Zniszczenie metali przez korozję

Słowo „korozja" pochodzi od łacińskiego wyrazu „corrosio", które ozna-cza gryzienie.

Według PN-69/H-04609 korozja metali jest to niszczenie na skutek wzajemnej reakcji chemicznej lub elektrochemicznej metalu ze środowiskiem korozyjnym. Zjawiska korozyjne wywołują straty korozyjne, które określa się masą metalu przetworzoną w produkty korozyjne w określonym okresie czasu.

Z pojęciem strat korozyjnych wiąże się definicja szybkości korozji (ubytku masy). Szybkość korozji stanowią ubytki korozyjne przeliczone na jednostkę powierzchni metalu i jednostkę czasu, np. g/(m²·godz.).

7.2.1. Rodzaje korozji w zależności od środowiska

Przebieg procesu korozyjnego i jego mechanizm w znacznym stopniu jest zależny od rodzaju środowiska korozyjnego. Ogólnie wyróżnia się dwa zasadnicze typy korozji:

1) korozję chemiczną, 2) korozję elektrochemiczną.

Do korozji chemicznej zalicza się korozję metalu, podczas której w jedno-czesnej reakcji następuje utlenianie metalu i redukcja utleniającego składnika środowiska korozyjnego, a której nie towarzyszą zjawiska natury elektrycznej.

Do tego rodzaju korozji należy niszczenie łopatek turbin stykających się z gorącymi gazami spalinowymi, korozja elementów grzejnych pieców elek-trycznych, korozja zbiorników, przewodów i reaktorów chemicznych powodo-wana działaniem gazów: H2S, H2, CO, C 02, NH3, przegrzaną parą wodną lub ciekłymi nieelektrolitami. Spośród wielu przypadków korozji chemicznej największe znaczenie (ze względu na wielkość strat) ma korozja gazowa, stanowiąca chemiczną korozję metali w suchych gazach (zwykle w wysokich temperaturach).

Korozja elektrochemiczna zachodzi w środowisku elektrolitu (tworzą się ogniwa korozyjne), podczas której jonizacja atomów metalu i redukcja utleniającego składnika środowiska korozyjnego nie przebiegają w jednej reakcji, a szybkość reakqi zależy od potenqału elektrodowego.

Przyczyny powstawania ogniw korozyjnych są różne i wynikają z właś-ciwości zarówno metali (rodzaj, struktura, niejednorodność) jak i środowiska elektrolitycznego (rodzaj, stężenie, temperatura, kwasowość). W tej grupie korozji można wyróżnić:

• korozję atmosferyczną,

• korozję ziemną,

• korozję morską,

• elektrokorozję,

• korozję biologiczną.

Korozja atmosferyczna jest to korozja w atmosferze powietrza. Korozja metali spowodowana agresywnym działaniem gleby nazywa się korozją ziemną. Korozja morska zachodzi w wyniku agresywnego działania środowis-ka morskiego (atmosfery i wody morskiej).

Elektrokorozja może być wywołana prądami błądzącymi (korozja urzą-dzeń metalowych zakopanych w ziemi w pobliżu przewodów elektrycznych), lub prądami pochodzącym z zewnętrznych źródeł prądu.

Korozja biologiczna (biokorozja) zachodzi na skutek zmian powstałych w środowisku korozyjnym pod wpływem działania mikroorganizmów (np.

bakterii), lub innych organizmów żywych (np. glonów, pleśni, grzybów).

7.2.2. Rodzaje korozji w zależności od obrazu zniszczeń korozyjnych Obraz zniszczeń korozyjnych spotykanych w praktyce umożliwia znalezie-nie przyczyn uszkodzeń korozyjnych oraz dobraznalezie-nie właściwych środków zapobiegawczych. W zależności od rodzaju i charakteru zniszczenia korozyj-nego rozróżnia się:

■ Korozję ogólną (rys. 7.13), która zachodzi na całej powierzchni metalu.

Może ona zachodzić z jednakową szybkością na całej powierzchni metalu i wówczas nazywa się równomierną, ewentualnie z niejednakową szybkością na różnych częściach powierzchni metali będąc nierównomierną.

■ Korozję galwaniczną, zachodzącą na skutek istnienia ogniwa korozyjnego powstałego między dwoma lub kilkoma różnymi metalami znajdującymi się w środowisku elektrolitycznym.

■ Korozję szczelinową (rys. 7.14), rozwijającą się w sposób przyśpieszony w szczelinach, w szparach oraz w miejscach niedostatecznego kontaktu metalu z tworzywami metalicznymi i niemetalicznymi. Szczególnym przy-padkiem korozji szczelinowej jest korozja nitkowa (rys. 7.15). Rozprzest-rzenia się ona w postaci nitek, głównie pod niemetalowymi powłokami ochronnymi.

■ Korozję wżerową (rys. 7.16), zachodzącą w określonych miejscach na powierzchni, powodującą znaczne zniszczenia w głębi metalu na skutek tworzenia się wżerów. Obserwuje się ją bardzo często w stalach wysoko-stopowych stykających się z agresywnym działaniem jonów chlorkowych (np. w wodzie morskiej).

■ Korozję międzykrystaliczną (rys. 7.17), rozwijającą się wzdłuż granic ziarn metalu lub stopu. Mechanizm jej polega na tym, że w bezpośrednim sąsiedztwie granic ziarn tworzą się ogniwa korozyjne, w których granice ulegają rozpuszczeniu, a tym samym zostaje naruszona spójność metalu.

Ten typ korozji obniża bardzo mocno własności mechaniczne, przy prawie niewidocznej zmianie wyglądu zewnętrznego. Do szczególnych przypadków korozji międzykrystalicznej stali chromowoniklowych zaliczyć należy

150

Rys. 7.13. Obraz korozji ogólnej: a) równo- Rys. 7.14. Przykład korozji szczelinowej koł-miernej, b) nierównokoł-miernej, 1 — podłoże, nierza rury stalowej

2 — produkty korozji

Rys. 7.15. Przykład korozji nitkowej tulei z powłoką ochronną

korozję przyspoinową i korozję nożową. Korozja przyspoinowa (rys. 7.18), występuje w pewnej odległości od spoiny. W trakcie spawania strefa ta zostaje nagrzana do temperatury 400—900°C. Korozja nożowa (rys. 7.19), powstaje wyłącznie w stalach chromowoniklowych z dodatkiem Ti lub Nb. Rozwija się w obszarach bezpośrednio przyległych do spoiny (w strefie wtopienia) pozostawiając ślad podobny do cięcia nożem.

Rys. 7.16. Obraz korozji wżerowej: a) wżery szerokie, b) wżery średnie, c) wżery wąskie

Rys. 7.17. Przykład korozji międzykrystalicznej Rys. 7.18. Obraz korozji przyspoinowej stali 18/8: 1 - spoina, 2 - strefa korozji

152

■ Korozję selektywną, polegającą na rozpuszczaniu w środowisku korozyjnym jednego ze składni-ków strukturalnych stopu, co prowadzi do obniżenia jego własności mechanicznych. Ten typ korozji można zaobserwować w żeliwach szarych, mosiądzach, brązach aluminiowych i innych stopach, w których składniki fa-zowe różnią się znacznie potenc-jałem elektrochemicznym.

■ Korozję naprężeniową (rys. 7.20), rozwijającą się pod wpływem jednoczesnego działania

środowi-ska korozyjnego i

zewnętrz-Rys. 7.19. Obraz korozji nożowej stali 18/8:

1 — spoina, 2 — strefa korozji

nych lub wewnętrznych naprężeń mechanicznych. Szczególnym przypad-kiem korozji naprężeniowej jest tzw. pękanie korozyjne.

Rys. 7.20. Przykład korozji naprężeniowej rury z mosiądzu M63

■ Korozję zmęczeniową (zmęczenie korozyjne), powstającą na skutek jedno-czesnego oddziaływania środowiska korozyjnego i cyklicznie zmiennych naprężeń.

■ Erozję — korozję, powodowaną jednoczesnym mechanicznym i korozyjnym oddziaływaniem środowiska. Występuje w dwóch formach: atak uderzenio-wy i uszkodzenie kawitacyjne. Pierwsza forma związana jest z burzliuderzenio-wym przepływem wody z dużą zawartością powietrza, druga wywołana jedno-czesnym działaniem korozji i kawitacji, tj. uderzaniem powstających i zani-kających (w wyniku zmian ciśnienia) pęcherzyków gazu w strumieniu płynącej cieczy.

Do zjawisk erozji - korozji zalicza się także korozję cierną, wywołaną jednoczesnym działaniem środowiska korozyjnego i tarcia (np. łożyska, czopy, krzyżulce).

7.2.3. Zapobieganie korozji ogólnej i galwanicznej

Zmniejszenie skutków korozji ogólnej i galwanicznej, które występują najczęściej, można uzyskać drogą:

• doboru odpowiedniego materiału odpornego na korozję w danym środowis-ku korozyjnym,

• unikania tworzenia się galwanicznych ogniw korozyjnych. Stykające się metale winny znajdować się jak najbliżej siebie w szeregu napięciowym,

• izolowania metali od siebie,

• starannego doboru stosowanych powłok ochronnych,

• unikania w łączonych konstrukcjach niekorzystnego stosunku między powierzchnią anody i powierzchnią katody,

• stosowania inhibitorów korozji,

• stosowania ochrony elektrochemicznej, np. ochrony protektorowej.