je velmi nebezpečný např. u tlakových nádob. - Kontaktní koroze nastává, pokud spolu přímo sousedí dvě součásti z rozdílných materiálů a je k dispozici kapalina (jako elektrolyt). Méně ušlechtilý z obou kovů se ve vzniklém korozním článku zničí. Kontaktní koroze vzniká např. u kluzných ložisek, pokud jsou ložisková pouzdra vyrobena z jiného materiálu než skříň, nebo u šroubových spojení, pokud jsou šrouby a spojované součásti z rozdílných materiálů. - Štěrbinová koroze (koroze ve spárách) se vyskytuje tehdy, pokud kvůli omezenému přívodu vzduchu panují ve spáře (štěrbině) různé koncentrace kyslíku. Tento případ nastává např. ve spáře mezi dvěma součástmi, ve spáře mezi průchozí dírou a šroubem nebo u na sobě ležících bodově svařených plechů. 3

4 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE Koroze nádrží se vyskytuje např. u nádob, které jsou zčásti naplněné vodou. Přednostně dochází ke korozivnímu ataku těsně pod úrovní hladiny kapaliny. Příčinou je rozdílná koncentrace kyslíku při povrchu a v hlubších vrstvách vody. - U selektivní koroze probíhá korozivní atak především (selektivně) podél určitých strukturních oblastí materiálu. - Vločková (napěťová) koroze a koroze v trhlinkách vzniká při spolupůsobení elektrochemické koroze a silného zatížení součásti tahem. Koroze probíhá podle působícího média a druhu zatížení mezikrystalově nebo transkrystalicky Ochrana proti korozi Součásti strojů mohou být zasaženy korozí už během výroby, ve skladu hotových výrobků nebo namontované ve stroji. Vhodnými ochrannými opatřeními lze korozi zabránit. Výběr vhodných materiálů Nejlepší a nejlevnější ochranou součásti proti korozi je výběr vhodného materiálu, který při předpokládaných korozních podmínkách nebývá korozí zasažen. Je tedy třeba znát korozivní chování materiálů vůči působení různých médií Často není z technických důvodů, např. kvůli požadavkům na pevnost nebo kvůli vysokým nákladům, možné zvolit materiál, který by byl z hlediska odolnosti vůči korozi nejvýhodnější. Pak je třeba zvolený materiál chránit opatřeními, která korozi zamezí. Konstrukční opatření chránící proti korozi Součásti a stroje je třeba konstruovat tak, aby nevznikala žádná místa, která by byla ohrožena korozí Vzniku míst ohrožených kontaktní korozí se zamezí použitím stejných materiálů v montážním celku nebo použitím izolačních vložek. 4

5 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE 2. 5 Vzniku spár se zamezí odborně provedenými svarovými spoji místo šroubových spojení. Použijí se uzavřené profily, např. trubky. Je třeba vytvářet co nejhladší povrchy, např. broušením nebo leštěním. Špičkám napětí v součásti se zamezí tím, že se nepoužijí vruby (např. drážky) s ostrými hranami nebo náhlé přechody průřezu. Snížení agresivity okolního prostředí V mnoha případech nepůsobí okolní prostředí agresivně jako celek, ale agresivní jsou pouze jeho jednotlivé složky, např. vlhkost ve vzduchu nebo ionty kyselin v chladicí kapalině. Odstraněním korozivních látek z okolního média lze korozi podstatně snížit nebo zcela vyloučit. Někdy je to možné velmi snadným způsobem. Příklad: Do chladicích a mazacích prostředků se přidají inhibitory. Vážou na sebe agresivní složky, např. ionty kyselin nebo solí, a ty pak již nejsou škodlivé. Ochrana proti korozi během a po třískovém obrábění Během třískového obrábění se zabraňuje korozi součásti inhibitory, které jsou přidány do řezné kapaliny. Inhibitory jsou pasivačně působící, olejnaté nebo solné látky. Vytvářejí na materiálu okem neviditelný, jen několik molekulových vrstev silný ochranný film. Bezprostředně po vyrobení se musí odstranit voda, která přilnula na povrchu součásti s řeznou kapalinou a součást se musí chránit až do dalšího zpracování. To se provádí ponořením do antikorozního oleje s přídavkem inhibitorů a vytěsňovačů vody. Na součásti, které jdou po vyrobení na sklad, se po očištění a vysušení máčením nanese tenká vrstva transparentního laku nebo se zabalí do speciálního papíru napuštěného ochranným olejem proti korozi. Ochranné vrstvy proti korozi na železných materiálech Ochrana proti korozi prováděná nanesením tenkého filmu nebo ochranné vrstvy na součást se používá u nelegovaných nebo nízkolegovaných ocelí a u litin. Podle požadované doby ochrany, požadovaných vlastností chráněného povrchu součásti a agresivních látek se používají různé povlaky. 5

6 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE 2. 6 Ochrana proti korozi lesklých ocelových dílů Povrchy mnoha součástí strojů musejí zůstat lesklé, aby mohly plnit svůj účel, např. kluznice, vodicí dráhy, vřetena, ozubená kola, kroužky valivého ložiska, měřidla, hydraulické písty Předpokladem pro odolnost proti korozi těchto ploch je broušený nebo leštěný povrch a natření tukem nebo olejem chránícím proti korozi. Ochrana proti korozi chemickým ošetřením povrchu Při tomto postupu se součást namáčí do aktivní lázně. Na jejím povrchu se chemickou reakcí vytvoří s materiálem pevně spojená, mikroporézní reakční vrstva o síle několika mikrometrů. Následným naolejováním ochranným antikorozivním olejem se póry uzavřou a součást je opatřena vodu odpuzujícím (hydrofobním) ochranným filmem. Používanými chemickými ošetřeními povrchu jsou fosfátování, brynýrování a chromátování. Poskytují pro díly, které se používají v dílnách ve výrobních závodech, dostatečnou ochranu proti korozi Pro trvalou ochranu proti korozi ve venkovním prostředí jsou nevhodné. Fosfátové vrstvy se dále hodí jako úpravy povrchu pod nátěry. Ochranné antikorozní nátěry Ochranné antikorozní nátěry se nanášejí např. na tělesa strojů, plechové kryty nebo nosné ocelové konstrukce. Pokrývají součást souvislou vrstvou nátěrových hmot, která ji chrání před kontaktem s okolím. Doba ochrany činí většinou mnoho let. Životnost antikorozního nátěru závisí především na odborné předchozí úpravě povrchu, na který se nanáší. Musí být absolutně bez tuku a bez nečistot a rzi. Zrezivělé součásti se zbavují rzi např. otryskáváním nebo broušením. Odmašťuje se praním v prací lázni. Dobré přilnavosti vrstvy a ochrany proti prorezivění se dosahuje fosfátováním ocelových součástí, popř. eloxováním hliníkových částí nebo nátěrem, tzv. wash-primerem (roztoky obsahují chromáty a fosfáty). Ochranný nátěr se nanáší stříkáním, elektrostatickým stříkáním, práškovým lakováním nebo máčením. 6

7 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE 2. 7 Jednoduché antikoroiní nátěry, např. na krytech obráběcích strojů, se skládají z několika vrstev, které se nanášejí na fosfátovaný plech Nátěrové hmoty se míchají z pojiva, např. alkydové pryskyřice nebo polyurethanové pryskyřice, a jemnozrnných pigmentů. Náročné antikorozní nátěry, např. karoserií automobilů, se skládají až ze 6 vrstev. Kovové povlaky Žárové pokovování. Dobrou ochranu proti korozi získáme pro ocelové součásti např. vrstvou zinku. Nanáší se máčením součásti do lázně s roztaveným zinkem. Galvanicky vylučované kovové povlaky se používají k antikorozní ochraně a pro svůj dekorativní vzhled např. u ozdobných dílů automobilů. Vyhledávané povlakové kovy jsou nikl a chrom. Nejčastěji se jedná o několik vrstev, např. z mědi, zinku a chromu. Katodická antikorozní ochrana U katodické antikorozní ochrany s reakčními anodami se chráněný kovový díl, např. do země uložená trubka, vodivě pokryje hořčíkovými deskami. S vlhkostí v půdě vzniká galvanický článek, přičemž se rozpouštějí neušlechtilé hořčíkové anody (nazývané reakční anody). Trubka tvoří katodu a je tak chráněna. 7

8 SPŠ A VOŠ KLADNO STROJNICTVÍ AE 2. 8 U katodické antikorozní ochrany s anodami zachycujícími bludné proudy je součást jako katoda připojena k zápornému pólu baterie, zatímco grafitové anody jsou připojeny ke kladnému pólu. Součást je tak katodou a je tím chráněna proti korozi. Antikorozní ochrana hliníkových materiálů U hliníkových součástí se zlepšuje přirozená odolnost hliníku proti korozi anodickou oxidací (tzv. eloxováním). Součást se jako anoda zavěsí do lázně. Na hliníkové součásti se vytvoří tvrdá, proti korozi odolná, pevně přilnavá oxidová vrstva z Al203 Tato vrstva oxidu je průhledná, takže hliníková součást si zachovává svůj původní kovový lesk. Lze ji však také barvit. 8