(Konstrukcijski Materijali i Proces

1KONSTRUKCIJSKI MATERIJALI I KONSTRUKCIJSKI MATERIJALI I KONSTRUKCIJSKI MATERIJALI I KONSTRUKCIJSKI MATERIJALI I METODE ZAMETODE ZAMETODE ZAMETODE ZATITETITETITETITE

9. Predavanje

Dr. sc. Katarina Berkovi, red. prof.

[email protected]

Laboratorij za fizikalnu kemiju i koroziju

Zavod za kemiju i biokemiju

Prehrambeno biotehnoloki fakultet

Sveuilite u Zagrebu

VRSTE KOROZIJEVRSTE KOROZIJEVRSTE KOROZIJEVRSTE KOROZIJE

prema obliku kemijskog oteenja odnosno izmeu korozijskog napada korozija se dijeli na:

jednoliku

pjegastu

jamastu

tokastu, odnosno rupiastu (pitting)

interkristalnu

transkristalnu i dr.

JEDNOLIKA KOROZIJAJEDNOLIKA KOROZIJAJEDNOLIKA KOROZIJAJEDNOLIKA KOROZIJA

ravnomjerno zahvaa cijelu povrinu metala

najmanje tetan oblik korozijskog napada

nastali korozijski produkti tite metal od

daljnje korozije

PJEGASTA KOROZIJAPJEGASTA KOROZIJAPJEGASTA KOROZIJAPJEGASTA KOROZIJA

plitko zahvaa

anodna mjesta

metalne povrine i

ostavlja pjege na

metalnoj povrini

JAMASTA KOROZIJAJAMASTA KOROZIJAJAMASTA KOROZIJAJAMASTA KOROZIJA

slina je pjegastoj

po izgledu no

prodire dublje i

njeno je djelovanje

tetno

TOTOTOTOKASTA ILI PITTING KASTA ILI PITTING KASTA ILI PITTING KASTA ILI PITTING KOROZIJAKOROZIJAKOROZIJAKOROZIJA

najopasnija, destruktivna, prodire

duboko u masu metala

perforacija, ma i jednog pita

dovodi do pucanja konstrukcije

takvoj vrsti korozije podlijeu

metali kao npr. eljezo, nikal,

aluminij, magnezij, bakar, cink i

njegove legure

najee u otopinama klorida

2INTERKRISTALNA KOROZIJAINTERKRISTALNA KOROZIJAINTERKRISTALNA KOROZIJAINTERKRISTALNA KOROZIJA

obino na granicama

kristala

opasna je jer se teko

primjeuje, a vrlo brzo

smanjuje vrstou i

ilavost materijala, a na

kraju nastaje lom

materijala

VODIKOVA KRHKOSTVODIKOVA KRHKOSTVODIKOVA KRHKOSTVODIKOVA KRHKOST

slina interkristalnoj koroziji

javlja se kao posljedica adsorbiranih i

kemisorbiranih vodikovih atoma, koji sa

povrine difundiraju u metal i povezuju se u

molekulu

poto nemogu izai iz metala dolazi do

irenja interkristalnih granica i pod

dodatnim optereenjem metal puca

TRANSKRISTALNA KOROZIJATRANSKRISTALNA KOROZIJATRANSKRISTALNA KOROZIJATRANSKRISTALNA KOROZIJA

zahvaa vei broj

kristala

istovremeno

obino zahvaa

visokolegirane

elike u prisustvu

klorid iona i

sumporovodika

VRSTE KOROZIJE PREMA VRSTE KOROZIJE PREMA VRSTE KOROZIJE PREMA VRSTE KOROZIJE PREMA KOROZIVNIM SREDINAMAKOROZIVNIM SREDINAMAKOROZIVNIM SREDINAMAKOROZIVNIM SREDINAMA

atmosferska korozija

korozija u tlu

korozija u suhim plinovima

korozija uneelektrolitikimtekuinama

korozija u elektrolitima

kontaktna korozija

korozija zbog lutajuih struja

korozija uz naprezanje

biokorozija i dr.

ATMOSFERSKA KOROZIJAATMOSFERSKA KOROZIJAATMOSFERSKA KOROZIJAATMOSFERSKA KOROZIJA

najrairenija

nastaje pod utjecajem kisika i vlage

u nedostatku jednog od imbenika

nema pojave korozije kao npr. u

suhom zraku (onaj ispod ledita vode

i pri relativnoj vlanosti manje od 60

%) elik ne korodira

3ATMOSFERSKA KOROZIJAATMOSFERSKA KOROZIJAATMOSFERSKA KOROZIJAATMOSFERSKA KOROZIJA

zanemariva u polarnim krajevima i u pustinjskim predjelima

openito jaka u podruju industrijske atmosfere i u priobalnim predjelima

za ispitivanje intenziteta procesa korozije postavljaju se stanice za ispitivanje korozije, u kojima se uzorci izlau djelovanju razliitih atmosfera

Stanica za ispitivanje atmosferske Stanica za ispitivanje atmosferske Stanica za ispitivanje atmosferske Stanica za ispitivanje atmosferske korozije u korozije u korozije u korozije u vedskojvedskojvedskojvedskoj

IIIIZOKOROZIJSKE LINIJEZOKOROZIJSKE LINIJEZOKOROZIJSKE LINIJEZOKOROZIJSKE LINIJE

spajaju mjesta jednake atmosferske korozije

na posebnim zemljopisnim kartama

predstavljaju brzine korozije npr. elika u

mikrometrima po godini

sa karata su vidljiva podruja relativno

visoke korozivnosti predjela u podruju

industrijskih zona i u podrujima uz more

KOROZIJSKE KARTEKOROZIJSKE KARTEKOROZIJSKE KARTEKOROZIJSKE KARTE

ove su karte vrlo korisne pri planiranju,

projektiranju i kasnije odravanju

postojeih infrastruktura

karte se izrauju za pojedine kontinente i

njihove regije

KOROZIJSKA KARTA KOROZIJSKA KARTA KOROZIJSKA KARTA KOROZIJSKA KARTA SJEVERNE AMERIKESJEVERNE AMERIKESJEVERNE AMERIKESJEVERNE AMERIKE

izraena prema koroziji automobila koja nastaje uslijed djelovanja klorida

velike brzine korozije su u podruju obale gdje je prisutno najvie klorida

primjer dobro ouvanog

metalnog predmeta na zraku je

1700. god. star tzv. nehrajui

stup (kutub-stup) kovanog

eljeza u Delhiju, Indija

razlog njegove postojanosti je

suha i nezagaena atmosfera,

kao i sam vrlo povoljan sastav

eljeza s malo sumpora i dosta

fosfora

4TEORIJA ATMOSFERSKE TEORIJA ATMOSFERSKE TEORIJA ATMOSFERSKE TEORIJA ATMOSFERSKE KOROZIJEKOROZIJEKOROZIJEKOROZIJE

osnovni uvjet za odvijanje procesa korozije

je prisustvo elektrolita

kada se na metalnoj povrini stvori tanki

nevidljivi film elektrolita pri odreenim

atmosferskim uvjetima i uz odreenu

kritinu vlanost tada dolazi do procesa

korozije

TEORIJA ATMOSFERSKE TEORIJA ATMOSFERSKE TEORIJA ATMOSFERSKE TEORIJA ATMOSFERSKE KOROZIJEKOROZIJEKOROZIJEKOROZIJE

u praksi je to pospjeeno i prisustvom

neistoa, razlikama u temperaturi

atmosfere i metalne povrine

do procesa korozije dolazi zbog stvaranja

mikroskopski nastalog povrinskog

elektrolita pri znatno niem nivou vlanosti


za eljezo je ustanovljena vlanost ispod 60%.

tzv. kritian nivo vlanosti nije konstantan

on ovisi o materijalu, korozijskim produktima i njihovoj sklonosti daadsorbiraju vlagu i zadravaju se na povrini kao i prisustvu neistoa u atmosferi


uslijed nastalog tankog filma elektrolita,

atmosferska korozija se odvija u ravnotei

anodnih i katodnih reakcija

anodna reakcija oksidacije ima za

posljedicu otapanje metala, dok se za

katodnu reakciju esto pretpostavlja da je

reakcija redukcije kisika



vano je napomenuti, da koncentracija

korozivnih neistoa moe postii relativno

visoke vrijednosti u tankom filmu

elektrolita, naroito u procesu

naizmjeninog vlaenja i suenja

u uvjetima korozije u tankom filmu kisik se

u elektrolit lako dobavlja iz atmosfere


pri atmosferskoj koroziji u priblino

neutralnoj otopini elektrolita odvija se

najvjerojatnije sljedea reakcija katodne

redukcije kisika

O2+ 2 H

2O + 4 e- 4 OH-


reakcija se moe odvijati i u dva stupnja uz

nastajanje intermedijernog spoja (H2O2):

O2+ 2 H

2O + 2 e- H

2O2+ 2 OH-

H2O2+ 2 e- 2 OH-


u procesu kisik iz atmosfere difundira kroz

sloj (film) elektrolita na metalnu povrinu

pokusima je dokazano da je proces

difuzijskog prijenosa kisika mogu u sloju

elektrolita debljine 30 m, uz strogo

odreene izotermne uvjete


kada su slojevi deblji, a uvjeti odvijanja

procesa neizotermni dominantna je

konvekcija pri kojoj je poveana granina

gustoa struje redukcije kisika na

vrijednosti, koje su znatno vee od

izmjerene prosjene brzine atmosferske

korozije


na osnovi toga se moe pretpostaviti da

ukupna brzina atmosferske korozije nije

kontrolirana katodnom reakcijom redukcije

kisika ve anodnom reakcijom

anodna oksidacija metala moe se prikazati

jednadbom:

Me Me2+ + 2 e-


na ukupnu brzinu anodnog otapanja metala utjee:

stvaranje korozijskih produkata (metalnih oksida i hidroksida),

njihova topljivost u povrinskom elektrolitu

stvaranje pasivnog filma

PARAMETRI KOJI UTJEPARAMETRI KOJI UTJEPARAMETRI KOJI UTJEPARAMETRI KOJI UTJEU NA U NA U NA U NA

BRZINU ATMOSFERSKE KOROZIJEBRZINU ATMOSFERSKE KOROZIJEBRZINU ATMOSFERSKE KOROZIJEBRZINU ATMOSFERSKE KOROZIJE


pojedine vrste produkata atmosferske

korozije metala koriste se u dekorativne

svrhe

zelena patina posljedica atmosferske

korozije bakra koja sadri hidroksikarbonat,

hidroksisulfat, hidroksiklorid


u novije vrijeme koriste se i specijalne vrste

elika za oblaganje zgrada, jer se na

njihovoj povrini stvaraju naranasto-smei

slojevi produkata korozije FeO(OH) koji

tite elik od daljnje korozije

u Kranju, hotel Kreina

KOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLU

tlo je pa sastavu kompleksan materijal, stoga

mnogi parametri utjeu na odvijanje korozije u tlu,

a isto tako ne postoji jedinstvena podjela tla, koja

bi obuhvaala sve raznolikosti tla, koje su

pronaene pri ukapanju metalnih konstrukcija

korozija metala u tlu skup je lokalnih

elektrokemijskih procesa uz prisustvo vodene faze

na povrini metala

NA NA NA NA KOROZIJKOROZIJKOROZIJKOROZIJUUUU U TLUU TLUU TLUU TLU UTJEUTJEUTJEUTJEUUUU

vrsta tla

sadraj vlage u tlu

pristup kisika iz atmosfere na metalnu

povrinu

kemijski i bioloki sastav tla

sadraj topljivih iona

pH-vrijednost tla i dr.

7KOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLU

odreena elektrinim otporom tla

mali otpor zbog prisutnosti vlage i prisutnih

topljivih soli uzrokuje veu koroziju

u veim dubinama tla ima manje kisika te je

i korozija ograniena

Korozijski makrolanak izazvan razlikom u vrsti tla u dodiru s konstrukcijom


tlo meutim i na veim dubinama moe biti

agresivno ako postoje uvjeti za anaerobnu

sulfatnu koroziju, koja je rezultat

redukcijskog djelovanja sulfatnih

anaerobnih bakterija (Desulfovibrio

desulfuricans) koji reduciraju sulfate u

sulfide

Mehanizam mikrobioloke korozije u prisutnosti raznih vrsta bakterija

WOLZOGEN KWOLZOGEN KWOLZOGEN KWOLZOGEN KHRU I VAN DER HRU I VAN DER HRU I VAN DER HRU I VAN DER VLUGTU MEHANIZAMVLUGTU MEHANIZAMVLUGTU MEHANIZAMVLUGTU MEHANIZAM

8 H2O 8 OH- + 8 H+

4 Fe 4 Fe2+ + 8 e- (anoda)

8 H+ + 8 e- 8 H (katoda)

SO42- + 8 H S2- + 4 H2O (redukcija sulfata bakterijama uz katodu)

Fe2+ + S2- FeS (uz anodu)

3 Fe2+ + 6OH- 3 Fe(OH)2 (uz anodu)

4 Fe + SO42- + 4 H2O FeS + 3 Fe(OH)2 + 2 OH

-


ne postoje jednostavne, openite teorije, koje

opisuju sve prisutne uvjete u tlu i rezultirajue

korozijske procese, jer su procesi korozije u tlu

vrlo sloeni

pojedinana ispitivanja pojedinih situacija i

odnosa tla, okoline i ukopane konstrukcije mogu

dati uvid u prisutne probleme i procese, koji ne

vrijede i u nekim drugim situacijama

8KOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLUKOROZIJA U TLU

na osnovu odreenih parametara za

pojedine specifine situacije mogue je

predvidjeti vjerojatnost nastajanja korozije

na odreenom mjestu, to je znaajan temelj

pri izboru postupaka zatite koji su temelj

za odravanje npr. pouzdane naftovodne

infrastrukture

KOROZIJA U SUHIM KOROZIJA U SUHIM KOROZIJA U SUHIM KOROZIJA U SUHIM PLINOVIMAPLINOVIMAPLINOVIMAPLINOVIMA

korozija u suhim plinovima je kemijska

korozija kod koje ovisno o temperaturi i

sastavu plinova koji djeluju nastaju na

metalima oksidi i drugi kemijski spojevi

sve ovisno o sastavu atmosfere

KOROZIJA U NEELEKTROLITIKOROZIJA U NEELEKTROLITIKOROZIJA U NEELEKTROLITIKOROZIJA U NEELEKTROLITIKIM KIM KIM KIM TEKUTEKUTEKUTEKUINAMAINAMAINAMAINAMA

kemijska korozija obino u nafti,

razliitim organskim otapalima

u prisustvu vlage i anorganskih soli

kemijska korozija moe prijei u vrlo

intenzivnu elektrokemijsku koroziju

KOROZIJA U ELEKTROLITIMAKOROZIJA U ELEKTROLITIMAKOROZIJA U ELEKTROLITIMAKOROZIJA U ELEKTROLITIMA

korozija u elektrolitima je izrazito

elektrokemijska korozija, a dijeli se na

koroziju u vodenim otopinama:

kiselina

luina

soli

POSEBNE VRSTE KOROZIJEPOSEBNE VRSTE KOROZIJEPOSEBNE VRSTE KOROZIJEPOSEBNE VRSTE KOROZIJE

oni procesi korozije koji se odvijaju pod

posebnim uvjetima bilo pri kontaktu dvaju

razliitih metala, uslijed lutajuih struja, uz

naprezanje ili uz djelovanje flore i faune

(tzv. biokorozija) kao i mikrobioloka

korozija, su posebne vrste korozije

KONTAKTNA, TZV. KONTAKTNA, TZV. KONTAKTNA, TZV. KONTAKTNA, TZV. BIMETALNA KOROZIJABIMETALNA KOROZIJABIMETALNA KOROZIJABIMETALNA KOROZIJA

kontaktna korozija je tipina

elektrokemijska korozija, koja nastaje

uslijed kontakta dvaju razliitih metala

metal iji je elektrodni potencijal negativan

se otapa, a metal pozitivnijeg potencijala

ostaje zatien

9BIMETALNA BIMETALNA BIMETALNA BIMETALNA KOROZIJAKOROZIJAKOROZIJAKOROZIJA

KOROZIJA USLIJED LUTAJUKOROZIJA USLIJED LUTAJUKOROZIJA USLIJED LUTAJUKOROZIJA USLIJED LUTAJUIH IH IH IH STRUJASTRUJASTRUJASTRUJA

ova se korozija javlja u tlu i u vodi

inducirane struje, koje se javljaju oko vodia kroz koji prolazi struja, koncentriraju se oko nekog metalnog predmeta u neposrednoj blizini i uzrokuju koroziju

kao primjer za ovu koroziju moe se navesti tramvaj i ukopane metalne cijevi, cjevovodi i dr.

Lutajue struje u gradskom tramvajskom prometu KOROZIJA UZ NAPREZANJEKOROZIJA UZ NAPREZANJEKOROZIJA UZ NAPREZANJEKOROZIJA UZ NAPREZANJE

dio konstrukcije, koji je bilo povremeno,

periodiki ili stalno napregnut bre korodira

od nenapregnutog djela

korozija nastala uslijed naprezanja naziva se

napetosnom korozijom

BIOKOROZIJABIOKOROZIJABIOKOROZIJABIOKOROZIJA

obrataj od algi, pueva ili drugog na

brodovima uzrokuje brzu koroziju uslijed

izluivanja organskih kiselina kao i

mehanikog odnoenja materijala u lukama,

takoer zbog djelovanja flore i faune

BIOKOROZIJABIOKOROZIJABIOKOROZIJABIOKOROZIJA

kolonije bakterija uzrokuju oteenja na cjevovodima plina i drugih produkata

u cijevima kanalizacijskog sustava isto tako dolazi do taloenja kolonija bakterija, koje izluuju organske kiseline koje ubrzavaju koroziju i esto uzrokuju pitting

to je vrsta korozije koji nije

mogue reproducirati u laboratoriju

10

MMMMIKROBIOLOIKROBIOLOIKROBIOLOIKROBIOLOKI KI KI KI UVJETOVANA KOROZIJAUVJETOVANA KOROZIJAUVJETOVANA KOROZIJAUVJETOVANA KOROZIJA

(MIC MICROBIALLY INFLUENCED CORROSION)

ini oko 40% ukupnih teta od korozije

sprjeava se koritenjem biocida

u Americi se godinje troi 1,2 milijarde dolara na biocidne kemikalije

postupkom koritenja biocida teti se okoliu zbog visokotoksinih preparata za ive organizme u moru i tlu


najee poznate bakterije Desulfovibro i

Clostridium djeluju preko pretvaranja

spojeva iz svog okolia metabolikim

procesima u nove spojeve koji stimuliraju

procese korozije


bakterija, koje su se vrsto smjestile teko je

ukloniti, no procesom elektrokemijske

korozije nastali H2O2reakcijom:

O2+ 2 H+ + 2 e- H

2O2

ih unitava, jer ima baktericidno djelovanje


na ovom podruju znanosti potrebno je

provesti jo mnoga istraivanja da bi se

objasnio mehanizam korozijskog

djelovanja, poto postoje znatne razlike

ovisno o uvjetima djelovanja (vrsta

bakterija, pH, temperatura, prisutni ioni u

otopini)


KOROZIJSKA ISPITIVANJAKOROZIJSKA ISPITIVANJAKOROZIJSKA ISPITIVANJAKOROZIJSKA ISPITIVANJA

da bi se pouzdano odredila brzina korozije

neophodna su uz teorijska znanja i

eksperimentalna ispitivanja, koja prema

mjestu odreivanja mogu biti:

laboratorijska

terenska

eksploatacijska u pogonima

11

TERENSKA I POGONSKA TJ. TERENSKA I POGONSKA TJ. TERENSKA I POGONSKA TJ. TERENSKA I POGONSKA TJ. EKSPLOATACIJSKA ISPITIVANJAEKSPLOATACIJSKA ISPITIVANJAEKSPLOATACIJSKA ISPITIVANJAEKSPLOATACIJSKA ISPITIVANJA

se provode u stvarnim uvjetima

ova su ispitivanja dugotrajna i neubrzana i

provode se na predmetima upotrebne

vrijednosti

konstrukcije

mostovi

strojevi i sl.

LABORATORIJSKA LABORATORIJSKA LABORATORIJSKA LABORATORIJSKA ISPITIVANJAISPITIVANJAISPITIVANJAISPITIVANJA

se provode na uzorcima odreenih

dimenzija i ubrzanim metodama uz

laboratorijske uvjete

ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE

S ODREENOM SVRHOMS ODREENOM SVRHOMS ODREENOM SVRHOMS ODREENOM SVRHOM

pravilnog izbora optimalnih konstrukcijskih materijala

razvoja novih konstrukcijskih materijala,

utvrenja korozijskog ponaanja odreenog konstrukcijskog materijala; odnosno optimalnog podruja njegove uporabe

kontrole kvalitete konstrukcijskih materijala i postupaka zatite

ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE ISPITIVANJA KOROZIJE SE PROVODE S ODREENOM SVRHOMS ODREENOM SVRHOMS ODREENOM SVRHOMS ODREENOM SVRHOM

izbora postupaka zatite; odnosno sustava zatite konstrukcijskih materijala

odreivanja djelotvornosti novih zatitnih postupaka

odreivanja agresivnosti pojedinih medija

odreivanja opsega i koliine pojedinih oteenja

odreivanja mehanizama korozije i zatite

Documents

(Konstrukcijski Materijali i Proces