Koroze kovů. Koroze lat. corode = rozhlodávat

Transkript

1 Koroze kovů Koroze lat. corode = rozhlodávat 1

2 Koroze kovů Koroze kovů, plastů, silikátových materiálů Principy korozních procesů = korozní inženýrství Strojírenství Mechanická pevnost Vzhled Elektotechnika Funkční vlastnosti (pájitelnost, kontaktní odpor) Stavebnictví 2

3 Koroze kovů Třídění koroze podle: Mechanizmu korozního děje Formy napadení Korozního činitele Korozního prostředí Projevy korozního procesu: Korozní úbytek/přírůstek Znehodnocení povrchu korozními zplodinami 3

4 Mechanizmus koroze Mechanizmus koroze kovu = přechod kovu do stabilnější sloučeniny, v níž se vyskytuje v přírodě Jak se to děje schopnost kovového povrchu vstupovat do reakcí se složkami prostředí Dojde-li k přímé reakci chemická koroze (u většiny kovů probíhá samovolně) Vzniká-li na povrchu kovu systém galvanických článků jedná se o elektrochemickou korozi 4

5 Chemická koroze Chemická koroze korozní děj v elektricky nevodivých prostředích (oxidace): 2Fe + O2 -> 2FeO + 1/2O2 -> Fe2O3 Korozní vrstva velmi tenká. Zabraňuje přístupu korozního media k povrchu Ochranný účinek korozní vrstvy určuje PillingBedwordovo číslo: Vm PBC = Va 5

6 Chemická koroze PBC < 1 vrstva nemá ochranný charakter PBC 1 vrstva má ochranný charakter PBC >> 1 vrstva je nestabilní (vnitřní pnutí) 6

7 Korozní prostředí- atmosféra Chemická ušlechtilost Korozní odolnost 7

8 Elektrochemická koroze Elektrochemická koroze korozní děj v elektricky vodivých prostředích Na rozhraní mezi kovem a elektrolytem vzniká elektrická dvojvrstva 8

9 Elektrochemická koroze Každý kov má jiný potenciálový rozdíl na rozhraní kov-elektrolyt Elektrodový potenciál nelze změřit. Stanovuje se k vodíkové elektrodě neušlechtilé kovy (Al) H ušlechtilé kovy (Cu) 9

10 Elektrochemická koroze Elektrodový potenciál základ elektrochemické koroze. Vzniklá vrstvička zastavuje polarizační efekt. Vlivem depolarizace rozpouštění pokračuje Anodový proces Me -> Men+ + nekatodový proces D + ne- ->DnKoroze -> Oxidace + Redukce 10

11 Elektrochemická koroze Elektrochemická koroze děj, kde dochází k oxidaci materiálu a redukci složek roztoku redox systém Místo kde dochází k rozpouštění kovů - anoda Místo kde dochází k neutralizaci přebytečných elektronů - katoda Korozní článek s kyslíkovou depolarizací 11

12 Elektrochemická koroze V praxi dochází k elektrochemické korozi vlivem korozních (galvanických) článků Základní typy korozních článků Kontakt dvou různých kovů makročlánek 12

13 Elektrochemická koroze Kontakt strukturálních složek jednoho materiálu mikročlánek 13

14 Elektrochemická koroze Koroze povlakových systémů Je-li anoda (méně ušlechtilý kov) relativně malá proti katodě (ušlechtilejší kov) - velká koroze v místě póru. 14

15 Korozní činitelé Čistota kovu - nečistoty, nehomogenita korozi zrychlují Stav povrchu hrubý povrch větší aktivní plocha Korozní prostředí stimulátory koroze (síra, chlór, čpavek, dusík) Teplota a vlhkost (vlhkostně-teplotní komplex) PH prostředí 15

16 Korozní činitelé 16

17 Korozní rychlost Časový průběh (rovnoměrné) koroze korozní rychlost K Změna hmotnosti m [g.m2, g.m2.a-1] Kh = t h Hloubka průniku Kp = [μm, μm.a-1] t Ocel Kh = 7,68 Kp 17

18 Korozní rychlost 18

19 Korozní rychlost 19

20 Korozní napadení Korozní napadení z hlediska typu: Rovnoměrná Nerovnoměrná a skvrnitá Důlková a bodová Mezikrystalová Transkrystalová Selektivní 20

21 21

22 Korozní napadení Korozní napadení z hlediska charakteru: Koroze a mechanické namáhání Koroze za napětí Vlivem pnutí v materiálu je korozní proces urychlován. Bez mechanického namáhání by koroze probíhala menší rychlostí Praskání korozí za napětí Kombinovaný vliv mechanického namáhání a koroze. Bez mechanického namáhání by koroze neprobíhala Korozní praskání Slitiny namáhané v tahu a za působení korozního prostředí 22

23 Korozní napadení 23

24 Korozní napadení Korozní únava střídavé mechanické namáhání v korozním prostředí 24

25 Korozní napadení Vibrační (frettingová) koroze Chemické a mechanické namáhaní povrchu 25

26 Korozní napadení Kavitace Kavitační opotřebení vliven plynných a parních bublin v proudící kapalině. Koroze za speciálních podmínek Štěrbinová koroze V místech rozdílné koncentrace korozního prostředí 26

27 Korozní napadení Nitková koroze Bimetalická koroze Koroze pod puchýři organického povlaku Těsný kontakt dvou kovu vzdálených od sebe v elektropotencálové řadě Velikost exponované plochy Vrstva vlhkosti Koroze v pórech a trhlinách Pór místní přerušení povlaku Speciální případ bimetalické koroze Korozní zplodiny zaplní póry 27

28 Korozní napadení 28

29 Korozní napadení Koroze vyvolaná částečkami prachu Adsorpční schopnost prachových částic, Složení prachových částic 29

30 Korozní prostředí- tech. prostředí Elektricky nevodivá prostředí Koroze v oxidujících plynech Oxidová vrstvička na mědi (Cu2O) ochranné vrstvy na Ag, Au, Rh, Pd, Pt Koroze v redukujících plynech Vodíková koroze H+ H2 2H H e- p H kpa 30

31 Korozní prostředí- tech. prostředí Elektricky vodivé prostředí Koroze je umožněna existencí iontů vzniklých disociací korozního prostředí Koroze v taveninách je obdobá koroze v elektrolytu 31

32 Korozní prostředí - voda Dominantním degradačním procesem je elektrochemický děj Rychlost děje ovlivňuje řada činitelů (nečistoty, kavitace, mikroorganizmy) Zásadní význam má kyslík Kyslíková depolarizace Korozní článek s difrenciální polarizací 32

33 Korozní prostředí - voda Na korozi má vliv ještě ph, teplota, složení vody, proudění vody Odplyněný uzavřený systém Neodplyněný otevřený systém 33

34 Korozní prostředí- půda Půdní prostředí tuhá, plynná a kapalná fáze Nerovnoměrný průnik plynů -koncentrační články s diferenciální areací Neprovzdušněná půda Provzdušněná půda 34

35 Korozní prostředí- půda Korozi v půdě zesilují bludné proudy = 35

36 Korozní prostředí- půda Korozi v půdě zesilují bludné proudy 1A za rok rozpustí 10kg Fe = 36

37 Korozní prostředí- atmosféra Atmosférická koroze elektrochemický děj v tenké vrstvě elektrolytu Podmínky pro rozvoj koroze Stimulátory koroze (polutanty) SO2, Cl- (H2S, HN3, Cl2, saze..) Vrstvička vody adsorbovaná vrstva do 10 μm zkondezdovaná vrsrva vodní páry do 100 μm kritická vlhkost 80 % RV Teplota 0 (?) az 50 oc Vlhkostně_teplotní komplex 37

38 Korozní prostředí- atmosféra Mechanizmus atmosférické koroze Hydroxid železnatý Hydroxid železitý 38

39 Korozní prostředí- atmosféra Kinetika atmosférické koroze Přerušovaný průběh atmosférické koroze (ke korozi dochází jen v periodách ovlhčení) Rychlost koroze 39

40 Korozní prostředí- atmosféra Ze znalosti chování základních kovů (Cu, Zn, Fe, Al) v agresivní atmosféře lze stanovit střední roční ustálenou korozní rychlost 40

41 Korozní prostředí- atmosféra Rozdělení kovů z hlediska kinetiky koroze Kovy schopné plně a opakovaně reagovat na stimulátory koroze (železné kovy, ocel, litina) Kovy schopné se stimulátory koroze vytvářet stabilní soli (zinek, měď, olovo, kadmium) Kovy vykazující v atmosférických podmínkách pasivitu (korozivzdorné oceli, hliník) Kovy imunní v atmosférických podmínkách (zlato, platina, rhodium, paladium) 41

42 Klasifikace korozní agresivity Korozní agresivita prostředí Vnější atmosféra Hlavní korozní stimulátotry SO2, ClVlhkostně teplotní komplex Faktory prostředí (vítr, prach, sluneční záření, dešť) Vnitřní atmosféra Hlavní stimulátory koroze + H2S, Cl2, NOx, NH3, O3 Malý rozsah změn relativní vlhkosti 42

43 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace korozní agresivity vnějších prostředí podle ČSN ISO

44 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace odvozená z vlastnosti prostředí Klasifikace doby ovlhčení 44

45 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Metody měření doby ovlhčení Nepřímé stanovení doby ovlhčení (ze znalosti průběhu teploty a vlhkosti v daném prostředí) Přímé měření ovlhčení 45

46 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace úrovně znečištění pro SO2 46

47 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace úrovně znečištění pro Cl- 47

48 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Stupně korozní agresivity 48

49 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Pravděpodobná korozní rychlost stand. vzorků 49

50 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí Klasifikace odvozená z korozní rychlosti stand. vzorku Standardní vzorky Ocel, Al, Cu, Zn Velikost vzorků (100 x 150 mm) Doba expozice 1 rok 50

51 Klasifikace korozní agresivity vnější prostředí 51

52 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí 52

53 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Přímé měření Jednotky Objemové ppm (cm3.m-3) ppb (mm3.m-3) Hmotnostní (ug.m-3) Přepočet 1 grammolekula pynu při teplotě 0oC a 760 mmhg SO2 1 ug.m-3 NO2 1 ug.m-3 0,38 mm3.m-3 0,54 mm3.m-3 53

55 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování pomoci zkušebních vzorků Ploché vzorky Vzorky standardních kovu (100 x 150 mm) Expozice tří vzorku po dobu jednoho roku Rychlost koroze 55

56 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování pomoci zkušebních vzorků Spirálové vzorky Rychlost koroze 56

57 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování depozice škodlivin Sulfatační desky (reakce SO2 s PbO2) 57

58 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování depozice škodlivin Depozice SO2 na alkalickém povrchu Uhličitan sodný Doba expozice 30 dnů 58

59 Monitorování korozní agresivity vnější prostředí Monitorování depozice škodlivin Metoda mokré svíce (depozice Cl-) Glykol + H2O 59

61 Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém IEC (ANSI/ISA) 61

62 Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém IEC (ANSI/ISA) 62

63 Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém IEC (ANSI/ISA) Vyhodnocování metodou katodické redukce Tloušťka korozní vrstvy h= I.t.M S.z.f I proud t doba redukce M molární hmotnost S plocha z mocenství kationtu F Faradayova konstanta 63

64 Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém ISO 64

65 Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém ISO Obdoba ČSN ISO

66 Korozní agresivita vnitřních prostředí Klasifikační systém ISO Zkušební vzorky Cu, Ag Velikost (50 x 30 mm) Doba expozice 30 dní Vyhodnocení Změna hmotnosti Vzhledový raiting Analýza obrazu Barevné změny 66

67 Korozní agresivita vnitřních prostředí 67

68 Korozní agresivita vnitřních prostředí Korozní senzory (meandr 2, m) Korozní senzor Přístroj pro vyhodnocování korozního znehodnocení senzoru (Rohrback Cosasco Systém, Inc) 68

69 Korozní agresivita vnitřních prostředí Výhody Reakce senzoru s prostředím Relativně snadné vyhodnocení Nevýhody Drahé sondy pro jednorázové použití 69

70 Korozní agresivita vnitřních prostředí Korozimetry Cu a Ag senzor korozimetru Korozimetr OnGuard (Purafil, Inc.) 70

71 Korozní agresivita vnitřních prostředí Výhody Téměř okamžité výsledky Možnost zpracování výsledků na PC Nevýhody Drahé zařízení Náhradní sondy 71

72 Korozní prostředí a elektrotechnika