POVRCHOVÝCH ÚPRAV...Faktory koroze kovů 2 Faktory, které ovlivňují průběh koroze materiálu Dělíme je na faktory vnitřní a vnější ... - zvyšuje kritickou pasivační

KOROZE A TECHNOLOGIE

POVRCHOVÝCH ÚPRAV

Autor přednášky: Ing. Vladimír NOSEK

Pracoviště: TUL – FS, Katedra materiálu

Přednáška č. 03: Faktory koroze kovů

KPU – Přednáška 3

Faktory koroze kovů

2

Faktory, které ovlivňují průběh koroze

materiálu

Dělíme je na faktory vnitřní a vnější

Faktory vnitřní se vážou k materiálu,

faktory vnější k prostředí



Faktory vnitřní - určeny materiálem a jeho

vlastnostmi

- chemická povaha kovu či slitiny,

chemické složení

- struktura kovů a slitin

- stav povrchu

- mechanická napjatost a deformace

3



Faktory vnější - dány prostředím a jeho

vlastnostmi

- chemické složení prostředí

- teplota

- pohyb prostředí

4


Vnější faktory koroze

Chemické složení prostředí

Koncentrace vodíkových iontů (pH)

Přitomnost aniontů a kationtů elektrolytu

Koncetrace solí (solnost)

Koncentrace kyslíku

5


Vliv koncentrace vodíkových iontů

(pH)

Ovlivňuje průběh katodické i anodické reakce a

vlastnosti korozních zplodin, zejména jejich rozpustnost

Může být zastřen specifickým účinkem aniontů (např.

komplexotrovným účinkem, tvorbou nerozpustných solí,

pasivací kovu oxidačním účinkem aniontu)

1 pH zvyšuje potenciál vodíkové elektrody o 58 mV a

usnadňuje katodickou reakci vodíku i katodickou

redukci kyslíku

6


Vliv koncentrace vodíkových iontů (pH) na

rychlost koroze

7


Vliv aniontů Těžko rozpustné sloučeniny vytvářejí tyto anionty:

SO42- , Cl- pro Pb, Cl- pro Ag, F- pro Mg, SiO4

2- pro Al,

OH- , PO43- pro Fe

Nepříznivé anionty zvyšují rozpustnost korozních

produktů tvorbou koloidních roztoků (tzv. peptizace):

F-, Cl-, Br-, J-, SO42-, NO3

-, CO32-, RCOO-

Anionty tvořící (rozpustné) komplexní sloučeniny :

např. CN-, SCN-, SH-

Anionty oxidačního charakteru:

CrO42-, Cr2 O7

2-, NO3-, SO4

2-, ClO4-

8


Vliv kationtů

komplexotvorné, např. NH4+ tvoří rozpustné sloučeniny

kationty tvořící nerozpustné hydroxidy např. Mn2+, Ca2+, Mg2+

v neutrálních propstředích při kyslíkové depolarizaci

podporují tvorbu nerozpustných produktů

kationty oxidačního charakteru (např. Fe3+) zvyšují rychlost

katodické reakce

ionty těžkých kovů (Cu2+, Pb2+, Hg2+) – bodové napadení Al

9


Vliv koncentrace solí Přídavek soli do vody

- zvyšuje chemickou aktivitu a elektrickou vodivost

roztoku

- na fázových rozhraních snižuje přepětí anodické a

katodické reakce

Anionty v roztoku zároveň zvyšují rozpustnost

korozních produktů

S rostoucí koncentrací solí klesá rozpustnost kyslíku.

Nemají-li soli oxidační vlastnosti a je-li rychlost koroze

řízena kyslíkovou depolarizací, zvýšená koncentrace

solí snižuje korozní rychlost

10


Závislost korozní rychlosti na koncentraci soli v roztoku při

kyslíkové depolarizaci

11


Vliv koncentrace kyslíku v roztoku

Vzrůst koncentrace kyslíku se projevuje při smíšené

depolarizaci u Fe, Al, Mg a Zn při pH 2 až 5 vzrůstem

korozní rychlosti a zvyšuje rychlost koroze všech

technických kovů v neutrálním prostředí.

V kyselých prostředích závisí na koncentraci kyslíku koroze

mědi, niklu a jejich slitin, olova a cínu.

U nepasivovatelných kovů rychlost koroze s obsahem

kyslíku v roztoku lineárně vzrůstá.

Vliv obsahu oxidujících látek se podobá vlivu kyslíku. 12


Závislost koroze na obsahu O2 v roztoku

u pasivních vrstev

Pasivní vrstva snižuje rychlost koroze.

Minimální koncentrace kyslíku potřebná k pasivaci

závisí na pH roztoku, jeho redox potenciálu,

vlastnostech kovu (pasivovatelnosti) a obsahu aniontů

v roztoku.

Anionty Cl-, SO42- zvyšují koncentraci kyslíku

potřebnou k pasivaci.

Koncentrace kyslíku potřebná k pasivaci klesá s

rostoucím pH.

13


Závislost korozní rychlosti na koncentraci

kyslíku v roztoku u pasivovatelných kovů

14


Vliv teploty na korozní rychlost(pokrač.)

Exponenciální vzrůst rychlosti reakce je omezen na reakce se vznikem

rozpustných produktů a beze změny mechanismu.

Změna teploty může způsobit změnu řídících dějů a změnu

rozpustností produktů.

Např. s rostoucí teplotou klesá obsah kyslíku v roztoku a je-li děj řízen

kyslíkovou depolarizací, korozní rychlost klesá.

Korozní rychlost železa ve vodě s teplotou vzrůstá, dosahuje maxima

při teplotě cca 70 oC a pak zase klesá.

15


Vliv rychlosti proudění Produdění

- urychluje transport k fázovému rozhraní i od něj

- zvyšuje rychlost difuze ztenčením adherentní vrstvy

- snižuje výskyt nerovnoměrného napadení

- znesnadňuje tvorbu pevných produktů

- zvyšuje kritickou pasivační prodovou hustotu

- může zvyšovat zavzdušnění elektrolytu

- turbulentní proudění může vyvolat mechanické účinky

(eroze vrstvy korozních produktů nebo samotného kovu)

- může způsobit kavitaci

16



Faktory vnitřní - určeny materiálem a jeho

vlastnostmi

- chemická povaha kovu či slitiny,

chemické složení

- struktura kovů a slitin

- stav povrchu

- mechanická napjatost a deformace

17

KPU – Přednáška 3 Chemická povaha kovu

je určena postavením kovu v periodickém systému

18


Chemická povaha kovu Chemické vlastnosti kovů závisí na struktuře atomů,

chování prvků určité skupiny (sloupce v tabulce) je podobné.

Termodynamická stabilita kovů ve skupině vzrůstá směrem dolů.

Elektropozitivní vlastnosti (schopnost odštěpovat elektrony a tvořit kationty) vzrůstají zprava doleva, elektronegativní vlastnosti

(schopnost přijímat elektrony a tvořit anionty) vzrůstají zleva doprava.

19


Chemická povaha kovu Schopnost kovu tvořit reakcí s vodou kationty nebo

anionty závisí na atomovém čísle i na mocenství.

Nižší mocenství – tendence tvořit kationty, např. Mn2+ ,

Mn3+, vyšší mocenství – tendence tvořit anionty, např.

MnO42-, MnO4

-.

Oxidy alkalických kovů (Li, Na, K, Rb, Cs) a kovů

alkalických zemin (Ca, Sr, Ba) – silně zásadotvorné

Oxidy nejnižších mocenství kovů Mg, Cu, Ag, Au (MgO,

Cu2O, CuO, Ag2O, Au2O) – zásadotvorné

Oxidy nejvyšších mocenství kovů V, Cr, Mo, W, Mn

(V2O5, CrO3, MoO3, WO3, MnO3, Mn2O7), nížemocné

oxidy těchto kovů (např. VO, V2O3, Cr2O3, MnO2) i

ostatních kovů jsou amfoterní.

20


Chemická povaha kovu

U kovů skupin A klesá schopnost tvorby

ochranných vrstev s rostoucím číslem skupiny,

Kovy skupin IVB až VIIIB mají největšíschopnost

pasivace.

Stabilita pasivního stavu klesá v pořadí

Ti, Al, Cr, Be, Mo, Mg, Ni, Co, Fe, Mn, Zn, Cd, Sn,

Pb a Cu

21


Vliv legur na korozní chování slitin

Ovlivňován strukturou slitiny - výhodnější jsou

homogenní struktury, heterogenní struktury, zejména při

elektrochemické odlišnosti fází jsou nežádoucí vzhledem

k tvorbě článků.

Chování slitinových fází se liší v aktivním a pasivním

stavu.

V aktivním stavu se uplatňuje vliv legur na

termodynamické vlastnosti slitiny, v pasivním stavu vliv

na vlastnosti pasivní vrstvy.

22


Vliv legur na korozní chování slitin v aktivním stavu

Legování kovu A elektrochemicky ušlechtilejší složkou B vzrůstá přepětí anodické reakce slitiny A+B oproti čistému kovu A.

Polarizační křivka se posouvá doprava, vzrůstá ušlechtilost slitiny, potenciál počátku anodického rozpouštění ER se posouvá doprava.

23


Vliv legur na korozní chování

slitin v aktivním stavu

Ušlechtilejší složka ve slitině může působit nepříznivě,

zejména při jejím nízkém obsahu, cementuje-li na

povrchu méně ušlechtilé složky a má nižší přepětí

vylučování vodíku.

Koroze se tím urychluje usnadněním depolarizace,

např. u zinku s nečistotami těžkých kovů (Cu, Pb, Hg).

24


Vliv legur na korozní chování slitin v pasivním stavu

Legování snadno pasivovatelnými prvky (Cr, Al) zlepšuje pasivovatelnost slitin.

Projevuje se to snížením kritické pasivační proudové hustoty, snižováním pasivačního potenciálu a snížením korozní proudové hustoty v pasivním stavu.

Legury mohou měnit vlastnosti vrstev korozních produktů a pasivních vrstev, tím že ovlivňují

- kinetiku růstu vrstev

- rozpustnost pasivních vrstev

- kinetiku depolarizační reakce na kovu či v pasivní vrstvě

25


Vliv legur na polarizační křivky

korozivzdorných ocelí

Proudové hustoty: jp – v pasivním stavu, jkp – kritická pasivační, jkor – v aktivním

stavu. Potenciály: Ekor – korozní v aktivním stavu, Ep –pasivační, Eb – průrazu, Et –

transpasivační.

26


Vliv stavu povrchu kovů a slitin

na jejich korozní odolnost

Jednofázové slitiny nebo slitiny s fázemi s podobným

elektrochemickým chováním bývají odolnější než

slitinys elektrochemicky heterogenními fázemi.

Vrstvy korozních produktů snižují vliv heterogenity.

Liší-li se hranice zrn chemicky a elektrochemicky od

vnitřku zrn, napadení hranic zrn roste s růstem

velikosti zrna, tj. jemnozrnná struktura je výhodnější.

27


Vliv stavu povrchu a jeho charakteristika

Povrch má různý profil podle způsobu a kvality opracování.

Povrchová vrstva je různou měrou deformovaná.

Povrch je pokryt vrstvičkou oxidů.

Může obsahovat částečky brusiva.

28


Vliv stavu povrchu (členitost, profil)

Na hladkém povrchu hůře ulpívají kapaliny.

Vrstvy na hladkém povrchu jsou chemicky a strukturně rovnoměrnější, hladký povrch mívá lepší korozní odolnost.

Oxidická vrstva zvyšuje odolnost povrchu.

Čerstvě opracovaný povrch má horší korozní odolnost než zaoxidovaný.

Deformovaný povrch bývá aktivnější než vnitřní hmota.

Vliv stavu povrchu klesá v agresivních prostředích, kde se povrchové vrstvy rychle rozrušují.

Značný vliv má stav povrchu při korozi v pasivním stavu a při atmosferické korozi.

29


Vliv mechanických napětí a

deformace Napětí vnitřní i vnější zvyšují energetický obsah

materiálu.

Je-li koroze řízena chemicky, bude rychlost napadení

vzrůstat,

Při řízení transportemse napětí neprojevuje,

neporušuje-li pnutí ocharnnou vrstvu.

Napětí mohou vyvolat změnu charakteru korozního

napadení.

30

Documents

POVRCHOVÝCH ÚPRAV...Faktory koroze kovů 2 Faktory, které ovlivňují průběh koroze materiálu Dělíme je na faktory vnitřní a vnější ... - zvyšuje kritickou pasivační