Koroze kovů a slitin
description
Transcript of Koroze kovů a slitin
1
Koroze kovů a slitin
2
Definícia korózieKorózia je fyzikálno – chemická reakcia medzi kovom a prostredím. Jej výsledkom je trvalá chemická zmena kovu, ktorý tým výrazne mení svoje chemické, fyzikálne i mechanické vlastnosti.
3
Rozdelenie korózie• chemická – v elektricky nevodivých prostrediach
resp. systémoch – korózia nezahrňujúca elektrochemickú reakciuoxidácia kovov pri vysokých teplotáchkorózia plastov v rôznych prostrediachkorózia kovov v kvapalinách – neelektrolytoch
• elektrochemická – v elektricky vodivých prostrediach resp. systémoch – zahŕňa elektródovú reakciukorózia kovov v elektrolytoch,korózia kovov vo vode, korózia kovov v pôde,korózia kovov v atmosfére.
4
Základné pojmy pre elektrochemickú koróziu•Elektróda – elektrónový vodič (kov) v kontakte s iónovým vodičom
(vodivý roztok).
5
Základné pojmy pre elektrochemickú koróziu
6
Základné pojmy pre elektrochemickú koróziu
•anóda – elektróda, na ktorej prebieha anódová reakcia (oxidačný proces)
•Reakcia prebiehajúca na povrchu elektródy, na ktorej dochádza k prenosu náboja medzi elektrónovým a iónovým vodičom sa nazýva elektródová reakcia
enMM n .0
7
Základné pojmy pre elektrochemickú koróziu
•katóda – elektróda, na ktorej prebieha katódová reakcia (redukčný proces)
0. MenM n
8
Mechanizmus elektrochemickej korózie
e.nMM n0
n0 Xe.nX
1 – elektrolyt
2 – Zn elektróda
3 – oxidačné činidlo
9
Termodynamika koroze
nn00 XMXM
n
n
X
M0
a
alnRTGG
G > 0 ...systém práci přijíma - děj není spontánní
G < 0 ...systém práci vykonává - děj probíhá spontánně
G = 0 ...systém je ve stavu termodynam. rovnováhy
M0 … čistý kov / Mn+ … oxidovaný kovX0 … redukující se látka / Xn- … aniont
Korozní reakce
G0 …G (stand. podm.), aMn+ / aXn- … aktivní konc. oxidující / redukující l.
10
Elektrodový potenciál
roztokkov UU
n
n
X
M0
a
alnRTGG
Při (p, T) = konst., je w = G (w ...uvolněná energie)
elektrická práce A = nFE
n
n
X
M0r a
aln
nF
RTEE
E – Er = 0 > 0 oxidace
< 0 redukce
(U …vnitřní energie)
Podmínka: A = w
11
Polarizační křivky
12
Standardní potenciál
0n
n0
MneM
neMM
nM
0r aln
nF
RTEE
Za standardních podmínek a při jednotkové koncentraci Mn+ iónů se logaritmický člen rovná 0 a Er
= E0
13
Standardní potenciálPt Pt2+ +1,6 V
Au Au3+ +1,38 V
Ag Ag+ +0,81 V
Cu Cu2+ +0,35 V
Ni Ni2+ -0,25 V
Fe Fe2+ -0,44 V
Cr Cr3+ -0,51 V
Zn Zn2+ -0,76 V
Ti Ti2+ -1,63 V
Al Al3+ -1,69 V
Mg Mg2+ -2,37 V
2Cl- = Cl2 + 2e +1,36 V
2H20 = O2 + 4H- + 4e +1,23 V
HNO2+H2O =
= NO3-+3H++2e
+ 0,94 V
Fe2+ = Fe3+ + e +0,77 V
4OH- = O2 + 2H20 + 4e +0,40 V
H2 = 2H+ + 2e 0,00 V
SP E0 (ušlechtilost kovu) - potenciál kovu v roztoku vlastních iontů o 1 koncentraci za norm. podmínek
14
Pourbaixove diagramy E-pH
2He2H2
OH2He2OH2 22
OH2e4H4O 22
OH4e4OH2O2 22
Mg = Mg2+ + 2e- Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H+ + 2e-
Oblast produkce O2
Oblast vzniku H2
Zákl. rce pro konstrukci PD
15
Kinetika korózieRýchlosť korózie je daná rýchlosťou čiastkových dejov:• transportných (napr. konvekcia, difúzia) (přívod složek, odvod korozních produktů
• chemických reakcií (kov x prostředí)
Celkovú rýchlosť určuje pomalší z dejov.
Množstvo premenenej látky:
Rýchlosť korózie:
InF
AQ
nF
Am
nF
iA
S
mr
16
Kinetika korózie
17
Kinetika koroze
Me)K(MeK)Me(Me zi
i
za
k
ERT
nF)1(
Mred
ERT
nF
KMox eckeccki n
i0 = i0,a = -i0,k
)ee(ii RT
nF)1(
RT
nF
0
RT
nF
0a eii
RT
nF)1(
0k eii
18
Spřažené reakce – korozní diagram
Reálný korozní procesMg = Mg2+ + 2e- .. Rozp. Mg 2H+ + 2e = H2 …depolarizace H2
19
Spřažené reakce – korozní diagram
20
Spřažené reakce – korózní diagram
RT
nF
0a eii
0
aaa i
ilogb
nF
RT303,2b a
nF)1(
RT303,2b k
21
Imunita, aktivita, pasivita
22
Formy korozeVšeobecná korozeBodová a štěrbinová korozeInterkrystalická korozeKorozní praskáníKorozní únava
23
Všeobecná koroze• napadá kovy, které sa nedokáží v daném prostředí pasivovat• postup vš. korózie sa dá vyčíslit hmotnostními úbytky
24
k o ro d u jú c i m a te r iá l
v r s tv a k o ró z n y c h s p lo d ín p ô v o d n ý p o v rc h
k o ró z n y ú b y to k
Charakteristiky:rovnoměrné rozpouštění celého povrchuRovnoměrnost homogenita kovu, charakter k. splodin, agresivita prostředí
Př.: koroze nelegovanýchnízkolegovaných ocelí v atmosféře, půdě nebo vodě
25
Bodová a štěrbinová koroze• lokální formy koroze• rýchlosť po nastartování je nepředvídatelná• nejčastěji u materiálů, které se pasivují • nejagresivněji působí halogenidy (chloridy)
3 stádia:- iniciace- šíření (růst jamky)- opakované zapasivování povrchu jamky
k o ro d u jú c i m a te r iá lh 2
h 1
2
1
h
hcb
Součinitel BK:
26
Galvanická korózia, korózne články• vyskytuje sa pri vodivom spojení dvoch kovov (makročlánok)
27
Galvanická korózia, korózne články
28
Mikrobiálna korózia• prostredia s pH od 4 do 8,5 a pri teplote 10 až 50°C
• stojaté vody, ílovité pôdy s určitou organickou masou
• mikroorganizmy Desulfomonas, Sporovibrio, Desulphuricus (pH 4-8) redukujú sírany na sulfidy – nie je potrebný kyslík na katódovú reakciu
• mikroorganizmy Thiobacillus, Thioxidaus, Thiobacillus ferooxidaus (pH 0,5-8) majú schopnosť oxidovať síru resp. sulfidy až na kyselinu sírovú a Fe2+ na Fe3+
• nebezbečné aj z hľadiska rozkladu ochranných organických vrstiev
29
Korozní praskání• vzniká za současného působení korózního prostředía napětí• musí být splněny následující podmínky
korozní prostředí, materiál náchylný na praskání, přítomnost složky tahového napětí.
Al-Mg, Al-Cu-Mg,Al-Mg-Zn mořská voda
Cu-Al, Cu-Zn-Ni, Cu-Sn amoniak
uhlíkové ocele horké roztoky dusičnanů, uhličitanů a hydroxidů
vysokopevné ocele vodní roztoky s H2S
austenitické antikorózní oceli horké koncentrované chloridové roztoky, chloridmi znečištěné páry
30
Korózní praskání
k o ro d u jú c i m a te r iá l
F F
k o ró z n e trh l in y
Vlastnosti:interkrystalické porušení - nehomogenity (segregáty) na GBstranskrystalické porušení - trhlina se šíří po rovinách s nízkými indexyNukleace na poruchách povrchuModely lomové mechaniky
31
Korózní únavaVzniká při namáhaní proměnlivým napětím v korózním prostředí.
Faktory:- K- f- R- E- složení….- T- historie zatěž.- stav napjatosti- složení kor. prostředí
32
Korózní únava - vliv prostředí
33
Korózní únava - vliv frekvence
f da/dN
34
Korózní únava - vliv E
Char. lomů: velký počet ohnisek, inter. x trans. lom
35
Protikorózní ochrana kovů
• ochrana založená na ovlivňování termodynamiky korozních reakcí – např. výběr vhodného materiálu pro dané prostředí,
• ochrana založená na ovlivňování kinetiky (rychlosti) korozních reakcí – např. katodová ochrana
• bariérová ochrana – např. anodová ochrana
Cílem protikorozní ochrany kovů a slitin je snížiť rychlost koroze na přijatelnou hodnotu.
36
Katodová ochrana
37
Katódová ochrana• ochrana obětovanou anodou (protektor)
• eletromotorická síla musí být dostatočně velká, aby chránila co největší plochu
• účinný potenciál anody musí být málo ovlivňovaný anodickou polarizací
• anoda by sa měla rozpouštět převážne v důsledku produkce ochranného proudu
• ekonomicky dostupný materiál
• Mg-Al-Zn; Zn s vysokou čistotou; Al-Zn-(Hg,Ti,In)
38
Katodová ochrana• ochrana vnějším zdrojem proudu
Fe-0,95C-14,5Si; grafit; Ti; Ta; Pt; Pb; oceľ; Fe-Si
39
Anodová ochranaMôžeme ji použít pouze u kovů, ktoré jsou v daném prostředí schopné přejít do pasívního stavu.
40
Protikorózní ochrana kovů
Anodová ochrana
Katodová ochrana