• Nie Znaleziono Wyników

Wyklad 1 Korozja

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Wyklad 1 Korozja"

Copied!
28
0
0

Pełen tekst

(1)

Korozja metali

(2)

• Korozja to proces degradacji materiału w wyniku jego

oddziaływania z środowiskiem.

• Proces ten jest w przypadku metali i półprzewodników procesem

elektrochemicznym składającym się z reakcji anodowej

(jonizacja metalu):

M

→ M

n+

+ ne

i reakcji katodowej (redukcja utleniacza):

O + ne → R

O + ne → R

Typowe reakcje katodowe w czasie korozji elektrochemicznej metali:

O2 + 2H2O + 4e  4OH

-H+ + e  1/2H 2

Fe+3 + e  Fe +2

(3)

Me  Me +n + ne (1)

KOROZJA METALU JAKO PROCES ELEKTROCHEMICZNY

Degradacja metalu następuje w wyniku reakcji anodowej:

Z reakcją anodową musi być sprzężona reakcja katodowa, gdyż zgodnie z zasadą zachowania ładunku elektrony uwolnione w reakcji anodowej muszą być „skonsumowane” w reakcji katodowej:

utleniacz Ox + ne  Red (2)

Typowe reakcje katodowe w czasie elektrochemicznej korozji metali:

O2 + 2H2O + 4e  4OH - (3)

H+ + e  1/2H

2 (4)

Fe+3 + e  Fe +2 (5)

(4)

Partial anodic and cathodic reactions

Cząstkowe reakcje korozji cynku w środowisku kwaśnym

e

2

Zn

Zn

2+

+

2

H

2e

2H

+

+

reakcja anodowa reakcja katodowa       = Zn Zn a a RT nF Zn k i [ ]exp α η      − − = + H H c c RT F H k i [ ]2 exp (1 α )2 η -2,8 -2,6 -2,4 -2,2 -2,0 2 2 2H++ eH ZnZn2++2e lo g i 0,00 0 0,00 2 0,00 4 0,00 6 0,00 8 i net i a icorr e Zn Zn→ 2++2 i -2 -1 0 1 2 -3,4 -3,2 -3,0 -2,8 ZnZn +2e log i corr lo g i η η η η -2 -1 0 1 2 - 0,00 8 - 0,00 6 - 0,00 4 - 0,00 2 η ηη η ic 2 2 2H++ eH

η =

E - Ecorr

(5)

Ogniwa galwaniczne

Ogniwa galwaniczne

w

(6)
(7)

2e Fe Fe→ 2+ +

Mikroogniwa

Lokalna anoda (ziarna ferrytu)

1/2O2+ H2O + 2e  2OH

-Lokalna katoda (wtrącenia weglików)

2e

niejednorodność elektrochemiczna mikrostruktury stopów żelaza

Material ESCE ,, V Fe -0.755 żeliwo -0.762 Stal węglowa -0.744 grafit +0.372 Fe3C* -0.210

(8)

Nano-ogniwa

Pozycja „anodowa” Pozycja katodowa

Niejednorodność energetyczna pozycji atomowych

Model powierzchni monokryształu metalu wg. Kossela i Stranskiego, a – atom w innej fazie niż metal (gaz, ieczc), b – powierzchniowo zaadsorbowany atom (ad-atom), c – atom w pozycji krawędziowej (step

position), d – atom w pozycji narożnej (kink site)

(9)

Ogniwo stężeniowe

Obszar katodowy (wzbogacony w tlen)

Obszar anodowy (zubożony w tlen)

(10)

Korozja z depolaryzacją wodorową

Fe → Fe

2+

+ 2e

reakcja anodowa

2H

+

+ 2e → H

2

reakcja katodowa

Zachodzi w środowiskach kwaśnych .

(11)

Korozja z depolaryzacją tlenową

Fe → Fe

2+

+ 2e

reakcja anodowa

½O

2

+ H

2

O + 2e → 2OH

-

reakcja katodowa

Reakcje elektrochemiczne

2

2

Fe(OH)

2OH

Fe

++++

++++

−−−−

3

2

2

2

1

2

O

H

O

2Fe(OH)

2Fe(OH)

++++

++++

(12)

Kontrola dyfuzyjna procesu korozji (szybkość zależy od transportu utleniacza do powierzchni metalu)

2e Fe

Fe → 2+ +

Reakcja anodowa:

Korozja żelaza w obojętnych środowiskach wodnych

Reakcja katodowa: 21 O2 +H2O+ 2e → 2OH−

Wytrącanie produktu korozji:

3 2 2 2 1 2 O H O 2Fe(OH) 2Fe(OH) + + →↓ 2 2 Fe(OH) 2OH Fe + + − → 1 2 −

=

=

L eff O

δ

corr

i

nFD

c

i

(13)

Kontrola dyfuzyjna procesu korozji (szybkość zależy od transportu utleniacza do powierzchni metalu)

Korozja Fe w 0.2M Na2SO4, pH=2.7, 200C. Wpływ obrotów żelaznej elektrody dyskowej .

2 / 1 O 6 / 1 3 / 2 2 620 . 0 nFD

ν

c

ω

iL = eff

V.G.Levich, „Physicochemical Hydrodynamics, Prentice Hall, Englewood-Cliffs, N.Y. 1962

(14)

Wpływ pH na korozję cynku w środowisku wodnym

Zn →→→→ Zn2++ 2e E

0= - 0.763 + 0.0295log[Zn2+] Zn + H2O →→→→ ZnO + 2H+ + 2e- E0= -0.439 - 0.0591pH

Zn + 2H2O →→ ZnO22-+ 4H++ 2e- E0=0.441 - 0.1182pH + 0.0295log[ZnO2-]

ZnO + 2H+→ Zn2++ H

2O log[Zn2+] = 10.96 - 2pH

ZnO + H2O →→→→ ZnO22-+2H+ log[ZnO22-] = -28.48 + 2pH

Próbki ocynkowanej stali węglowej po próbie w komorze solnej (900h)

(15)
(16)

Definicja pasywacji Wagnera

Metal jest wstanie pasywnym, gdy korozja w wyniku elektrochemicznej lub chemicznej reakcji maleje wraz ze wzrostem powinowactwa reakacji

(17)

Mechanism pasywacji w środowiskach wodnych

− +

+

+

+

H

O

Me

(

H

O

)

MeOH

H

e

Me

2 2 ad ad − +

+

e

MeOH

O

H

Me

2+

+

2 +

+

H

korozja

+

+

+

H

O

Me

(

H

O

)

MeOH

H

e

Me

2 2 ad ad O H2 + − + + +H e ) OH ( Me 2 O H MeO + 2 pasywacja produkt pośredni

(18)

Korozja metali pasywnych (korozja loklana)

Korozja szczelinowa Korozja Korozja wżerowa Korozja międzykrystaliczna Korozja naprężeniowa Korozyjno-erozyjne niszczenie metalu

(19)

Pitting corrosion

Mechanism of pitting corrosion in chloride containing media

Pitting corrosion of iron in atmosphere polluted with SO2

(20)

Pitting corrosion

Pitting corrosion of Ti in CH3OH-LiCl solutions Pitting corrosion of Fe-18%Cr alloy in CH3OH-H2SO4 solutions

(21)

Inergranular corrosion

Inergranular corrosion of NIROSTA 2202 steel (22%Cr,6%Ni,3%Mo) in 93.5 wt.% H2SO4 (1000C)

(22)

Stress corrosion cracking Crack velocity:

)

1

(

3/

=

s a kT

e

L

D

v

σ

Ds. – surface self diffusion coeficient L – diffusion length

Surface mobility model of Stress corrosion cracking (SCC) according to Galvele

J.R. Galvele, Corrosion Science 27,1 (1987)

L – diffusion length

σ– elastic surface stress at the crack tip

(23)
(24)

Atmospheric corrosion

Photoinduced creation of oxidants:

nm

310

O

O

O

3

+

*

+

2

λ

<

+

H

O

2OH

O

* 2

OH* radicals can oxidize several species such as SO2, H2S, and NO2, a large fraction of radicals is consumed through reactions with hydrocarbon molecules, whereby one of the end products is the hydroperoxyl radical HO2*. 2 2 2 2 2

HO

H

O

O

HO

+

+

4 2 OH , O H 2

H

SO

SO

2

2

O

H

HS

OH

S

H

2

+

+

2 2 2 2

HO

SO

O

2

HS

+

+

3 OH , O H

HNO

NO

2

2

• •

+

2

Cl

Cl

2

h

ν

λ

<

430

nm

HCl

R

Cl

RH

+

+

(25)

Korozja w glebie (Corrosion in soil)

(26)

Korozja mikrobiologiczna (Microbiological induced corrosion -MIC)

SEM image of biofilm on steel coupons exposed in geothermal water (one month)

(27)

Korozja w wodzie (H

2

O-CO

2

-H

2

S system)

Corrosion mechanism of carbon steel in H2O-CO2 (a) and H2O-CO2-H2S (b) systems

(28)

Effect of CO

2

pressure on the corrosion of carbon steel in the thermal

water from Bańska (laboratory experiments)

J. Banaś, K. Banaś, B. Stypuła: Ochhrona przed Korozją 6, 136 (1991),

J. Banaś, J. Głownia, B. Stypuła, D. Walusiak: in: Atlas of the Geothermal Waters of Polish Lowland, ed. by Institute of Fossil Fuels, AGH, Cracow Poland 1990

Cytaty

Powiązane dokumenty

Tym samym również drugą przyjętą w artykule hipotezę H2 należy uznać za nieprawdziwą, jako że nie można przyjąć, iż w dobie kryzysu małe i średnie przedsiębiorstwa w

rozwiązania relacji. Wynika to z faktu, że na początkowym etapie relacji strony.. nie mają jeszcze odpowiedniego doświadczenia potrzebnego do ocenienia jakości danej

J. Woźniczka zauważa, jako jeden z nielicznych, że cele reklamowe na- leży rozpatrywać na różnych poziomach oddziaływania: od celów mediowych, poprzez cele przekazu

1) Motywacja i poziom umiejętności jest taki sam dla zadań egzaminacyjnych i zadań kotwiczących, zatem motywacja uczniów nie wpływa na wyniki zrównywania. 3)

W kontekście tej grupy zadań wypada również odnotować, że polecenia zorientowane na mierzenie umiejętności, ale oparte na nieomówionym materiale, nie były wyraźnie trudniejsze

W niniejszym raporcie, na podstawie danych z SIO, przeanalizowano cztery typy zmian w sieci szkół ponadgimnazjalnych (liceów ogólnokształcących, techników i zasadniczych

Wyniki badania PIAAC obalają „mit cyberdziecka” i pokazują, że także wśród młodych istnieje gru- pa osób nieposiadających podstawowych umiejętności obsługi komputera.

It consists of three major steps: (i) estimate the sentiment using different methods and different datasets, (ii) evalu- ate the estimation error per method, and (iii)