EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje
description
Transcript of EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje
![Page 1: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/1.jpg)
Korozja to fizykochemiczne oddziaływanie między środowiskiem i metalem, w którego wyniku powstają zmiany we właściwościach metalu, które mogą prowadzić do znaczącego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami.
EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów –Podstawowa terminologia i definicje
![Page 2: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/2.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Środowisko zawiera czynniki korozyjne:- substancje chemiczne: kwasy, zasady, jony chlorkowe,
związki utleniające, kompleksujące, - podwyższona temperatura,- narażenia mechaniczne: naprężenia, drgania, tarcie,- prądy błądzące, - przepływ roztworu- mikroorganizmy (bakterie)- …
![Page 3: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/3.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Środowiska:- naturalne: atmosfera, gleba, wody, tkanki
- związane z działalnością człowieka, np: przemysł chemiczny, hutniczy, kosmonautyka, motoryzacja, spożywczy, oczyszczalnie ścieków, itp.
![Page 4: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/4.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Metal:- metale, - stopy metali,- kompozyty z
elementami metalowymi
![Page 5: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/5.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Oddziaływania:- elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna - chemiczne – korozja chemiczna- mikrobiologiczne – korozja mikrobiologiczna - fizyczne – wraz z poprzednimi
zwykle współdziałanie rożnych oddziaływań
![Page 6: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/6.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Układ korozyjny
Zniszczenia korozyjne: pogorszenie funkcji (utrata użyteczności) metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami
![Page 7: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/7.jpg)
Pogorszenie funkcji metalu
![Page 8: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/8.jpg)
Pogorszenie funkcji?
![Page 9: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/9.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Układ korozyjny
Korozja większości metali jest procesem samorzutnym, nieuniknionym
![Page 10: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/10.jpg)
Obieg (wielu) metali w przyrodzie
![Page 11: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/11.jpg)
Trwała forma żelaza: tlenek żelaza
![Page 12: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/12.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Oddziaływania chemiczne – korozja chemiczna:- w środowiskach nieprzewodzących: gazy, związki organiczne,
stopiona siarka,- reakcja chemiczna metalu z utleniaczem:
utlenianie: 2Fe + 3O2 → 2Fe2O3
siarkowanie: Fe + S → FeS- duże zniszczenia powyżej 200 - 400°C - korozja
wysokotemperaturowa - turbiny gazowe, silniki, piece, spaliny, przemysł hutniczy
![Page 13: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/13.jpg)
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Oddziaływania elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna:- w środowiskach przewodzących: roztwory elektrolitów i
stopione elektrolity- reakcje elektrochemiczne- największe zniszczenia korozyjne metali - tak zachodzi korozja metali w środowiskach naturalnych:
atmosfera, gleba, wody, ciało człowieka
i związanych z działalnością gospodarczą: przemysł chemiczny, hutniczy, spożywczy, energetyka, …
![Page 14: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/14.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
R̀oztwór elektrolityczny
Metal
Fe2+
Fe → Fe2+ + 2e
Reakcja anodowa (utleniania metalu) powoduje polaryzację układu (metal zyskuje ładunek ujemny, a roztwór – dodatni), hamującą jej dalszy biege
e
![Page 15: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/15.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
H+ H+
![Page 16: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/16.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
H+ H+
![Page 17: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/17.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
H2
Reakcja katodowa (redukcja jonów wodorowych) powoduje depolaryzację (znika różnica ładunków) umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji)
2H+ + 2e → H2
![Page 18: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/18.jpg)
Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa
2H+ + 2e → H2 reakcja katodowa
Korozja z depolaryzacją wodorową)
Korozji z depolaryzacją wodorową ulegają zwłaszcza metale aktywne w roztworach kwaśnych, np. Zn w roztworze HCl
![Page 19: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/19.jpg)
Metal Roztwór korozyjny
Potencjał korozyjny
e
reakcja anodowa: Fe → Fe2+ + 2ereakcja katodowa: 2H+ + 2e → H2
Przy potencjale korozyjnym obie reakcje zachodzą z równą szybkością (prąd sumaryczny równy zeru).
e
![Page 20: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/20.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
O2
Inna reakcja depolaryzacji (zabierająca elektrony z metalu)
![Page 21: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/21.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
O2
![Page 22: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/22.jpg)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
Reakcja katodowa (redukcja tlenu) powoduje depolaryzację umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji)
½O2 + H2O + 2e → 2OH-
OH-OH-
![Page 23: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/23.jpg)
Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa
½O2 + H2O + 2e → 2OH- reakcja katodowa
Korozja z depolaryzacją tlenową)
Korozja z depolaryzacją tlenową zachodzi w środowiskach natlenionych (napowietrzonych): atmosfera, gleba.
![Page 24: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/24.jpg)
Reakcja anodowa: roztwarzania metalu
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
Fe → Fe2+ + 2e
![Page 25: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/25.jpg)
Reakcja anodowa: inna możliwość
Roztwór elektrolityczny
Metal
Fe2O3 Fe2O3
e
e
e
e e
e
2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e
Roztwór elektrolityczny
![Page 26: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/26.jpg)
Reakcja anodowa: inna możliwość
Roztwór elektrolityczny
Fe2O3Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3
Fe Fe
H2O H2O
warstwa pasywna
Dalsza reakcja anodowa utrudniona, bo tlenek na powierzchni utrudnia dostęp wody
![Page 27: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/27.jpg)
Reakcja anodowa: pasywacja
Roztwór elektrolityczny
Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3
warstwa pasywna
Taki stan metalu to pasywność = nieznaczna szybkość reakcji anodowej
![Page 28: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/28.jpg)
Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: • trudnorozpuszczalna,• szczelna,• przyczepna do podłoża
Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję.
Pasywność metali
Pasywność wykazują m.in. stopy Fe (SONK), Cr, Ni, Ti, Al zwłaszcza w roztworach utleniających.Pasywacja jest utrudniona, gdy: • roztwór zawiera jony chlorkowe,• metal zawiera wydzielenia niemetaliczne (siarczki).
![Page 29: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/29.jpg)
Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: • trudnorozpuszczalna,• szczelna,• przyczepna do podłoża
Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję.
Pasywność metali
Porowate, słabo przyczepne warstwy tlenkowe są grube i w małym stopniu hamują korozję metalu, a mogą je nawet przyspieszać (to nie są warstwy pasywne!)
![Page 30: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/30.jpg)
utlenianie metalu do jonu:Fe → Fe2+ + 2e
szybka reakcja
Reakcje anodowe:
utlenianie metalu do tlenku: 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e
nieznaczna szybkość reakcji, jeśli powstaje warstwa pasywna
![Page 31: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/31.jpg)
Analiza układów korozyjnych metal – roztwór korozyjny:
• W jakich warunkach wystąpi korozja?
• W jakich warunkach występuje pasywność metalu?
Przebieg reakcji korozji elektrochemicznej zależy od potencjału metalu w roztworze korozyjnych (E) i składu tego roztworu (m.in. pH).
Wykresy E - pH
![Page 32: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/32.jpg)
Wykres E – pH dla Fe
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW
Fe2+
Fe3+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
![Page 33: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/33.jpg)
Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW korozja
odporność
pasywność
![Page 34: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/34.jpg)
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW
Fe2+
Fe3+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe
![Page 35: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/35.jpg)
Obszary na wykresach E-pH:
• odporności metalu (trwały atom metalu: Fe)
• korozji (trwałe jony metalu)
• korozji wodorowej / tlenowej (rodzaj reakcji katodowej)
• teoretycznej pasywności (trwałe tlenki / wodorotlenki metalu)
Wstępna analiza, bo liczne założenia i uproszczeniaKonieczność weryfikacji eksperymentalnej
![Page 36: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/36.jpg)
Wykres E-pH dla NaWykres E-pH dla Na
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
EW
Na+
Na
H2/H+
OH-/O2
Korozja z depolaryzacją wodorową i tlenową, produkt: Na+
![Page 37: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/37.jpg)
Wykres E-pH dla Cu
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
V/S
EW
Cu
Cu2+ CuO22-
CuO
Cu2OH+/H2
O2/OH-
Korozja: produkty: Cu2+ (pH: 0 - 7), CuO22- (pH: 13 - 14)
możliwa pasywność w roztworach słabozasadowych: Cu2O, CuO
![Page 38: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/38.jpg)
Wykres E-pH dla Au E-pH dla Au
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
V/S
EW
Au
Au(OH)3Au+
H2AuO3-
HAuO32-
Au3+
O2/OH-
H+/H2
Odporność: niemożliwa korozja w roztworach wodnych
![Page 39: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/39.jpg)
Wykres E-pH dla Ta
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
HE Ta2O5
Ta
OH-/O2
H2/H+
Możliwa odporność na korozję w wyniku pasywacji: Ta2O5
![Page 40: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/40.jpg)
Wykres E-pH dla Mg
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
EW
Mg2+
Mg
Mg(OH)2
H2/H+
OH-/O2
Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych: Mg2+,możliwa pasywność w roztworach zasadowych: Mg(OH)2
![Page 41: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/41.jpg)
Wykres E-pH dla Zn
-2
-1
0
1
2
0 7 14
pH
E,
VS
EW
H2/H+
OH-/O2
Zn
Zn2+
Zn(OH)2
HZnO2-
Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych: Zn2+ oraz silnie zasadowych: HZnO2
-
możliwa pasywność w roztworach słabo zasadowych: Zn(OH)2
![Page 42: EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022081419/5681557f550346895dc349dd/html5/thumbnails/42.jpg)
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
EW
WO42-
W
H2/H+
OH-/O2
WO3
WO2
Pasywność w roztworach kwaśnych: WO2, WO3,
korozja w obojętnych i zasadowych: WO42-
Wykres E-pH dla W