Mendelova univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání Oddělení expertního inženýrství Význam korozních zkoušek při hodnocení degradace kovových součástí a zařízení Bakalářská práce Vedoucí Bakalářské práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vypracovala: Klára Klučková Brno 2013

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Význam korozních zkoušek při hodnocení degradace kovových součástí a zařízení vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a ředitelky vysokoškolského ústavu ICV Mendelovy univerzity v Brně. Brno dne.. Podpis studenta..

3 Poděkování Ráda bych vyjádřila poděkování vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Michalu Černému, CSc. za čas, ochotu být nápomocen a cenné rady při psaní této bakalářské práce. Dále bych chtěla poděkovat Ing. Zbyňku Šochovi za připravení korozních zkoušek.

4 Abstrakt Korozní zkoušky slouží k získávání informací o korozní odolnosti experimentální formou. Korozní procesy jsou velmi různorodé a proto, i když víme o zákonitostech korodování materiálu mnoho, stále je třeba získávat nové poznatky. Tato bakalářská práce se zabývá korozními zkouškami a jejich užití při hodnocení degradace kovových součástí a zařízení. V první části seznámí s podstatou koroze, jednotlivými druhy koroze, prostředími, ve kterých může koroze probíhat a možnou protikorozní ochranou. V další části bakalářské práce je uveden přehled korozních zkoušek, jejich druhy a principy, aplikace poznatků z korozních zkoušek v oblasti technického znalectví a znaleckých posudků. Poslední částí této práce je shrnutí experimentální zkoušky v laboratoři, verifikace korozních typů zkoušek. Klíčová slova: koroze, opotřebení, povlaky, korozní zkoušky. Abstract Corrosion tests are used to obtain information on the corrosion resistance of experimental form. Corrosion processes are very diverse. We know many of the laws corrosion, but still need to acquire new knowledge. This bachelor thesis deals with the corrosion tests, their use in assessing degradation of metal components and equipment. In the first part acquainted with the nature od corrosion, various types of corrosion, corrosion environment and possibility of corrosion protection. In the next part of the bachelor thesis is an overview of corrosion tests, their types and principles. Application of knowledge of corrosion tests in the area of technical expertise and expert evidences. The last part is a summary of experimental tests in the laboratory, verification corrosion tests. Key words: corrosion, wear, coatings, corrosion tests.

5 Obsah ÚVOD CÍL PRÁCE DEGRADACE POVRCHŮ KOROZE CHARAKTER KOROZE DRUHY KOROZNÍHO NAPADENÍ Rovnoměrná koroze Nerovnoměrná koroze Skvrnitá koroze Bodová koroze (obecně) Důlková koroze Podpovrchová koroze Koroze po vrstvách Mezikrystalová koroze (obecně) Transkrystalová koroze Selektivní koroze KOROZE DLE KOROZNÍHO PROSTŘEDÍ Atmosférická koroze Koroze ve vodách Půdní koroze Koroze v plynech Zvláštní druhy korozního napadení KOROZNÍ DĚJE Z HLEDISKA VNĚJŠÍCH ČINITELŮ Koroze za napětí OPOTŘEBENÍ

6 1.7 PORUŠOVÁNÍ OCHRANNÝCH POVLAKŮ PROTIKOROZNÍ OCHRANA PROTIKOROZNÍ OCHRANA VOLBOU MATERIÁLU ÚPRAVA KOROZNÍHO PROSTŘEDÍ ELEKTROCHEMICKÁ OCHRANA POVLAKY A ÚPRAVA POVRCHU KONSTRUKCE A TECHNOLOGIE PŘEDBĚŽNÉ ÚPRAVY A DOČASNÁ ÚPRAVA POVRCHU POVLAKY ANORGANICKÉ NEKOVOVÉ POVLAKY Konverzní vrstvy Keramické smaltování Žárově stříkané povlaky KOVOVÉ POVLAKY A VRSTVY ORGANICKÉ POVLAKY Organické povlaky z nátěrových hmot Technologie nanášení nátěrových hmot Povlaky z plastů VLIV TLOUŠŤKY A PÓROVITOSTI KOROZNÍ ZKOUŠKY DRUHY KOROZNÍCH ZKOUŠEK PRINCIPY KOROZNÍCH ZKOUŠEK PŘÍPRAVA VZORKŮ A PODMÍNEK ZKOUŠKY KOROZNÍ ZKOUŠKY PRO JEDNOTLIVÉ DRUHY KOROZE Hodnocení pro typy korozního napadení PROVOZNÍ PRŮMYSLOVÁ KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ MONITOROVÁNÍ KOROZE

7 4.7 SROVNÁNÍ KOROZNÍCH MONITOROVACÍCH TECHNIK STUDIUM VYBRANÝCH TYPŮ KOROZNÍCH ZKOUŠEK KOROZNÍ ZKOUŠKA V SOLNÉ MLZE KOROZNÍ ZKOUŠKA V KONDENZAČNÍ KOMOŘE ZKOUŠKA HLOUBENÍM MŘÍŽKOVÁ METODA MĚŘENÍ TLOUŠŤKY NÁTĚROVÉHO SYSTÉMU ZKOUŠKA OHYBEM ZKOUŠKA ODTRHEM APLIKACE POZNATKŮ V TECHNICKÉM ZNALECTVÍ ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ...58 SEZNAM TABULEK

8 ÚVOD Kovu se již po staletí využívá díky jeho dobrým mechanickým vlastnostem, pevnosti, pružnosti a houževnatosti, ale také i kvůli jeho výborné schopnosti tepelné a elektrické vodivosti. V neposlední řadě je důležité zmínit jeho estetické vlastnosti a fakt, že je snadno zpracovatelný. V dnešní době se neustále zvyšuje technická úroveň a užitná hodnota a spolehlivost strojírenských výrobků. Při užití kovových strojírenských výrobků dochází ke styku kovu s okolním prostředím a tím pádem i k jeho degradaci korozi jejich povrchu. Koroze kovů je fyzikálně-chemické působení mezi kovem a prostředím vedoucí ke změnám vlastností kovů, které jsou nežádoucí. Způsobuje zhoršené funkce materiálu užitého v různých technických systémech, vede ke snížení primárních užitých vlastností a zhoršení mechanických vlastností. Kovové materiály se v současné době využívají v průmyslu nejčastěji, a proto se jejich degradace účelně zkoumá již řadu let. Pro zkoumání korozní problematiky je velmi důležité znát základní principy a mechanizmy korozních procesů. A pro jejich ochranu a prodloužení životnosti je také nutné znát technologii protikorozní ochrany. Koroze závisí na agresivitě prostředí, ve kterém se kovový výrobek nachází. V posledních letech se přirozená agresivita prostředí zvyšuje stále víc vlivem znečišťování průmyslovou činností. Ztráty a poruchy způsobené korozí jsou od zanedbatelných až po velmi rozsáhlá poškození. Je proto velmi důležitá volba správného materiálu v kombinaci s vhodnou protikorozní ochranou. Abychom co nejvíce předešli korozi, musíme získávat stále nové poznatky o jednotlivých kovech a jejich užití v různých prostředích. Toto zkoumání se nazývá monitoring koroze a spočívá v experimentálním získávání informací o korozní odolnosti různými zkouškami. Korozní zkoušky lze provádět v laboratořích nebo přímo v provozu. Zajistí nám rychlé získání poznatků, tím umožňuje včasný zásah a zvolení materiálu a protikorozní ochrany. 10

9 CÍL PRÁCE Bakalářská práce pojednává o významu korozních zkoušek při hodnocení degradace kovových materiálů. Bakalářská práce by měla být fokusována do oblasti rozboru korozního napadení v kontextu celkového opotřebení součásti s důrazem na celkový přehled protikorozních povlaků a jejich verifikaci. Systému korozních zkoušek by měla být věnována kompilace rešeršních poznatků z oblasti protikorozní ochrany a hlavně jejího zkoušení. Získané poznatky by měly být synkreticky zařazeny do oblasti technického znalectví. 11

10 1 DEGRADACE POVRCHŮ Kovové konstrukční materiály jsou namáhány nejen mechanicky, ale musejí odolávat i vlivům agresivního prostředí. Materiál vystavený nepříznivým podmínkám je postupně rozrušován a snižuje se tak jeho použitelnost, živostnost a tím i jeho spolehlivost. Odolnost povrchové vrstvy kovového materiálu je dána jejím složením nebo typem. Důležité jsou také tloušťka, struktura, velikost pnutí, kvalita spojení se základním materiálem a druh namáhání samostatných kovových součástí, ale i v povlaku. Při porušování povrchových vrstev lze vycházet ze základních modelů porušování. (Kraus, 2000) 1.1 Koroze Jedná se o samovolný a nevratný proces postupného rozrušování kovových materiálů a jejich slitin v důsledku chemických a elektrochemických reakcí s obklopujícím agresivním prostředím. To vede ke ztrátě původních funkčních vlastností výrobků z těchto materiálů. Korozi mohou podléhat nejen kovy a jejich slitiny, ale také nekovové materiály, jako jsou například keramické a silikátové látky, sklo, beton, nebo guma a plasty a další mnohé materiály. Poškození materiálu může být různé, od změny jeho vzhledu až po úplný rozpad v celém průřezu. Koroze je tedy vzájemné působení mezi materiálem a prostředím. Důležitý faktor je časový průběh koroze, tedy rychlost koroze. Korozní děje jsou často ovlivňovány také současným působením mechanického namáhání. Degradace materiálu způsobená korozí se může projevovat zcela zjevně, úbytkem materiálu a vytvářením korozních produktů na povrchu kovu, nebo poškozením struktury materiálu, která není až tak zjevná, ale projeví se například praskáním materiálu. Horší variantou korozního napadení je ta, která zjevná není a probíhá pod povrchem materiálu. Tento druh napadení je velmi nebezpečný a nesnadno odhalitelný. Různé druhy korozního napadení závisí na materiálu (druh, struktura, vlastnosti, čistota), na korozním prostředí a na podmínkách, ve kterých je materiál umístěn. 12

11 Při ochraně proti korozi se snažíme ovlivňovat tyto tři základní faktory: - volba materiálu - v jakém korozním prostředí se materiál nachází - časový průběh koroze (Michna, 2007) 1.2 Charakter koroze A. Chemická koroze Chemická koroze probíhá v elektricky nevodivých prostředích, plynech a neelektrolytech. Hlavní příčinou chemické koroze je termodynamická nestálost kovů v různých prostředích, spojena s přechodem kovu do stálejšího stavu zplodin koroze. Při chemické korozi dochází k oxidaci materiálu. Oxidace kovů je velmi složitým dějem a reakce probíhají na fázových rozhraních kov oxid kyslík a ve vrstvě vznikajících oxidů. V prvním stádiu oxidace materiálu v plynném prostředí probíhá adsorpce molekul kyslíku na povrchu. Adsorbční procesy mohou probíhat buď v monomolekulové vrstvě kyslíku nebo ve vícemolekulárních vrstvách. Podle sil působících při adsorpci se adsorpce rozděluje na: - fyzikální adsorpci molekuly kyslíku jsou vázány pouze malou vazbovou energií - chemisorpci molekuly kyslíku jsou velmi pevně vázány, na rozdíl od fyzikální adsorpce je chemisorpce nebratným dějem. Vodíková koroze Nejvýznamnější korozí v chemickém a petrochemickém průmyslu je poškození vodíkem. Nastává tam, kde dochází ke kontaktu kovového konstrukčního materiálu s vodíkem. Vodík vzniká na povrchu materiálu při teplotách pod 100 C a to hlavně katodickou korozní reakcí a vstupuje do materiálu v atomární formě. Vodíková koroze je chemická koroze vznikající napětím při reakcích atomárního vodíku s některými druhy fází struktury kovu. (Michna, 2007) Vodík reaguje pouze s některými kovy (Ti, Zr, Ta aj.) za vzniku hybridů, které se v základním kovu velmi dobře rozpouštějí. I velmi malé množství těchto hybridů způsobuje úplné zkřehnutí kovu. Ostatní kovy ani za účasti vysokých teplot s vodíkem nereagují. Vodík zvyšuje tlak v materiálu (až na stovky MPa) a i bez přítomnosti 13

12 vnějšího napěťového namáhání kov křehne a praská a vznikají tzv. vodíkové puchýře. (Černý, 1984) B. Elektrochemická koroze Elektrochemická koroze probíhá ve vodních roztocích, taveninách hydroxidů a solí. Jedná se o elektrochemický proces. Aby došlo k elektrochemické korozi, platí stejně jako u chemické koroze předpoklad termodynamické nestability kovu v daném korozním prostředí. Všechny korozní reakce mohou být rozděleny na anodické a katodické reakce. Anodická reakce vede k oxidaci kovu korozi. Katodickou reakcí se v roztoku redukují některé složky korozního prostředí spotřebováváním elektronů. Oba děje probíhají současně a jsou na sebe vázány tak, že elektrony uvolněné při anodické reakci jsou spotřebovávány katodickou reakcí. (Kraus, 2000) U korodujícího kovu dochází díky anodické reakci ke ztrátě kovového charakteru a stává se kationtem. Ten se v roztoku rozpouští. Rychlost koroze odpovídá proudu tekoucímu korozním článkem mezi katodou a anodou. (Michna, 2007) Nejméně odolné materiály jsou materiály elektronegativní, tj. s největším negativním potenciálem proti kovům s kladným potenciálem. Nezáleží pouze na druhu kovu, ale rychlost koroze ovlivňuje i stav povrchu, typ a množství korozního činidla, teplota apod. Hodnoty elektrolytického potenciálu jsou platné pouze v začátku koroze. Vlivem vzájemně přitažlivých sil v elektrickém rozvrstvení se během poměrně krátké doby koroze zpomaluje. Tento zpomalovací děj se nazývá polarizace. V průběhu polarizace se snižuje potenciální rozdíl mezi anodou a katodou a to vede ke snížení rozsahu koroze. Polarizaci na katodě způsobují vodíkové ionty, které jsou na povrchu katody a zabraňují jiným iontům v přístupu na katodu. Polarizace anody je způsobená produkty rozkladu, které se usazují na anodě. K odstranění nebo zmenšení polarizace slouží depolarizace, která je například způsobená pohybem elektrolytu nebo vznikem sraženiny. Depolarizace tedy sloužení k opětovnému urychlení koroze. (Kraus, 2000) Mezi nejčastější projevy elektrochemické koroze patří koroze bodová a mezikrystalová. Tyto druhy napadení jsou rozebrány v následující podkapitole u Cr-Ni ocelí. 14

13 Bodová koroze Cr-Ni ocelí Je to lokalizovaný korozní děj. Projevuje se hlubokými důlky na povrchu kovu, přičemž okolní povrch je bez viditelných napadení. Nejčastěji probíhá bodová koroze na korozivzdorných ocelích a hliníku. Způsobuje je konkurence mezi hydroxidovými a chloridovými ionty na povrchu. Chloridové ionty pasivní vrstvu narušují, zatímco hydroxidové vytvářejí. Neustálý pohyb iontů vede k vznikání a zanikání mikrodůlků, pokud ale vznikne důlek stabilní, pak začne probíhat koroze v plném rozsahu. V místě poruchy kovu vzniká důlek, ve kterém roste koncentrace agresivních iontů a dochází k poklesu ph. Tyto stále agresivnější podmínky způsobují, že se vzniklý důlek stále zvětšuje a rozrůstá. Malý otvor důlku nedovoluje výměnu roztoku uvnitř důlku. Ke vzniku bodové koroze přispívá hrubý šupinatý povrch, přítomnost okují a vměstků ve struktuře oceli. Nejvhodnější ochranou před bodovou korozí je volba vhodného kovového materiálu. Pro zvýšení odolnosti korozivzdorného materiálu se provádí např. legování. Dále k zamezení vzniku bodové koroze napomáhá i snížení oxidační schopnosti prostředí, přítomnost iontů s inhibiční schopností a zvýšení ph, snížená teplota. (VŠCHT, 2009) Mezikrystalová koroze nerezavějících ocelí Mezikrystalická koroze probíhá mezi krystaly (zrny) podél jejich rozhraní. Tato koroze dokazuje vliv strukturních změn kovu na jeho korozní odolnost. Nejčastěji podléhají slitiny, u kterých při stárnutí, ohřevu nebo tepelném ovlivnění dochází ke změnám struktury zrn na jeho hranicích. Nejvíce nebezpečná je pro korozivzdorné oceli, niklové slitiny, slitiny hliníku, v závislosti na jejich chemickém složení, struktuře a tepelném zpracování. Pokud je ocel kvalitně tepelně zpracovaná, tak většinou mezikrystalové korozi nepodléhá. Vhodným složením slitin nebo snížením obsahu uhlíku u korozivzdorných ocelí jí lze taktéž čelit. Mezikrystalová koroze nezasahuje celý povrch, ale probíhá pouze podél rozhraní zrn. Toto rozhraní má vlivem strukturních změn (malé množství chromu) malou odolnost proti korozi, protože na hranicích se nachází karbid. Pokud dojde k napadení, pak koroze proniká do velké hloubky nebo i celým průřezem. To poruší pevnost a soudržnost všech zkorodovaných zrn a kov tak ztrácí svoji houževnatost a pevnost, ztratí kovový zvuk při úderu. 15

14 U různých materiálů lze zaznamenat i odlišné příčiny mezikrystalové koroze, například důsledkem špatného tepelného zpracování korozivzdorných ocelí nebo u niklu, působením atmosféry obsahující síru za zvýšených teplot. Svarové švy, spoje a jejich okolí z korozivzdorných materiálů jsou nejvíce náchylné k mezikrystalové korozi. (Černý, 1984) 1.3 Druhy korozního napadení Koroze může napadat celou hmotu materiálu, nebo může porušovat jeho strukturu. Dělíme je dle stupně rovnoměrnosti rozpouštění povrchu na napadení: - Rovnoměrné - Nerovnoměrné - Skvrnité - Bodové - Důlkové - Podpovrchové - Napadení po vrstvách - Mezikrystalové - Transkrystalové - Selektivní Rovnoměrná koroze Rovnoměrná koroze, která se projevuje stejnoměrným rozrušováním povrchu, udává se například úbytkem v mm za rok. Při projevech rovnoměrné koroze lze vypočítat předpokládanou životnost zařízení a zjistit tak, zda je použitý materiál vhodně zvolený. Obr. 1 - Rovnoměrná koroze, 1) původní povrch, 2) povrch po napadení Zdroj: Michna

15 1.3.2 Nerovnoměrná koroze Lze ji nazývat také jako místní korozi. Tvarem je podobná korozi rovnoměrné, ale nezasahuje celý povrch materiálu a také probíhá v různých místech odlišnou rychlostí Skvrnitá koroze Obr. 2 - Nerovnoměrná koroze Zdroj: Michna 2007 Jedná se o nepravidelné a poměrně mělké narušení materiálu. Rozměr poškození může být větší než velikost zorného pole i při malém zvětšení. Obr. 3 - Skvrnitá koroze Zdroj: Michna Bodová koroze (obecně) Jedná se o lokalizovaný korozní děj. K bodové korozi dochází nejčastěji v roztocích obsahujících sůl jako je chlor, brom nebo jod. Tato koroze je především nebezpečná u materiálů odolných proti rovnoměrné korozi (korozivzdorné oceli). Jedná se o poměrně rychlou korozi prostupující do velké hloubky a může dokonce způsobit úplné proděravění materiálu. Bodová koroze se projeví v místech materiálu, kde není povrchový film zcela spojitý, nebo v místech vad a slabších ochranných vlastností. Mohou to být vměstky nebo hranice zrn. Projevuje se bodem na povrchu, jehož hloubka je podstatně větší než jeho samotná šířka. Dochází k poklesu ph a zvyšuje se koncentrace agresivních prvků. (VŠCHT, 2009) 17

16 1.3.5 Důlková koroze Obr. 4 - Bodová koroze Zdroj: Michna 2007 Jedná se o korozi, která je velmi podobná korozi bodové, ale tvar korozního napadení je ve tvaru důlku, jehož hloubka se přibližně rovná délce. (Michna, 2007) Obr. 5 - Důlková koroze Zdroj: Michna Podpovrchová koroze Podpovrchová koroze se na povrchu projevuje většinou pouze malým poškozením, ale pod povrchem může být velmi rozsáhlá. Je zde také možnost, že se na povrchu vůbec neprojeví. V případech koroze materiálu bez projevů na povrchu se jedná o zvlášť nebezpečný druh koroze. (Kundrát, 2010) Obr. 6 - Podpovrchová koroze Zdroj: Michna

17 1.3.7 Koroze po vrstvách Koroze, při které vzniká narušení mezi jednotlivými vrstvami materiálu a může vést k odlupování jednotlivých nepoškozených vrstev. (Nevěčný, 2001) Obr. 7 - Koroze po vrstvách Zdroj: Michna Mezikrystalová koroze (obecně) Mezikrystalická koroze probíhá mezi krystaly (zrny) podél jejich rozhraní. Tato koroze dokazuje vliv strukturních změn kovu na jeho korozní odolnost. Nejčastěji podléhají slitiny, u kterých při stárnutí, ohřevu nebo tepelném ovlivnění dochází ke změnám struktury zrn na jeho hranicích. Nejvíce nebezpečná je pro korozivzdorné oceli, niklové slitiny, slitiny hliníku, v závislosti na jejich chemickém složení, struktuře a tepelném zpracování. Mezikrystalová koroze nezasahuje celý povrch, ale probíhá pouze podél rozhraní zrn. Toto rozhraní má vlivem strukturních změn malou odolnost proti korozi. Koroze poruší pevnost a soudržnost všech zkorodovaných zrn a kov tak ztrácí svoji houževnatost a pevnost, ztratí kovový zvuk při úderu. U různých materiálů lze zaznamenat i odlišné příčiny mezikrystalové koroze. (Černý, 1984) Transkrystalová koroze Poškození probíhá ve formě trhlin, ale na rozdíl od mezikrystalové koroze trhliny prochází Obr. 8 - Mezikrystalová koroze Zdroj: Michna 2007 jednotlivými zrny, skluzovými rovinami hustě obsazenými 19

18 dislokacemi. Trhliny vznikají nejčastěji působením vnitřního napětí v kombinaci s agresivním prostředím. (Kundrát, 2010) Selektivní koroze Obr. 9 - Transkrystalová koroze Zdroj: Michna 2007 Tato koroze nejčastěji probíhá ve slitinách s dvojfázovou a vícefázovou strukturou. U kovů s jednofázovou strukturou nastává koroze jednotlivých zrn, které jsou tvarově deformovány, zrna odlišné velikosti, nebo různá pásma tvořená vměstky. Selektivní koroze nejčastěji probíhá u mědi, mosazi a perlitické oceli, kde dochází k přeměně cementitu na grafit. Příkladem selektivní koroze je například odzinkování mosazi, tedy rozpuštění zinku z jeho slitiny s mědí. (Kundrát, 2010) 1.4 Koroze dle korozního prostředí Koroze kovových materiálů vzniká v mnoha typech prostředí. Rozdílná korozní agresivita, ovlivňuje rychlost a sílu koroze. Korozní napadení dělíme na: - Korozi v atmosféře - Korozi ve vodách - Půdní korozi Obr Selektivní koroze, napadení jedná fáze vícefázové struktury a napadení jednotlivých zrn struktury Zdroj: Michna

19 - Mikrobiální korozi - Korozi v betonu - Koroze v lidském organismu Atmosférická koroze V atmosféře probíhá 80% všech korozních úbytků materiálu. Způsobuje to vystavení většiny kovových materiálů působení atmosféry, ta působí na téměř celý povrch daného konstrukčního materiálu. Výrobků z konstrukčního materiálu (uhlíkové oceli) je vystaveno v atmosféře mnoho, například kovové stavební konstrukce, automobily a další strojírenské výrobky. Obr Koroze v atmosféře Zdroj: SVÚOM Praha Za normálních teplot má tato koroze elektrochemický mechanismu. Interakce kovového materiálu se suchým vzduchem je zanedbatelná. Ke korozi dochází díky vlhkosti atmosféry. Při nadkritické vlhkosti vzduchu, když relativní vlhkost vzduchu překročí kritickou hodnotu 60%, dochází ke vzniku filmu elektrolytu na povrchu, který je nutný pro průběh korozních reakcí. Naopak při vlhkostech podkritických je koroze u většiny materiálů zanedbatelná. Působení atmosféry je dáno lokalitou a tzv. dobou ovlhčení (doba, po kterou je vlhkost atmosféry nadkritická). Činí v našich podmínkách 3400 až 4000 hodin za rok. Vrstva elektrolytu je nejagresivnější při mlze. Agresivita atmosféry je také silně ovlivněna přítomností různé řady látek. V našich podmínkách je v atmosféře nejvíce obsažen oxid siřičitý, který je nejvýznamnějším stimulátorem koroze. 21

20 V České republice rozeznáváme tyto kategorie korozní agresivity atmosfér: Tab. 1 - Kategorie korozní agresivity atmosféry Zdroj: časopis KONSTRUKCE Kategorie C1 C2 C3 C4 C5 CX Korozní agresivita Velmi nízká Nízká Střední Vysoká Velmi vysoká Extrémní V dnešní době je Česká republika poměrně čistým prostředím. Korozní poškození na našem území je přijatelné z funkčního hlediska, ale ne z hlediska estetického. Na povrchu železných materiálů vzniká nevzhledná pórovitá vrstva rzi, která nemá ani žádnou ochrannou funkci. Tato vrstva se využívá pouze u tzv. patinujících ocelí, což jsou nízkolegované uhlíkové oceli používané v atmosféře i bez povrchové ochrany, vrstva, která se tvoří na povrchu je plně přilnavá, vzniká rovnoměrně a má rovnoměrné zbarvení. Hlavní škodlivou složkou v atmosféře je oxid siřičitý SO 2. Ten se do atmosféry dostává přirozeně, vulkanickými erupcemi a rozkladem organické hmoty. Velké množství vzniká při spalování nekvalitního uhlí v tepelných elektrárnách. Látky ovlivňující atmosférickou korozi: - chloridy, které způsobují aktivní rozpouštění, u nás vznikají z posypových solí, ale nejčastěji se projevují v přímořských státech - tuhé látky, prach, tyto látky usnadňují kondenzaci, způsobují korozně erozní poškození, vodivé částice mohou fungovat jako elektroda a urychlovat tím korozi - amoniak je příčinou korozního praskání mosazi - oxidy dusíku a přízemní ozon Kumulace uvedených agresivních složek atmosféry urychluje průběh koroze. V trvale vlhkém prostředí lze pozorovat korozi mnohem výraznější. V atmosférách 22

21 s velkým znečištěním, například v průmyslových zónách, je koroze při špatném udržování nátěrových systémů velmi agresivní. (VŠCHT, 2009) Koroze ve vodách Pojem koroze ve vodách zahrnuje nejen korozi v čisté vodě, ale především v různé slabě koncentrované vodné roztoky s látkami, které se do vody dostanou přirozeným koloběhem vody v přírodě, nebo v průmyslu. Veškeré vody působí agresivně na vodní stavby a lodě. Z přírodních vod se agresivita přenáší i na průmyslové vody a také na vodu pitnou. Přírodní vody se dělí na sladké, slané a na vody sladké znečištěné slanou vodou, tedy vody brakické. Vody průmyslové se dělí podle užití na vody pro energetické účely (ty jsou vždy upravené), chladící (upravené i neupravené), technologické (to jsou vody, které jsou přidávány do technologických roztoků) a na vody odpadní. Agresivita průmyslové vody je ovlivněna úpravami nebo látkami, které se do vody dostanou při užívání nebo při cirkulaci. Různé druhy vod musí plnit různé požadavky, ale většina vod má mnoho společných faktorů ovlivňujících její agresivitu. Obr Koroze ve vodovodním potrubí Zdroj: Červený 2011 Působením zcela čisté vody na kovový povrch dochází jen k zanedbatelné korozi. Za vznik a rozšiřování koroze ve vodě jsou odpovědny příměsné látky, které vždy v různém množství voda v přírodních i provozních podmínkách obsahuje. Vodu a její agresivitu zejména ovlivňuje kyslík a další agresivní plyny v ní obsaženy. Kyslík je sice spouštěčem koroze, ale je-li jeho obsah ve vodě dostatečný, tvoří se na povrchu materiálu ochranná vrstva, která může korozi omezovat. Ve většině vod ale bohužel není dostatek kyslíku, aby materiál chránil. Dále voda může obsahovat 23

22 různé typy rozpuštěných solí, organické látky a mikroorganismy. Kyselost, teplota a také rychlost proudění a obsah pevných částic. Další důležitou složkou vody je oxid uhličitý, který způsobuje pokles ph. Tento pokles může nastat i ve znečištěné atmosféře, rozpuštěním oxidu siřičitého ve vodě. Soli rozpuštěné ve vodě, v našich podmínkách málo časté, mění ph roztoku, zvyšují vodivost, ovlivňují tvorbu vrstev na povrchu kovu a mohou být příčinou nerovnoměrné koroze. To se spíše projevuje u mořské vody. Ve sladkých vodách v našich podmínkách je koncentrace soli malá, tedy je zde i nízká elektrická vodivost. Velmi významnou složkou vod jsou hydrogenuhličitanové, vápenaté a hořečnaté ionty, ty mají inhibiční účinek. Vliv mikroorganismů ve vodním prostředí může být pro rozvoj koroze také velmi významný. (VŠCHT, 2009) Půdní koroze V půdě je často umístěno zařízení z oceli a litiny, jako jsou různá potrubí. Dále zde najdeme materiály jako je olovo a hliník, které jsou před korozí chráněné izolanty. Volba izolantů a ochrany materiálů v půdě závisí na významu zařízení, druhu kovu a v neposlední řadě agresivitě půdy. Agresivitu půdy nejvíce ovlivňuje její typ, soudržnost, vlhkost a homogenita, chemické složení půdy, ph a kolísání spodní vody. Podle těchto kritérií lze na základě řady metodik odhadnout korozní agresivitu půdního prostředí. Jedná se o korozi v elektrolytech přítomná je tuhá, kapalná i plynná složka. Vlhkost je hlavním činitelem korozního napadení. Bez vlhkosti by koroze byla zcela zanedbatelná. K průběhu korozního děje je nezbytná přítomnost půdního elektrolytu. Další vlastnost pro korozi v půdách je schopnost půdy zadržovat nebo propouštět vodu. Jednoznačně agresivnější je půda, která vodu váže, tedy bahnitá. Podle druhu půdy, hloubky a ročního období, množství srážek, teploty a složení povrchových vod se mění i obsah plynů. Se zvyšující se hloubkou klesá například koncentrace kyslíku. Ten působí depolarizačně a může pomáhat při rozkladu organických látek. Agresivita půd je závislá i na ph. To je u většiny půd v rozmezí hodnot 3 až 9. Pod hodnotou 6,5 je agresivita půd velmi vysoká a nad hodnotu 8,5 jsou půdy již zcela neagresivní. Na korozní procesy májí značný vliv také redukční a oxidační schopnosti půdy. Přítomnost soli zvyšuje vodivost, zadržuje vlhkost a mívá aktivační účinky. V půdách se vyskytují díky solení komunikací. Půdní agresivita se také zvyšuje 24

23 mikrobiální aktivitou, přítomností bludných proudů nebo i zvýšenou teplotou. Půdní koroze se na materiálu projevuje nejčastěji ve formě důlkové nebo nerovnoměrné koroze, i když tento typ napadení může vést k porušení povrchu potrubí, není zdaleka tak nebezpečný a nepředvídatelný jako korozní praskání. Obr Koroze v půdách Zdroj: VŠCHT Koroze v plynech Koroze v plynech se projevuje působením plynného prostředí na materiál při současném vzniku chemických sloučenin. Vzhledem k tomu, že děje probíhají v nevodivých prostředích, převážně se jedná o chemické děje. Nejrozsáhlejší problematika koroze probíhá v plynech za současného působení vysokých teplot. (Kraus, 2000) Zvláštní druhy korozního napadení A. Mikrobiální koroze Ve všech přírodních vodných prostředích se nacházejí různé typy mikroorganismů. Mají sklon se ve vodných prostředcích ulpívat na povrchu a růst na něm. Nejvhodnějším podkladem jsou pro ně konstrukční materiály, jako je beton, kovové materiály, ale i plasty a dřevo. Na povrchu těchto materiálů se vytváří souvislá vrstva organické hmoty, kterou nazýváme biofilm. Charakter biofilmu bývá odlišný. Může se jednat o slizovitý film na teplosměnných plochách v chladících vodách, nebo o tvrdý skořápkovitý film v mořských vodách. Mikroorganismy a povrch konstrukčního materiálu vytvářejí mezi sebou pevnou vazbu, která přímo ovlivňuje korozní děj. 25

24 Mikroorganismy stimulují korozní proces tím, že využívají korozní produkty vznikající na povrchu ke své látkové výměně a tím neustále podporují průběh koroze. Vylučují pro kovy agresivní látky. Biofilm umožňuje vznik koncentračních korozních článků a ovlivňují rychlost korozního děje. Napadení tohoto typu byla pozorována v chemickém průmyslu, průmyslu zpracování celulózy, hutních závodech, petrochemickém průmyslu, energetice, na úložných zařízeních aj. Přítomnost biofilmu ovšem pokaždé neznamená, že podpoří vznik koroze. To zavisí na mnoho faktorech v biofilmu. Při prvních fázích vzniku biofilmu má velký vlilv stav povrchu konstrukčního materiálu. Velmi dobré podmínky pro uchycení mikroorganismů splňují například okuje nebo náběhové oxidy a také různé póry. Celkově dobré podmínky tedy splňuje spíše hrubší povrch materiálu. (VŠCHT, 2009) B. Koroze v betonu Beton se skládá z kameniva a betonového (cementového) tmelu. Jedná se tedy o pórovitý materiál. Beton se jako konstrukční materiál používá v kombinaci se zalitými výztužemi, které jsou ve většině případů z uhlíkové oceli. Průnikem vody do betonu vzniká pórový roztok, který má určitou korozní agresivitu. Je závislá především na přístupu oxidu uhličitého a chloridů k výztuži. Rychlost koroze je závislá na kvalitě cementu, výrobku z betonu a funkční vlhkosti betonu. Do betonu se většinou zalévají výztuže, které byly předtím vystaveny vnější atmosféře, a které tedy může pokrývat vrstva rzi. Po zalití do betonu se korozní rychlost ještě zvýší. Proto není vhodné používat jako výztuže již zkorodované materiály. Důsledkem korozního napadení výztuží je vznik objemných korozních produktů, které způsobují vznik trhlin a praskání betonu a zároveň zmenšení průřezu ocelové výztuže. (VŠCHT, 2009) 26

25 Obr Koroze v betonu Zdroj: Stavební noviny C. Koroze v lidském organismu Orgány lidského těla jsou vystaveny působení tělních tekutin, které obsahují chloridy, kyslík, teplota těla je obvykle 37 C a ph v intervalu 5,6 až 9. Jako náhrady orgánů lidského těla využívají kovy. Nejčastěji pro náhrady kloubů a kostí, k fixaci zlomenin, elektrody, různá pouzdra na elektronická zařízení, v zubním lékařství apod. Kovy musí při tomto užití splňovat četné podmínky. Zejména mechanické vlastnosti jako je pevnost, pružnost, erozní odolnost a v neposlední řadě samozřejmě korozní odolnost. Korozní odolnost je velmi důležitá z hlediska správné funkčnosti výrobku a s účinky na lidský organismus. Zkorodovaný kov působí na tělo nežádoucími vlivy. Týká se to hlavně chromu, niklu, vanadu, mědi a rtuti. Mezi nejčastější kovovou náhradu v těle patří totální náhrada kyčelního kloubu neboli endoprotéza a také výplně zubů. (VŠCHT, 2009) Obr Endoprotéza Zdroj: Žofka

26 1.5 Korozní děje z hlediska vnějších činitelů Korozní napadení a děje z hlediska rozhodujících vnějších činitelů se dělí na: - koroze za napětí o korozní praskání o korozní únava - vibrační koroze - štěrbinová koroze - koroze bludnými proudy Koroze za napětí Korozní praskání Vzniká v prostředí s korozním účinkem v kombinaci s napětím materiálu. Tento stav vede k poruchám struktury mezikrystalové a transkrystalové. Nejznámější je mezikrystalové praskání měkkých uhlíkových ocelí v dusičnanech a alkáliích, mezikrystalové a transkrystalové praskání mosazi v prostředích obsahujících čpavek a transkrystalické korozní praskání chromniklových ocelí v prostředí chloridů Korozní únava Podobně jako u korozního praskání, korozní únava vzniká v kombinaci dvou činitelů. A to korozním a mechanickým namáháním, střídavým zatěžováním kovového materiálu. Vzniká na povrchu porušování pasivační vrstvy oxidů Vibrační koroze Vzniká u materiálů, které vykonávají kmitavý pohyb a nejčastěji se projevuje na styčných plochách dvou kovových součástí. Kmitavý pohyb je o malé amplitudě a současně s ním působí na materiál také určitý specifický tlak. Jde o opotřebení ploch, které jsou díky koroznímu prostředí mnohem výraznější než při rovnocenném tření bez současného působení prostředí Štěrbinová koroze Vzniká ve velmi úzkých štěrbinách se špatným oběhem prostředí. Úzce souvisí s bodovou korozí. V úzkých štěrbinách se zvyšuje agresivita okolního roztoku (okludované roztoky), který je ve styku s volným povrchem. Pokud je štěrbina více otevřená a mělčí, zmenšuje se i pravděpodobnost vzniku štěrbinové koroze. Celkově má tento druh koroze poměrně pomalý průběh. (Michna, 2007) 28

27 1.6 Opotřebení Životnost kovových výrobků je velmi ovlivněna opotřebením, které má za následek ztráty energie materiálu a má značný vliv na náklady spojené s údržbou, opravami a renovacemi strojních částí. Opotřebení je velmi složitý děj, který je ovlivněn řadou faktorů. Obecně se dá říci, že opotřebení se projevuje odstraňováním nebo přemisťováním částic hmoty na povrchu materiálu nejčastěji mechanickým účinkem. Tyto účinky bývají navíc ještě doprovázeny fyzikálními, chemickými i elektrickými jevy. Základní projevy opotřebení: - mikroplastická deformace vyvolaná zatlačováním tvrdých částic do povrchu druhého členu. - únava povrchových vrstev při opakovaném rázovém zatížení - vznik oxidů, podporován mikroplastickou deformací a zvýšenou teplotou v místě styku materiálu - změna struktury - aktivace povrchových vrstev materiálu Tření je jedním z významných faktorů dvou vzájemně pohybujících se těles. Rozeznáváme různé druhy tření dle rychlosti a způsobu pohybu. Tření může být vnější nebo vnitřní, přičemž vnější se dělí na kluzné a valivé. V praxi se většinou setkáme se třením, kdy jsou obě tělesa oddělena mazivem. Při tření s mazivem můžou nastat tři situace, suché tření, smíšené tření a kapalinné tření. Při smíšeném a suchém tření nastává přímý kontakt mezi výstupky a nerovnostmi třecích ploch. Může docházet k rytí výstupky jednoho tělesa do povrchu druhého tělesa a tím ke vzniku mikrotrhlin. Při smíšeném stření je častým jevem, že dochází k občasnému styku nerovností i přes použité mazivo. Tloušťka vrstvy maziva je velmi malá. U kapalinného tření se prakticky nestává žádné opotřebení, protože obě tělesa jsou mazivem zcela odděleny. (Kraus, 2000) 29

28 1.7 Porušování ochranných povlaků Ke zvýšení užitných vlastností se kovové výrobky na povrchu opatřují povlaky. Povlak společně s materiálem bývá namáhán vnějšími mechanickými silami, pnutím, teplotními změnami a okolním prostředím. Tímto namáháním může docházet ke vzniku trhlin a odlupování povlaku. Je nutné sledovat změny základního materiálu. Odolnost povlaku proti porušení závisí na typu a složení jednotlivých povlaků a také na tloušťce, struktuře, velikosti pnutí a kvalitě spojení se základním materiálem. Příklady porušování povrchů: Pnutí se vyskytuje téměř ve všech povlacích, v tenkých povlacích jsou dokonce tak velká, že dokáží vyvolat plastickou deformaci i lom. Důležitý je vliv tloušťky povlaku. Z hlediska mechaniky lze povlaky chápat jako kompozity dvou a více materiálů rozdílných vlastností, které jsou zatěžovány silami, vytvářející elastické a plastické deformace. V povlaku vznikají trhliny, pokud jsou zapříčiněny mechanickým zatěžováním, bývají většinou kolmé a rovnoběžné se směrem síly. Odolnost proti lomu lze snadno zjistit ohybovou zkouškou. Trhliny vznikají na ohybu zkoušeného materiálu. Trhliny jsou nejčastějším narušením povlaků, šíří se velmi rychle celou tloušťkou ochranné vrstvy. Pokud se trhlina zastaví, díky nějaké překážce, pak při zvýšení zatížení překážku překoná, nebo se začne rozšiřovat smykovým napětím rovnoběžně s plochou spojení a může tak vyvolat vznik odtržení povlaku od základního materiálu. Při působení jednoosého tahového napětí je povlak zatěžován kolmo na směr působící síly, se současným tlakovým napětím poté může vyvolat odlupování povlaku. U velmi tenkých a pevných povlaků může vzniknout odtržení povlaku bez trhlin, v tomto případě se vytvoří tzv. zvrásnění. Je patrné, že existuje velké množství porušování povlaků a největší pozornost je třeba věnovat vazbě mezi povlakem a materiálem i vlastnostem povlaků. Síla spojení povlaku se základním materiálem se označuje jako adheze a pevnost spojení jednotlivých částic v samotném povlaku jako koheze. (Kraus, 2000) 30

29 2 PROTIKOROZNÍ OCHRANA Snížit korozní poškození kovu lze různými opatřeními. Existuje pět základních opatření: - volba konstrukčního materiálu - úprava korozního prostředí - elektrochemická ochrana - povlaky, úprava povrchu - konstrukční řešení Volba vhodné ochrany nebo ještě lépe jejich kombinace dokáže v mnoha případech velmi prodloužit životnost kovových materiálů. Vždy je třeba zvolit vhodný konstrukční materiál a konstrukční řešení, velmi často také vhodnou úpravu povrchu ve formě nátěrů nebo povlaků. Jako doplňková ochrana se užívá elektrochemická úprava prostředí. 2.1 Protikorozní ochrana volbou materiálu Existuje mnoho konstrukčních materiálů a každý koroduje jinou rychlostí. Pro správnou volbu materiálu je třeba dokonale znát chování materiálu v různých podmínkách a prostředích. Korozní odolnost hodnotíme dle charakteru kovu, prostředí, ve kterém se kov nachází a dle fyzikálních podmínek korozního systému. Kritéria pro volbu správného materiálu: - Termodynamická stálost - Schopnost snadné a účinné pasivace - Schopnost vytvářet stabilní korozní vrstvy - Stupeň chemické čistoty Termodynamická stálost je odolnost kovu proti přeměně v jeho sloučeniny. Schopnost snadné a účinné pasivace je vytvoření takového stavu povrchu kovu, který se stává odolný proti účinkům okolního prostředí. Mnoho termodynamicky nestálých kovů vykazuje v korozním prostředí silnější korozní odolnost způsobenou vzniknutou vrstvou oxidů na povrchu. Stupeň chemické čistoty kovů velmi ovlivňuje jeho korozní odolnost. 31

30 U slitin velmi záleží na legujících prvcích a na vztahu jednotlivých prvků ke koroznímu prostředí. Vhodným legováním je možné upravit slitiny tak, aby byly odolnější různým druhům koroze. 2.2 Úprava korozního prostředí Vznik a rychlost koroze závisí na korozním prostředí. Úpravou prostředí je možné dosáhnout protikorozní ochrany. Existují dva způsoby úpravy korozního prostředí: - odstraněním činitelů zvyšujících stupeň agresivity prostředí - ovlivnění vlastností prostředí látkami zabraňujícími nebo zpomalujícími korozi V prostředí atmosféry se nejvíce snažíme o snížení vlhkosti vzduchu například větráním, zvýšením teploty, odvlhčováním, vysoušením nebo klimatizací. Ve vodě je nejdůležitější odstranit veškeré korozně aktivní složky jako je kyslík a další plyny a látky. Dalším způsobem je ovlivnění korozního prostředí přidáním látek, které korozi zpomalí nebo dokonce zastaví, například změnou ph. Do probíhající korozní činnosti lze zasáhnout nejčastěji inhibitory koroze. To jsou látky chránící povrch kovu tím, že změní vlastnosti fázového rozhraní kov prostředí. Jsou dva druhy inhibitorů a to anodické a katodické inhibitory. Anodické inhibitory zastavují anodickou částečnou reakci alkalizací prostředí s účastí na tvorbě nerozpustných ochranných produktů a jejich použití je převážně v neutrálních roztocích. Anodické inhibitory jsou nejčastěji soli kyslíkatých kyselin. Katodické inhibitory brzdí průběh katodické reakce a tím se zpomaluje celý korozní proces. (Michna, 2007) 2.3 Elektrochemická ochrana Jde o záměrnou změnu potenciálu kovu vůči danému elektrolytu. Tato změna nastane po ovlivnění velikosti proudu na rozhraní kov elektrolyt. Ovlivněním polarizace kovu zvyšujeme korozní odolnost materiálu. Existují čtyři způsoby elektrochemické ochrany: - Katodická ochrana zde je určitý kov, který chceme ochránit převeden do stavu imunity, je to způsobenou tzv. katodickou polarizací - Anodická ochrana materiál je tzv. anodickou polarizací převeden do pasivního stavu 32

31 Katodická ochrana se vytváří obětovanou anodou nebo vnějším zdrojem proudu. Obětovaná anoda je vodivě spojena s chráněným povrchem materiálu, vytváří vlastní anodickou reakcí potřebný polarizační proud a napětí. Anodickou ochranu lze použít u pasivovatelných materiálů, kde se polarizací obnovuje pasivní vrstva porušovaná korozí v daném prostředí. Polarizací vzniklou spojením s korozně ušlechtilým kovem, nebo s vnějším zdrojem napětí, kdy chráněný kov je zapojen jako anoda na kladný pól zdroje, se posouvá potenciál chráněného materiálu do oblasti pasivity. 2.4 Povlaky a úprava povrchu Existuje velmi široká škála ochranných povlaků, ale vzájemně se od sebe liší svými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi, chemickým složením, způsobem svého vzniku, technologií povrchové úpravy a způsobem přípravy samotného materiálu před nanesením povlaku. Při volbě povrchové úpravy je třeba vybrat tu, která bude pro daný typ nejvhodnější, podle požadovaných technických a estetických funkcí, ale také ekonomických možností. V současné době je taky kladen velký důraz na ekologické aspekty při použití různých technologií. Povlaky a nátěry vznikají nebezpečné odpady, unikají jedy do ovzduší a vzniká velké množství odpadních kyselin a louhů. (Michna, 2007) 2.5 Konstrukce a technologie S každým projektem nebo konstrukcí se vytváří i úplné řešení ochrany proti korozi a opotřebení, kde již samotné řešení má zaručit minimální životnost. Ideální konstrukční řešení je podmíněno respektováním všech poznatků a pravidel platných pro tyto ochrany. Mezi základní zásady v konstrukční praxi patří: - zkrácení doby styku povrchu s prostředím - zrovnoměrnění podmínek - přizpůsobení konstrukce povrchovým úpravám. Zkrácení doby styku povrchu s agresivním prostředím má značný vliv na jeho zkorodování. Předměty je nutné řešit konstrukčně tak, aby se agresivní prostředí nikde nezdržovalo déle, než je nezbytné. Je nutné vyloučit všechny spoje stěn ostrými úhly, různé uzavřené prostory, kde by docházelo k usazování kapalin, kalin a koncentrátů. 33

32 Dále je dobré se vyvarovat přítomnosti štěrbin a švů. Nebezpečí vzniku štěrbinové koroze způsobuje například špatné sevření nýtovaných nebo šroubových spojů. Zrovnoměrnění podmínek z pohledu korozního potencionálu se provádí na celém povrchu materiálu a vede k tomu, aby nedošlo k neúměrnému zvýšení účinku korozních činitelů k urychlení koroze. Vlivem rozdílného složení prostředí v různých místech koroze může dojít v elektrolytech ke vzniku makročlánku. Makročlánky vznikají mezi elektricky vodivými materiály (vlhkost), nejčastěji v místech s různým mechanickým napětím. Je třeba se vyvarovat spojení součástí s různými elektrochemickými potenciály, nebo je alespoň oddělit izolátorem. Konstrukční řešení výrobku musí umožnit provedení i obnovu povrchové úpravy. Při navrhování výrobku je nutné vědět o možnostech ovlivnění základního materiálu například technologickým procesem při provádění povrchových úprav. Navrhované výrobky by měly mít takový tvar, aby byla plocha povrchu vystavená koroznímu prostředí co nejmenší. Zamezuje se vzniku ostrých hran, na kterých se udrží jenom tenká vrstva povlaku. (Kraus, 2000) 2.6 Předběžné úpravy a dočasná ochrana povrchu Tyto úpravy se provádějí před povlakováním Jsou dvojího druhu: - mechanické (broušení, leštění, kartáčování, omílání a otryskávání) - chemické a elektrochemické (odmašťování, odrezování, moření nebo leštění) Příprava povrchu je velmi důležitá pro celý technologický postup a jedním ze základních činitelů ovlivňujících výdrž povrchových úprav. Úprava povrchu probíhá ve dvou stupních a rozděluje se na dvě základní pracovní operace: - mechanické úpravy povrchu - chemické úpravy povrchu (Kraus, 2000) 34

33 3 POVLAKY 3.1 Anorganické nekovové povlaky Nekovové anorganické povlaky tvoří ochrannou vrstvu a využívají charakteru použitých materiálů a způsobu jejich vytváření. Povlaky a vrstvy chrání nejčastěji bariérovým způsobem, nebo také změnou korozní odolnosti materiálu Konverzní vrstvy Tato vrstva vzniká díky chemické nebo elektrochemické reakci povrchu kovového materiálu s prostředím, kterému je kov vystaven při povrchové úpravě. Za vznik konverzní vrstvy zodpovídá kov i prostředí. Konverzní vrstvy se užívají k protikorozní ochraně. Vrstvu nejčastěji tvoří vrstva oxidů, fosforečnanů a chromátů kovu. K nejstarším způsobům povrchové ochrany patří barvení (tzv. oxidace) kovu. Jedná se o opatření materiálu tenkou vrstvou oxidů, ty se vytvářejí ohřevem při zvýšené teplotě. Tloušťka oxidové vrstvy je závislá na teplotě a době ohřevu. Barvení je v různé škále, od popouštěcích barev až po kovářské černění. Nejrozšířenější chemickou úpravou je tzv. fosfátování. Na povrchu materiálu se vytvářejí nerozpustné krystalické terciální fosforečnany zinku, železa, vápníku a manganu. Je to ekonomicky výhodná metoda, která není nijak náročná. Nejrozšířenějším způsobem pasivace kovu je chromátování. Slouží pro zvýšení odolnosti vůči korozi u oceli i neželezných kovů. Používá se jako konečná úprava pouze pro lehká korozní prostředí, nebo jako vrstvy mezi jednotlivými organickými nátěry. Jako mezivrstva zvyšují přilnavost nátěrů a zabraňují pronikání korozního napadení pod nátěr. Ekonomický je výhodnější než fosfátování. Provádí se v chromátovacích lázních, které jsou alkalického nebo kyselého typu Keramické smaltování Jedná se o typický nekovový anorganický povlak. Smalty jsou tvořeny sklem modifikovaných vlastností. Tyto vlastnosti dovolují jejich přilnavost ke smaltovanému materiálu. Jedná se o ochranu bariérovým způsobem. Povlak musí mít vysokou korozní odolnost, aby nedocházelo k jeho ztenčování. 35

34 Smaltované materiály mají velkou odolnost proti otěru, dobré izolační schopnosti, velmi dlouhou životnost a také dobré estetické vlastnosti. Nevýhodou smaltů je jejich vysoká křehkost, povrchová vrstva lze porušit již pouhým nárazem. Je nutné dodržovat například podmínky montáže při upevňování šrouby Žárově stříkané povlaky Nejčastěji keramické nebo kovokeramické povlaky, odolné proti žáru, kyselinám a roztaveným kovům. Tyto povlaky mají velkou tvrdost, odolnost proti opotřebení a malý součinitel tepelné a elektrické vodivosti. Dělí se dle přilnavosti k základnímu materiálu a druhu chemické vazby na: - Metalické materiály vysoká přilnavost k základnímu materiálu, vysoký bod tání, velmi dobré únavové vlastnosti a používá se hlavně jako mezivrstva. - Kovalentní materiály poměrně špatná soudržnost se základním materiálem, velká tvrdost. - Keramické (iontové) materiály dobrá strukturní a chemická stabilita, dobrá tepelná roztažnost, špatná schopnost interakce s okolím. 3.2 Kovové povlaky a vrstvy K vytváření kovových povlaků a vrstev se používá velké množství kovů, od velmi ušlechtilých po málo ušlechtilé. Nejdůležitějším kritériem funkce kovových povlaků je tloušťka a poréznost povlakových materiálů. Tloušťka určuje životnost ochranného povlaku, protože čím tlustší materiál, tím menší je počet pórů v materiálu. Nejvhodnější je stav, kdy je povrch zcela neporézní. V rámci své funkce v elektricky vodivém prostředí se kovové povlaky dělí na: - Katodické kovové povlaky - Anodické kovové povlaky Katodické povlaky mají funkci katody a jsou tedy ušlechtilejší. Jejich použití je nebezpečné v tom, že v případě více porézního nebo nějak narušeného povlaku vznikne silná koroze katody, tedy základního kovu pod ochrannou vrstvou. Životnost katodických povlaků v atmosféře je poměrně dobrá. I korozní produkty vzniklé na povrchu, mají ochrannou funkci. Nejčastější zástupci katodických povlaků jsou například měď, nikl a chróm. 36

35 Anodické povlaky jsou vůči základnímu materiálu anodou. Tato ochrana nefunguje jako obětovaná anoda, ale ochranou funkci zastávají pouze vzniklé korozní produkty a zplodiny. Nejznámější ochranným povlakem je například hliník, který v atmosféře reaguje vznikem ochranného korozního produktu. Dále se často používá i nikl, který má podobné chování. (Kraus, 2000) 3.3 Organické povlaky Organické povlaky mají ochranný účinek založený bariérovým způsobem. Dále mohou tyto povlaky obsahovat doplňovací látku, která na materiál působí ještě inhibičním účinkem Organické povlaky z nátěrových hmot Organické nátěrové hmoty, nátěr, pojidlo, filmotvorné látky, rozpouštědla, pigmenty, plnidla, aditiva, olejové nátěrové hmoty, celulózové nátěrové hmoty, syntetické nátěrové hmoty, chlórkaučukové nátěrové hmoty, silikonové nátěrové hmoty, lihové nátěrové hmoty, asfaltové nátěrové hmoty, emulzní nátěrové hmoty Technologie nanášení nátěrových hmot Příprava upravovaného povrchu, technologie ručního nanášení nátěrových hmot, technologie nanášení nátěrových hmot pneumatickým stříkáním, technologie vysokotlakého stříkání nátěrových hmot, technologie stříkání nátěrových hmot v ohřátém stavu, stříkání nátěrových hmot v elektrostatickém poli vysokého napětí, nanášení máčením, poléváním, navalováním, elektrochemické nanášení, chemické nanášení, sušení a vypalování nátěrů Povlaky z plastů Povlaky z plastů se vytvářejí žárovým stříkáním plastů, bezplamenným stříkáním plastů, disperzním nanášením, vířivým nanášením, plátováním plasty a nanášení plastisolu. (Kraus, 2000) Obr Povlaky z plastů Zdroj: ANTICOR

36 3.4 Vliv tloušťky a pórovitosti Ochranné vlastnosti vytvořeného povlaku závisí na pórovitosti, prostupnosti korozního prostředí a jeho přilnavost k povrchu základního materiálu. Velmi důležitá je také tloušťka povlaku. Vhodná tloušťka a pórovitost vytváří účinnou ochranu proti působení vnějších znehodnocujících vlivů a ověřují se měřením v přírodních, provozních i laboratorních podmínkách. Tloušťka povlaku je základní ukazatel, zda je provedená protikorozní ochrana účinná. Tloušťka povlaku ovlivňuje bariérový efekt povrchu, jeho celistvost a v neposlední řadě pórovitost. Čím větší je tloušťka povlaku, tím menší bude pórovitost. Jedná se o překládání pórovitých vrstev vzniklých jednotlivými aktuálními vrstvami nátěrového systému. Skládání vrstev vytváří celkový systém mikropórů. Dá se tedy říct, že čím tlustší celkový systém, tím složitější prostupnost skrze póry a tím obtížnější přístup agresivního prostředí k povrchu. Popsanou situaci navíc komplikuje překrývání pórů a razantní změna energické náročnosti průchodnosti molekul skrze uvedené katarakty. 38

37 4 KOROZNÍ ZKOUŠKY Druh korozní zkoušky je závislý na důvodech, které si vyžadují zkoušku provést. Neexistuje žádná univerzální korozní zkouška. Závisí na typu korozního systému, tedy materiál, výrobek a prostředí, a také na druhu samotné koroze. Díky koroznímu průmyslovému monitoringu můžeme zjistit informace o korozi poměrně rychle. Díky tomu můžeme provést například operativní zásah, zahájit protikorozní ochranu nebo také zabránit poškození nebo havárii včasnou odstávkou. 4.1 Druhy korozních zkoušek Korozní zkoušky se dělí na dvě základní skupiny: - zkoušky laboratorní - zkoušky provozní Již z názvu je patrné, že zkoušky laboratorní se provádějí v laboratořích a tím pádem se pracuje většinou s malými vzorky o malém objemu korozního prostředí. Korozní úbytky lze v takových podmínkách změřit velmi přesně za dobře definovaných podmínek. Tyto zkoušky jsou výhodné pro vědecko-výzkumné účely. Pokud jsou laboratorní zkoušky prováděny za účelem volby materiálu, prostředí a délky životnosti, pak se po celou dobu zkoušky vytváří co nejbližší napodobení korozního systému v praxi. V tomto případě se jedná o napodobující zkoušky. Pokud potřebujeme informace o korozní odolnosti získat co nejrychleji, provádíme zrychlené korozní zkoušky. Při těchto zkouškách je nejvíce výrazný ten faktor, který bude u daného materiálu a prostředí rozhodující, například teplota, mechanické namáhání apod. Faktor korozní agresivity se zvýrazní, ale jen do té míry, aby se nezměnil mechanismus korozního procesu. Zrychlená laboratorní zkouška rozděluje na vhodné, méně vhodné a nepřijatelné korozní systémy. Zrychlené zkoušky mají pouze předběžný charakter. Není možné se jen na základě jejich výsledků rozhodovat o vhodném řešení provozního zařízení. Nepřímé zkoušky nezjišťují korozní úbytek nebo stupeň napadení samotného materiálu, ale zabývají se tloušťkou a homogenitou ochranného povlaku, mechanickými vlastnostmi vzorku nebo elektrickým odporem. 39

38 Zkoušky přímo v provozu se vyznačují velmi dlouhodobou expozicí bez jakýchkoli urychlení. Mohou se provádět na vzorcích, ale častěji se uskutečňují přímo na provozním zařízení. Důvody provádění korozních zkoušek jsou: - základní výzkum - pro vývoj nových konstrukčních materiálů a způsobů protikorozní ochrany - volba materiálu a protikorozní ochrany u konkrétní aplikace - kontrola odolnosti materiálu a protikorozní ochrany před použitím - kontrola korozního stavu v průběhu provozu nebo při odstávce - zjištění příčin selhání materiálu 4.2 Principy korozních zkoušek A. Hodnocení dle vzhledových změn Zkorodovaný povrch se nejprve hodnotí se vzniklými korozními produkty a následné poté ještě jednou po odstranění produktů. Hodnotí se vizuálně. K odhalení nerovnoměrných napadení jakou jsou trhliny nebo body, se užívají barevné fluorescenční látky, magnetické prášky a otisky. Za použití těchto látek lze hodnotit pouhým okem nebo zvětšením lupou či mikroskopem. Pro špatně přístupná místa se využívá různých optických pomůcek, zrcátek, skleněných vláken apod. Hodnoty korozního napadení se zachycují fotograficky, náčrtky nebo i videozáznamem. B. Hodnocení dle rozměrových změn Nejčastěji se hodnotí tloušťka vzorku nebo přímo stěny zařízení. K měření se nejčastěji používají mechanická měřidla nebo klasické nástroje v defektoskopii jako je ultrazvuk, radiační nebo indukční metoda a metody odporové. Měří se také hloubka napadení a to především u nerovnoměrného napadení kovového materiálu. Ke zjištění nebezpečného zeslabení materiálu přímo na provozním zařízení slouží úmyslné zeslabení v místech, kde bývá korozní přídavek tloušťky vyčerpán nejdříve. Vyčerpání povoleného zeslabení v čas upozorní pracovníky údržby, a ti dříve než dojde k poruše, zajistí patřičné opatření. (VŠCHT, 2009) 40

39 C. Hodnocení dle hmotnostních změn Tento způsob hodnocení materiálů se užívá pouze u vzorků materiálů, ne přímo v provozu. Spočívá v určení rozdílu hmotnosti před a po expozici. Tato metoda se nejvíce hodí pro rovnoměrnou korozi. Přesnost metody je závislá na délce expozice materiálu a na vzrůstu poměru povrchu vzorku k jeho hmotnosti. Tento způsob slouží k určení časové závislosti koroze. Před samotnou zkouškou jsou vzorky upraveny na určitý tvar, velikost a povrch, vyhovující účelu a typu zkoušky. Po expozici se vzorky zbaví korozních produktů, většinou pomocí chemických prostředků, ty totiž nenaruší základní kovový materiál. D. Metalografické hodnocení Zkouška, která se provádí pouze vizuálním hodnocením vzorkového materiálu pod mikroskopem. Používá se k určení charakteru a hloubky korozního napadení. Metalografické hodnocení je vhodné pro nerovnoměrnou korozi a kvalitu povlaků. E. Hodnocení dle změn mechanických vlastností Hodnotí se vzorky, které již byly exponované v určitém korozním prostředí. Hodnotí se mechanické vlastnosti, jako jsou pevnost, tvrdost, houževnatost apod. F. Hodnocení změn složení korozního prostředí a rozbor produktů koroze Rozborem korozního prostředí lze zaznamenat rozpustné produkty koroze, jako například ionty kovu, látky podporující nebo zpomalující korozní proces a objem látek, které ubývají v depolarizační reakci. Důvod počátku korozního napadení lze zjistit i ze vzhledu a rozboru korozních produktů vzniklých na povrchu. K rozboru se užívají například sondy pro stanovení množství vyloučeného vodíku. Sondy pracují buď na elektrochemickém principu, nebo na základě zvýšení tlaku vodíku v uzavřeném prostředí. G. Elektrochemické metody Postupy při zkoušení materiálu elektrochemickými metodami užívají závislostí mezi proudem procházejícím před kov a korozním potenciálem a jejich časové změny. Jako měřítko slouží samovolný korozní potenciál, který se měří na kovovém povrchu v elektrolytu. Potenciál kovu se s průchodem proudu mění, lze tak určit korozní rychlost, pasivovatelnost kovu. V laboratorních podmínkách se sledují 41

40 potenciodynamické křivky, které slouží k zaznamenávání proudové odezvy na plynulou změnu potenciálu. K těmto zkouškám slouží potenciostat. Přístroj sledující korozi materiálů elektrochemickou metodou. Zkoušky mohou probíhat v laboratorních i provozních průmyslových podmínkách. Využívá se zde metoda měření polarizačního odporu pomocí lineární polarizace. Čidla k měření korozního napadení jsou zhotovena ze dvou až tří stejných elektrod a musejí být vyrobeny ze stejného materiálu jako sledované zařízení. Vzorek ke kontrole je jednou z elektrod. Tato metoda umožňuje získat údaje o korozní rychlosti daného materiálu v určitém korozním prostředí. Metoda lze užít pouze v prostředích s nízkou vodivostí. Vůbec ji nelze využít v prostředích plynných nebo nevodivých. - Metody elektrochemického šumu EN Kov s velkým množstvím strukturních defektů na povrchu nelze určit konstantní hodnotou potencionálu. Ke zhodnocení povahy a intenzity korozního napadení se analyzuje vzniklý šumový signál a to amplituda a frekvence. Touto metodou lze zjistit rychlost rovnoměrné koroze a zaznamenat výskyt lokalizovaných korozních napadení. U této metody se využívá analogových a digitálních přístrojů. - Elektrochemická impedanční měření Tato metoda využívá budící signál střídavý, nejčastěji o frekvenci 0,05 Hz až 10 khz. Dle povahy signálu lze impedanční měření rozdělit na klasické a Fourierovské otázce. Touto metodou je možné změřit vodivost roztoku a polarizační odpor korozní reakce. Monitorovací systémy využívají sondy s víceprvkovým čidlem, ty kontinuálně vyhodnocují elektrochemickou impedanci, elektrochemický potenciálový i proudový šum a bezodporový amperometrický signál. Určují rychlost rovnoměrné koroze kovových materiálů, iniciaci nerovnoměrné koroze s určením rychlosti jejich šíření. Výhodou je možnost hodnocení koroze probíhající pod tenkou vrstvou kondenzující kapaliny. (VŠCHT, 2009) 42

41 H. Fyzikální metody K hodnocení korozního napadení z hlediska změn fyzikálních parametrů máme mnoho možností, které pracují díky obecným metodám nedestruktivního zkoušení kovu. Jsou to metody akustické, radiační, elektrické, magnetické a termografické. - Akustické metody Nejjednodušší akustická metoda je zvuková zkouška celistvosti materiálu, která se provádí poklepem kladiva při současném pozorování změn zvuku. Užívá se u mezikrystalické koroze. Další akustickou metodou je ultrazvuková defektoskopická metoda, která určuje změny tloušťky materiálu a lokalizuje nerovnoměrnou korozi a metoda akustické emise. Tato metoda spočívá ve snímání akustických signálů, které jsou typické pro vznik sloučenin s odlišným objemem, vazbou a pro vznik trhlin. Metoda je dobrá pro odhalení vzniku poruch, nebo erozního účinku prostředí. Akustická emise odhaluje přeměnu krystalů na chemické sloučeniny. - Radiační metody Dokáží určit změny tloušťky a přítomnost korozních vad materiálů pomocí ultrazvuku a nedestruktivních defektoskopických metod. - Elektrické metody Tyto metody využívají změny elektrického odporu a změny vířivých proudů. Nejčastěji se měří nárůst elektrického odporu pro střídavý proud na vzorku umístěném v určitém korozním prostředí. Slouží hlavně k pozorování průběhu dlouhodobých dějů a stoupající míře poškození. Metoda je poměrně univerzální, vhodná do různých typů prostředí. U měření může dojít ke zkreslení způsobené například vznikem lokálního napadení. Poměrně vysokou citlivost mají sondy s přístroji a programovým vybavením, které hodnotí změny indukčního odporu. Existují přístroje na principu vířivých proudů. Jsou schopny určit změny tloušťky a výskyt vad i u nemagnetických kovových materiálů při odstávce. 43

42 - Magnetické a elektromagnetické metody Tyto metody jsou založené na změnách magnetické a elektrické vodivosti a na hodnotě narušení magnetického pole jsou schopny určit také změny velikostí vad. Mezi ostatní fyzikální metody můžeme zařadit například hydrostatické a pneumatické zkoušky, zde se jedná se o zkoušení celistvosti materiálu. Dále metodu, která umožňuje pozorovat průběh korozního děje s vodíkovou depolarizací podle tlaku vodíku prodifundovaného přes membránu kovové nádoby. (VŠCHT, 2009) 4.3 Příprava vzorků a podmínek zkoušky Zkoušený vzorek musí být z materiálu o známém složení. Pokud máme identifikovaný materiál, pak teprve můžeme odebrat samotný vzorek, který budeme zkoušet. Dále je třeba zaznamenat veškeré úpravy, které byly se vzorkem uskutečněny, například tepelné a mechanické zpracování a různé další úpravy jako svařování. Hrany všech vzorků musí být obroušeny a zaobleny, případně také izolovány povlakem. Velikost a tvar vzorků není nijak určena, je pouze doporučená, není dána normou, například vzorky z plechů se ve většině případů zkoušejí ve velikosti od 80 x 30 mm do 150 x 100mm. Plocha materiálu by měla být co největší, především předpokládáme-li výskyt nerovnoměrných druhů koroze. Hmotnost vzorku je ve většině případů omezena na 200 g s tím předpokladem, že poměr povrchu vzorku k jeho hmotnosti by měl být co největší, používají se tedy tenké vzorky (tloušťka do 2 mm). Podrobně je třeba popsat úpravy, které byly uskutečněny po odběru (tepelné a mechanické zpracování, způsob svařování atd.). Hrany na vzorku musí být vždy obroušeny a částečně zaobleny, případně izolovány povlakem. Veškeré zkoušené vzorky musejí být očíslovány a číslo musí být vyraženo v rohu v dolní části. Další možnosti značení jsou například přesný popis místa upevnění v držáku anebo se vzorky označují různě umístěnými nebo různě velkými otvory. Zkoušené vzorky musí být velmi důkladně očištěny a odmaštěny. Se vzorky se může manipulovat pouze v rukavicích. Korozní produkty vzniklé na povrchu se odstraňují mechanickým nebo chemickým způsobem, nesmí ale přitom dojít ke zhrubnutí povrchu a jeho změnám ve složení. Například při moření nedochází ke zhrubnutí povrchu a jsou přípustné úbytky základního materiálu. Vzorky se po moření opláchnou a osuší, až poté jsou přesně zváženy a upevněny do držáku a exponovány. 44

43 Mezi spolu sousedícími vzorky musí být vymezená mezera, která zajišťuje, že vzorky nejsou příliš těsně u sebe. Izolační vložky jsou nejčastěji z teflonu nebo keramiky. I tvar vložek je nutný přizpůsobit zkoušeným vzorkům. Nejčastější délkou trvání korozní zkoušky je 24 hodin, 3 dny, 7 dní, 14 dní a 28 dní. Po celou dobu zkoušení se zaznamenávají podrobné údaje o všech okolnostech a změnách parametrů během zkoušky. Délka je stanovena normou ČSN. 4.4 Korozní zkoušky pro jednotlivé druhy koroze Není žádný universální postup provádění korozních zkoušek a pro různé druhy nerovnoměrného korozního napadení je třeba zvolit specifické postupy. Množstevní vyjádření korozní rychlosti u rovnoměrné koroze kovů se udává v různých jednotkách. Ty vyjadřují hmotnostní úbytek na jednotku plochy za čas, nebo rozměrový úbytek za čas. Z technického hlediska je lepší uvádět korozní rychlost v rozměrových změnách. K tomuto vyjádření korozní rychlosti není důležité, po jak dlouhou dobu byl vzorek exponován v korozním prostředí. Pro určení vhodného materiálu se může použít stupnice ukazatelů koroze. Tyto stupnice existují jak pro rovnoměrnou, tak i pro nerovnoměrnou formu koroze. Pokud sledujeme průběh nerovnoměrné koroze, omezujeme se někdy jen na kvalitativní popis typu napadení, jako je hloubka průniku poškození. V tomto případě je vhodné statisticky vyhodnotit i stupeň napadení povrchu Hodnocení pro typy korozního napadení - Rovnoměrné narušení povrchu se hodnotí především měřením hmotnostního úbytku, změn rozměrů, rozborem prostředí nebo elektrochemickými a elektrickými metodami. - Koroze, která je způsobená makročlánky se hodnotí nejčastěji pouze vizuálním hodnocením. V méně častých případech se sleduje i měření hmotnostních změn. Elektrochemickou metodou se měří proud ve zkratovaném článku. - Koroze štěrbinová se také sleduje vizuálně, zejména v kritických místech zařízení. Mohou se zkoušet i vzorky, které mají uměle vytvořenou štěrbinu. - Bodová koroze se hodnotí dle počtu a hloubky vzniklých bodů a to většinou vizuálně. Pro zjištění jednotlivých bodů na povrchu a jejich rozložení je nejlepší metoda pomocí barevného indikátoru, získáme otisky poruch. Na základě elektrochemického šumu lze sledovat vznik bodového napadení. V laboratořích se hodnotí nejčastěji náchylnost k bodové korozi galvanostaticky a potenciostaticky. - Využití metody zviditelnění trhlin vizuálně či metalograficky se užívá u mezikrystalové koroze, korozní únavy nebo praskání. Zaznamenání poškození je 45

44 možné také pouhým vizuálním zhodnocením charakteru lomu. Mezikrystalová koroze se nejčastěji hodnotí normovanými expozičními zkouškami. Korozní praskání se hodnotí na mechanicky namáhaných součástích v laboratořích. - Korozně erozní napadení je hodnoceno vizuálně, nebo dle hmotnostního a rozměrového úbytku. - Korozní napadení vodíkem zaznamenáváme zjišťováním změn mechanických vlastností. Na toto napadení lze uplatnit i elektrochemickou metodou. - Mikrobiální koroze může být sledována vizuálně a to dle vytváření a shromažďování biofilmu na povrchu. Monitorování vzniku biofilmu je možné pomocí vložení monitorovacího objemu. Vznik biofilmu se projeví poklesem tlaku. Nejvhodnějším prostředkem ke zjištění mikrobiální aktivity je užití šumových metod. (VŠCHT, 2009) 4.5 Provozní průmyslová korozní měření Nástroje sledující stupeň korozního poškození umožňují dlouhodobý bezpečný provoz průmyslových zařízení a zamezují nečekaným odstávkám. Korozní zkoušení v provozu má zajišťovat zkušební, dokumentační a monitorovací funkci. Zkušební funkci mají měření sloužící k ověřování korozní odolnosti kovu, dokumentární funkci má měření, které se provádí jako preventivní prohlídka během odstávky, nebo odstávky, která vznikla z důvodů poruchy. Monitorovací funkci mají ty metody, které slouží k průběžnému pozorování koroze přímo v provozu. Zkouškami provozními se většinou ověřují údaje a výsledné hodnoty zkoušek laboratorních. V provozu se zkoušky nijak neurychlují, jejich délka je tedy mnohem větší. Tyto zdlouhavé zkoušky mají nejspolehlivější výsledky. Často je s nimi spojeno mnoho problémů. Velmi pečlivě musíme vybrat místo, kde bude vzorek v provozu umístěn a jak bude upevněn. Také se musí striktně dodržet technologie výroby. Po celou dobu zkoušek je nutné vést podrobné záznamy a neustále se musí dodržovat stejný průběh všech faktorů, které korozi ovlivňují. Při průběžných dokumentačních prohlídkách se hodnotí vizuálně vzhled povrchu materiálu, poté se odstraní korozní produkt a materiál se vizuálně ohodnotí znovu. Korozní produkty se prozkoumají podrobnou analýzou. Hodnotí se stupeň napadení nerovnoměrného. Míra napadení se odhaluje například zvukovou zkouškou celistvosti. Tato zkouška lze provézt i za provozu zařízení. Mechanickými měřidly se zjišťuje úbytek tloušťky materiálu. Chceme-li zkoumat nerovnoměrné napadení za provozu, lze to provézt nedestruktivními zkouškami jako je radiační, elektrická a ultrazvuková zkouška. 46

45 V tabulce je uvedeno shrnutí hlavních postupů v měření koroze na průmyslových zařízeních přímo v provozních podmínkách. (VŠCHT, 2009) Tab. 2 - Hlavní postupy měření koroze Zdroj: VŠCHT 2009 METODA CO URČUJE ODEZVA NA ZMĚNU ZUPŮSOB MĚŘENÍ LPR (polarizační odpor) okamžitou rychlost rovnoměrné koroze okamžitá na sondě za provozu ER (elektrický odpor) celkovou rovnoměrnou korozi střední na sondě za provozu samovolný korozní potenciál nepřímo korozní rychlost okamžitá na sondě nebo celém zařízení za provozu hmotnostní a rozměrové změny průměrnou korozní rychlost velmi pomalá na vzorku za provozu nebo na zařízení při odstavení analýza korozního prostředí analýza korozníhch produktů uvolněný vodík ultrazvuk elektromagnet, indukční radiační akustická emise termografie EN (elchem. Šum) celkovou korozi systému rovnoměrnou korozi, vznik vodíkové křehkosti rovnoměrnou korozi, přítomnost trhlin, důlků rozložení nerovnoměrného korozního napadení rozložení nerovnoměrného korozního napadení vznik trhlin, netěsností, eroze částicemi rozložení korozního napadení vznik nerovnoměrného napadení pomalá žádná pomalá pomalá pomalá pomalá okamžitá pomalá okamžitá na celém zařízení za provozu na zařízení nebo vzorcích při odstavení na sondě nebo zařízení za provzu na zařízení za provozu nebo při odstavení na zařízení při odstavení na zařízení při odstavení nebo za provozu na zařízení za provozu na zařízení za provozu na sondě za provozu piezoelektrická úbytky tloušťky střední na sondě za provozu impedanční korozní rychlost okamžitá na sondě za provozu vizuální hodnocení celkovou korozi, na zařízení nebo vzorcích přítomnost trhlin, pomalá při odstavení důlků změna zvuku po poklepu celkovou korozi, přítomnost trhlin, důlků pomalá na zařízení za provozu 47

46 4.6 Monitorování koroze Monitoring pracujících zařízení v průmyslu slouží k získávání souhrnných informací o korozních dějích, jejich intenzitě nebo typu převládajícího napadení. Monitorování musí probíhat v místě, kde jsou nejpříznivější podmínky pro vznik a průběh koroze. Monitoring umožní například: - nalezení ideálních provozních podmínek prostředí - odhad délky životnosti - přesný rozvrh údržby a oprav zařízení - zhodnocení účinnosti zásahů protikorozní ochrany, zavedení inhibitoru, zhodnocení o vhodnosti materiálu a jeho změně Míra korozního napadení je sledována čidly, která jsou založena buď na pozorování elektrického odporu kovového materiálu, nebo polarizačního odporu kontrolního vzorku ve snímači. 4.7 Srovnání korozních monitorovacích technik Přímé srovnání mezi metodami neexistuje. Jen změny měřených veličin. Hmotnostní úbytky kovu na vzorcích, hodnota elektrického odporu, elektrické pole při průchodu proudu, induktivní odpor a odezva na ultrazvukový signál, tyto hodnoty jsou bezprostředně závislé na úbytcích kovu. Korozní rychlost se odvozuje od rychlosti snižující průřez stěny senzoru ze strany zkoušeného povrchu nebo tloušťka stěny samotného zařízení. Některé z elektrochemických metod reagují bezprostředně na okamžitou korozní rychlost ve vodivém prostředí. Metody nelze využít v prostředích nevodivých nebo plynných. Při monitorování odporovou technikou se využívá částečného měření elektrického odporu pro kompenzaci teplotních změn. Užitím tenkých senzorů dosahujeme velké citlivosti, ale životnost senzoru se snižuje. Technika mapování pole elektrického proudu se užívá pro sledování úbytků kovu na vnitřním povrchu potrubí. Při určité tloušťce stěny můžeme za měsíc stanovit korozní rychlost. Oproti tomu ultrazvukové snímače vyžadují až 1 rok ke zjištění korozní rychlosti. 48

47 Jedná-li se o zařízení nepřetržitě pracující bez výkyvů technologických podmínek, pak snížená citlivost monitoringu nevadí. Pokud ale dochází ke kolísání podmínek, nemůže nízká citlivost příslušné monitorovací techniky stanovit kritická období provozu a tak předejít zbytečném závadám. Životnost sondy u technik, jejichž citlivost je významně závislá na tloušťce stěny senzoru je dána většinou dobou potřebnou k odkorodování 50 % tloušťky. Pro sondy vytvořené na měření změn indukčního odporu je životnost asi 1 rok. (VŠCHT, 2009) 49

48 5 STUDIUM VYBRANÝCH TYPŮ KOROZNÍCH ZKOUŠEK 5.1 Korozní zkouška v solné mlze Korozní zkouška v solné mlze je napodobující, to znamená, že neudává rychlostní průběh koroze, ale pouze informace jestli materiál vůbec koroduje. Jedná se o standardní zkoušku v oblasti korozních zkoušek a hodnocení protikorozní ochrany. Byla poprvé standardizovaná v roce 1939 v USA. Zkoušený díl se uzavře do zkušebního prostoru, kde je pomocí speciální trysky kontinuálně atomizován roztok NaCl ve vodě a tím vytvářen velmi jemná slaná mlha. Ta za zvýšené teploty působí na materiál a vytváří zesílené účinky koroze. Obr Komora pro zkoušky solnou mlhou Zdroj:Valeš 2013 Obr Korozní zkouška v solné mlze Zdroj: vlastní zpracování 50

49 5.2 Korozní zkouška v kondenzační komoře Korozní zkouška v kondenzační komoře lze charakterizovat jako expozice zkoušených vzorků v prostředí s mírně zvýšenou teplotou (nejčastěji +40 C) a 100% vlhkostí. Je to poměrně jednoduchá zkouška, která je vhodná pro zkoušení materiálů s povrchovou úpravou typu nátěrů. Lze ji také využít k hodnocení ochranné účinnosti konzervačních prostředků i jiných úprav. Pokud je třeba simulovat průmyslové prostředí, tak se zkušební atmosféra doplní o oxid siřičitý. Mohou probíhat konstantní nebo cyklickou formou. (Valeš, 2013) Obr Kondenzační komora Zdroj: Specion 2012 Obr Korozní zkouška v kondenzační komoře Zdroj: vlastní zpracování 5.3 Zkouška hloubením Erichsenův přístroj Prováděná dle normy ČSN ISO 1520 Zkouška slouží k testování odolnosti nátěrových systémů vůči praskání, tvoření trhlin a odtržení ze základního materiálu. Principem zkoušky je vtlačování kuličky do 51

50 testovaného vzorku a vyhodnocení narušení nátěru. Přístroj je vybaven digitálním displejem, ze kterého je možné odečíst naměřenou hodnotu. (Proinex Instrument, 2013) 5.4 Mřížková metoda Obr Zkouška hloubením Erichsenův přístroj Zdroj: vlastní zpracování Prováděná dle normy ČSN EN Mřížková metoda je určená pro měření přilnavosti a křehkosti povrchových nátěrů zkoušených materiálů. Lze provádět buď pomocí řezného nástroje, nebo speciální šablonou, odtrh se provádí páskou. Pomocí řezného nástroje se do zkoušeného materiálu vyřeže mřížka, která se skládá z pravoúhlých řezů. Řez nožem musí projít nátěrem až k základnímu materiálu. Na mřížku se poté nalepí adhezivní páska a provede se odtrh. Kvalita nátěru je patrná z poškození vzniklém odtržením pásky. (Lakovna, 2013) Obr Mřížková metoda Zdroj: vlastní zpracování 52

51 5.5 Měření tloušťky nátěrového systému Prováděné dle normy ČSN EN ISO 2808 Jde o nedestruktivní metodu měření tloušťky nátěrového systému. K určení tloušťky slouží digitální přístroj ELCOMETER. Přístroj pracuje na principu přijímání odražených magnetických vln od kovového povrchu. Po styku povrchu a čidla se naměřená hodnota ihned zobrazí na displeji. (Dinev, 2007) 5.6 Zkouška ohybem Obr Měření tloušťky nátěrového systému Zdroj: vlastní zpracování Prováděná dle normy ČSN EN Tato zkouška se používá ke zjištění odolnosti nátěrového systému vůči praskání nebo odtrhávání ze základního materiálu a také míra roztažitelnosti nátěru. Jedná se o jednoduchou zkoušku, která se provádí na speciálním zařízení. Spočívá v ohýbání zkoušeného materiálu, který je pevně uchycen, přes válcovitý trn. Vyhodnocuje se vizuálně, poškození nátěru se většinou projevuje popraskáním. (Lakovna, 2013) Obr Zkouška ohybem Zdroj: vlastní zpracování 53

52 Obr Zkouška ohybem Zdroj: vlastní zpracování 5.7 Zkouška odtrhem Prováděná dle normy ČSN EN Zkouška se provádí pomocí odtrhoměru, jedná se o přenosné zařízení k měření adheze povlaků na materiál. K povrchu materiálu se přilepí panenka, poté se obkrouží a připevní se na ni nástroj (odtrhoměr). Otáčením přístroje se zvýší tlak na panenku, který ji odtrhne od povrchu. Indikátor po odtržení ukáže číselnou hodnotu adheze, tedy sílu, která byla nutná použít k odtržení panenky. Dále se hodnotí lomové chování. (Proinex Instruments, 2013) Obr Zkouška odtrhem Zdroj: vlastní zpracování 54