UNIVERZITET U BIHAU TEHNIKI FAKULTET BIHA Odsjek: MAINSKI 2011/2012

KOROZIJA I ZATITA MATERIJALASEMINARSKI RAD (VRSTE KOROZIJE I UTJECAJNI FAKTORI ZA NASTANAK)

Predmetni nastavnik:dr.sc. Razija Begi Vii asistent: mr.sc. Said Paali Student: Nermin Mujkanovi 935

1.UVOD Korozioni procesi zavise ne samo od vrste metala ve i od sredine u kojoj se taj metal nalazi. Uticaj korozionog medijuma (kiseli, neutralni,,alkalni,vodeni rastvor), prikazuje se Purbeksovim (Pourbaix) dijagramom E-pH (sl.1). Tu se razlikuju tri oblasti: koroziona, imuna na koroziju i pasivizirana. Dijagram pokazuje da korozija gvoa uglavnom nastaje u kiselim sredinama. Ako se prirodni elektrodni potencijal pogodno modifikuje pomou spoljanjeg elektrinog izvora, mogue je prevesti gvozdeni uzorak u oblast oznaenu kao "imunitet". Promjena od korozionih uslova do imuniteta nije tako otra, ali je usvojeno da ona nastaje pri:E= -0.62 V.

Sl. 1. Purbeksov dijagram-domeni korozionih svojstava Prema mjestu nastanka korozija moe da bude: atmosferska korozija koja obuhvata procese u vlanom vazduhu, na kii i insolaciji, aerosolima i hemijskim zagaivaima vazduha, korozija u tenosti koja obuhvata pojavu razaranja materijala u direktnoj reakciji sa okolnom sredinom: vodom, rastvorima kiselina, baza ili soli, podzemna korozija koja djeluje na metale ukopane u zemlju kao to su cjevovodi, cisterne, nosei stubovi i sl. Kad je u pitanju samo zemlja rije je o elektrohemijskoj koroziji, ali ako je tlo bogato vodom moe nastati i mikrobioloka korozija (anaerobne bakterije nalaze pogodne uslove za razvoj, razaraju zatitni sloj vodonika i izazivaju jaku lokalnu koroziju elinih delova). Najvee tete izaziva atmosferska korozija koja napada mainske i graevinske konstrukcije u zagaenoj atmosferi naroito u: industrijskim zonama, gradskim sredinama, u rudnicima, morskim obalama i drugim sredinama sa poveanom vlanou Prema mehanizmu nastajanja razlikujemo u metalima dva osnovna tipa korozije: Koroziju u elektro provodljivoj sredini (u tenim elektrolitima) elektrohemijsku koroziju i Koroziju u elektro neprovodljivim sredinama hemijsku koroziju(oksidaciju).

2. HEMIJSKA KOROZIJA METALA I LEGURA Do hemijske korozije dolazi pri reakciji metala sa kiseonikom i suhim gasovima na povienim temperaturama. Tako nastali oksidi mogu biti nestabilni, kao kod zlata, pa oksidacija ne nastaje, ili isparljivi, kao kod molibdena, gdje se oksidacija odvija konstantnom brzinom. Na povrini nekih metala formira se samo jedna vrsta oksida, kao npr. kod aluminijuma i titana, dok se kod gvodja uoavaju tri razliita oksida (sl.2.).

Sl.2. Sastav oksidnog sloja na gvou a) U zavisnosti od temperature b) U zavisnosti od udaljenosti od povrine zbiva se u neelektrolitima, tj, u medijima koji ne provode el. struju: spajanje metala s kisikom iz vruih plinova (O, Cl, S, N), a to se najee zbiva pri radu ureaja na visokim temperaturama (zavarivanju, toplinskoj obradbi itd.) korozija metala i legura u neelektrolitima kao to su organske tvari (npr. razaranje metala u nafti pod utjecajem S ili njegovih spojeva)

Oksidni sloj moe biti zatitni ili nezatitni u zavisnosti od toga da li potpuno prekriva povrinu ili je porozan (tabela 1.).

Tabela 1.

2

2.1. Brzina i tok hemijske korozije Ovisi o: metalu koji korozira (sastav, struktura i tekstura), agresivnoj okolini koja ga okruuje (sastav i koncentracija okoline), korozijskim produktima (fizikalna i hemijska svojstva produkata korozije), fizikalnim uvjetima (temperatura, hrapavost povrine, naprezanja i napetosti)i brzini gibanja okoline.

Sl.3. Tritipaoksidakoji mogu da obloe metal: a) na magnezijumu nastaje porozni oksidni film, b) na aluminijumu nastaje zatitni neporozni oksidni film i c) na gvou se stvara oksid koji prska i predstavlja vrlo lou korozionu zatitu Gvoe Spoljanji faktori koji utiu na hemijsku koroziju su: Temperatura, utie na stabilnost nekih oksida. Ako prevlaku obrazuju vie oksida, njihov relativni udio zavisi od temperature. Pritisak ima neznatan uticaj na debljinu prevlake kada je rije o atmosferskim uslovima. Sastav korozione sredine znatno utie na tok korozije. Promjenu uticaja sredine moe izazvati i veoma mala promjena koncentracije njenih komponenata. Pored oksidacione sredine koroziju mogu izazvati i redukujui gasovi. Najvaniji korozioni redukujui gas jeste vodonik. Vodonina korozija - izazvana je reakcijom vodonika sa ugljenikom i stvaranjem metana koji nema mogunost difuzije. Pri ovoj vrsti korozije nema produkata povrinske korozije. Poroznost oksidnih slojeva bitno utie na dalji proces korozije. Kompaktni sloj sprjeava direktan pristup korozionog medijuma u metal. Slabo prijanjanje sloja, poroznost ili sloj koji se ljuti, umanjuju zatitu metala. Dobro prijanjanje oksidacionog sloja ne znai da je obezbeena trajna zatita. Na to jo utie i itav niz unutranjih i spoljanjih faktora.

3

Unutranji faktori, koji direktno utiu na oksidacione slojeve, mogu se ubrojiti: Fizike osobine oksidnih slojeva - zatitne osobine sloja zavise od njegovih difuzionih karakteristika, Stabilnost produkata korozije - stabilnost nekih oksida mjenja se sa temperaturom, Sastav oksidnih slojeva - prevlaka moe biti obrazovana od jednog oksida (npr. Al2O3,TiO2) ili vie oksida (FeO, Fe3O4, Fe2O3) sa razliitim osobinama. Meu unutranje inioce, koji se odnose na oksidisani metal, mogu se prije svega ubrojiti: Hemijski sastav legure - pomou odgovarajuih dodataka moe se utjecati na brzinu difuzionih procesa, a time i na brzinu korozije, Struktura legure - povoljnija je homogena struktura koja se moe dobiti odgovarajuom termikom obradom. Negativnim se pokazalo prisustvo nemetalnih ukljuaka, naroito potpovrinskih, koji doprinose lokalnoj oksidaciji, odnosno odvijanju anodnih procesa, Stanje povrine metala - polirana povrina je otpornija, Procesi unutar metala - na povienim temperaturama pri odredjenim uslovima dolazi do unutranje oksidacije, pri emu ispod prevlake nastaje oksid koji razara prevlaku 2.2. Wagnerova teorija kemijske korozije

Sl.4. Wagnerova teorija kemijske korozije

2.4. Hemijska korozija ugljinog elika

Sl.5. Hemijska korozija ugljinog elika

4

2.4. Hemijska korozija na Al, nehrajuim elicima i Ti

Sl.6. Hemijska korozija na Al, nehrajuim elicima i Ti

3.ELEKTROHEMIJSKA KOROZIJA Se javlja na metalima i legurama u dodiru s elektrolitima kao to su voda i vodene otopine kiselina, luina i soli, pri emu se odvijaju reakcije oksidacije i redukcije. Oksidacija je reakcija kojom neka tvar ili skupina tvari(reducens) oslobaa elektrone, pri emu nastaje druga tvarili skupina tvari Redukcija je reakcija kojom neka tvar ili skupina tvari (oksidans) vee elektrone, pri emu nastaje druga tvar ili skupina tvari

5

Vodikova bolest ugljinog elika Vodikovi atomi u eliku izazivaju napetosti zbog ega dolazi do raslojavanja i nastajanja pukotina u materijalu (sl. 7.)

Sl.7. Vodikova bolest ugljinog elika Procesi koji prate elektrohemijsku koroziju

Sl.8. Procesi koji prate elektrohemijsku koroziju Prema nainu napadanja metala, korozija moe biti: Ravnomjerna, koja se karakterie gotovo ujednaenim gubitkom metala po cijeloj povrini izloenoj koroziji, Neravnomjerna, kad materijal biva napadan samo na odredjenim mjestima.

6

Vrste korozije mogu se pogodno klasifikovati prema izgledu korodiranog metala i uzroka nastanka. Korozija moe biti: Galvanska ili kontaktna korozija, Piting-korozija, Korozija u zazorima, Interkristalna korozija, Naponska korozija, Bakterijska korozija, Kavitaciona korozija, Korozija pri trenju, Selektivna korozija, Zamorna korozija 3.1. Galvanska ili kontaktna korozija Galvanska korozija nastaje obrazovanjem odvojenih korozionih spregova, tj. odreene oblasti se uvijek ponaaju kao anoda, dok se druge oblasti ponaaju kao katoda (sl.9.). Smanjenje sklonosti galvanskoj koroziji postie se: Odabirom kombinacije metala koji imaju relativno bliske korozijske potencijal Izolacijom kontakta razliitih metala Izolacijom anodnog metala od korozivnog okolia

Sl.9. Galvanska ili kontaktna korozija

7

3.2. Piting-korozija Piting korozija uglavnom nastaje kod metala koji imaju zatitnu prevlaku,ako se prevlaka oteti nastaju jamice (engleski pit), kojih moe biti vie na povrini izloenoj koroziji (sl.10.) Nastaju rupiasta oteenja tj. upljine koje se proteu od povrine u metal, Ocjena stanja povrine se provodi prouavanjem gustoe rupica, veliine rupica i dubine rupica, Faktor rupiaste korozije hmax/h-ocjena rupiaste korozije u odnosu na opu koroziju (hmaxmaksimalnadubina rupica, h-prosjena dubina ope jednolike korozije).

Sl.10. Piting-korozija 3.3. Korozija u zazorima Korozija u zazorima napada metal u uskim zazorima koji postoje kod mnogih sklopova razliitih metala ili nemetala sl.11.

8

Sl.11.Korozija u zazorima 3.4. Meukristalna korozija Meukristalna korozija nastaje zbog razliite osetljivosti granica zrna i samih zrna na korozioni medijum. Tipian primjer je austenitni nehrajui elik, na ijim se granicama zrna, pri zagrijavanju od 480-760C, izluuju karbidi hroma. Zbog toga granice zrna postaju anode, tj. rastvaraju se u elektrolitu. To se najee dogaa pri zavarivanju nehrajuih elika u zoni oko ava.

Sl.12. Meukristalna korozija 9

3.5. Naponska korozija Naponska korozija nastaje pri istovremenom djelovanju zateueg statikog napona (spoljanjeg ili unutranjeg) i lokalne korozije. Ova se korozija moe usporiti ako se u povrinskim slojevima indukuju naponi pritiska (npr. bombardovanjem elinim kuglicama i sl.). Kod istih metala naponska korozija se gotovo ne javlja (izuzetak je ist metal u rastvoru svoje soli) ve uglavnom kod dvofaznih ili viefaznih legura. Ponekad je ova vrsta korozije vezana za prisustvo intermetalnih jedinjenja na granicama metalnih zrna gdje se mogu obrazovati lokalni galvanski mikroparovi (sl.13.)

Sl.13. Naponska korozija 3.6. Bakterijska korozija

(a)Bakterijska elija prerasta u koloniju(x2700)

(b) Formiranje tubercule i udubljena sa biolokom kolonijom.

Sl.14. Bakterijska korozija

10

3.7. Eroziona korozija Eroziona korozija je posljedica zajednikog dejstva korozije i erozije (sl.15.). Pri erozivnoj koroziji nastaje povienje brzine korozionog napada na metal uslijed relativnog kretanja korozionog fluida i povrine metala. Eroziona korozija se karakterie pojavom na povrini metala ljebova, udubljenja, rupica, zaobljenih jamica i drugih oblika oteenja povrine metala koji obino nastaju u smijeru proticanja korozionog fluida.

Sl. 15. Eroziona korozija 3.8. Kavitaciona korozija Kavitaciona korozija je posljedica zajednikog dejstva korozije i kavitacije. Ona predstavlja izdubljivanje metala obrazovanjem i propadanjem mjehuria ili zazora ispunjenih parom u tenosti i to u blizini povrine metala. Uklanjajui metalne filmove i upajui metalne estice sa povrine metala, kavitaciono oteenje moe povisiti brzinu korozije i prouzrokovati habanje povrine (sl.16.).

Sl.16. Kavitaciona korozija

11

3.9. Korozija pri trenju Korozija pri trenju nastaje na meupovrinama izmeu materijala koji su pod optereenjem i podvrgnuti vibracijama i klizanju (sl.17). Korozija pri trenju ima izgled lijebova i rupica koji su opkoljeni korozionim produktima. Ona obino nastaje izmeu vrsto naleglih povrina kao to su one koje se nalaze izmeu osovina i leita ili posteljica.

Sl.17. Korozija pri trenju 3.10. Zamorna korozija Zamorna korozija nastaje kombinovanim dejstvom korozionog medijuma i ciklinih napona (sl.18). Otpornost metala procjenjuje se na osnovu odnosa korozione zamorne jaine u slanoj vodi i normalne zamorne jaine. Taj odnos jednak je: 0.2 za ugljenine elike, 0.5 za nerdjajue elike i 1 za bakar.

Sl.18. Zamorna korozija

12

3.11. Selektivna korozija Selektivna korozija napada jednu fazu u dvofaznim legurama, ili samo jedan manje plemenit metal u jednofaznim legurama tipa vrstog rastvora (sl.19.). Najpoznatiji primjer selektivne korozije je gubitak cinka u mesingu sa vie od 15% Zn. Plemenitiji metal (Cu) ostaje nepromjenjen, a korozioni proces se odvija u galvanskom paru u kome je Cu katoda, a legura anoda. Poto cink odlazi u elektrolit, u leguri ostaje "sunerast" bakar znatno loijih mehanikih osobina. Sprjeavanje gubitka cinka postie se dodavanjem inhibitora: arsena, antimona ili fosfora u iznosu od nekoliko desetih dijelova procenta. Gubitak cinka nastaje i pri zavarivanju mesinga, to se sprjeava primjenom oksidiueg acetilenskog plamena (sa vikom kiseonika).

Sl.19. Selektivna korozija 3.12. Korozija ispod stranih materija Korozija ispod stranih materija (sl.20.) nastaje na dijelovima metala prekrivenim opalim liem, papirom, pijeskom, tj. na onim mjestima gdje je otean pristup kiseonika. Izgleda paradoksalno da korozija upravo nastaje na povrinama relativno najbolje zatienim od medijuma koji je izaziva, to znai vodenog rastvora zasienog kiseonikom.

Sl.20.Korozija ispod stranih materija

13

4.ZAKLJUAK Korozioni procesi zavise ne samo od vrste metala vei od sredine u kojoj se taj metal nalazi. Prema mehanizmu nastajanja razlikujemo u metalima dva osnovna tipa korozije: Koroziju u elektro provodljivoj sredini (u tenim elektrolitima) Elektrohemijsku koroziju Koroziju u elektro neprovodljivim sredinama Hemijsku koroziju(oksidaciju). Prema nainu napadanja metala, korozija moe biti: Ravnomjerna, koja se karakterie gotovo ujednaenim gubitkom metala po cijeloj povrini izloenoj koroziji Neravnomjerna, kad materijal biva napadan samo na odredjenim mjestima. Vrste korozije mogu se pogodno klasifikovati prema izgledu korodiranog metala i uzroka nastanka. Korozija moe biti: Galvanska ili kontaktna korozija, Piting-korozija, Korozija u zazorima, Interkristalna korozija, Naponska korozija, Bakterijska korozija, Kavitaciona korozija, Korozija pri trenju, Selektivna korozija, Zamorna korozija

5.LITERATURA [1] Dragan Adamovi - Mainski materijali, Mainski fakultet Kraguljevac [2] Ivan Juraga, Vesna Alar, Vinko imunovi, Ivan Stojanovi, Korozija i metode zatite od korozije, FSB.

14

SADRAJ 1.UVOD ...................................................................................................................... 1 2. HEMIJSKA KOROZIJA METALA I LEGURA ........................................................ 22.1. Brzina i tok hemijske korozije ...................................................................................................................... 3 2.2. Wagnerova teorija kemijske korozije ........................................................................................................... 4 2.4. Hemijska korozija ugljinog elika............................................................................................................... 4 2.4. Hemijska korozija na Al, nehrajuim elicima i Ti .................................................................................. 5

3.ELEKTROHEMIJSKA KOROZIJA ......................................................................... 53.1. Galvanska ili kontaktna korozija.................................................................................................................. 7 3.2. Piting-korozija ................................................................................................................................................ 8 3.3. Korozija u zazorima ....................................................................................................................................... 8 3.4. Meukristalna korozija ................................................................................................................................. 9 3.5. Naponska korozija ....................................................................................................................................... 10 3.6. Bakterijska korozija..................................................................................................................................... 10 3.7. Eroziona korozija ......................................................................................................................................... 11 3.8. Kavitaciona korozija .................................................................................................................................... 11 3.9. Korozija pri trenju ....................................................................................................................................... 12 3.10. Zamorna korozija....................................................................................................................................... 12 3.11. Selektivna korozija ..................................................................................................................................... 13 3.12. Korozija ispod stranih materija ................................................................................................................ 13

4.ZAKLJUAK ......................................................................................................... 14 5.LITERATURA ........................................................................................................ 14

15