Mit nevezünk fémkorróziónak? A fémek korróziójának fogalma és osztályozása. Fémek kémiai korróziója
Korrózió a pusztulás szilárd anyagok a test felszínén a külső környezettel való kölcsönhatás során kialakuló kémiai és elektrokémiai folyamatok okozzák. A fémek korróziója különös károkat okoz. A legelterjedtebb és mindannyiunk számára legismertebb korróziós típus a vas rozsdásodása. A "korrózió" kifejezés fémekre, betonra, egyes műanyagokra és egyéb anyagokra vonatkozik. A korrózió a fém és a közeg közötti fizikai és kémiai kölcsönhatás, amely a fém pusztulásához vezet.
Nehéz figyelembe venni az állásidőből eredő magasabb közvetett veszteséget és a korrodált berendezések teljesítményének csökkenését a normál működés megzavarása miatt. technológiai folyamatok, a fémszerkezetek szilárdságának csökkenése okozta balesetekből stb. A vas és acél korróziójából származó károk pontos felmérése természetesen lehetetlen. A korróziónak kitett fém hullámtetők, huzalok, csővezetékek, acél autók és egyéb korróziónak kitett vas- és acéltárgyak átlagos éves cseremennyiségére vonatkozó néhány rendelkezésre álló adat alapján azonban megállapítható, hogy a nem megfelelő védelem miatt az éves csereköltségek 2008-ban is meghaladhatják átlagosan a felhasznált acél teljes mennyiségének legfeljebb 2 százaléka.
A fémek korróziójáról
A "korrózió" és a "rozsda" fogalmát nem szabad összetéveszteni. Ha a korrózió egy folyamat, akkor a rozsda az egyik eredménye. Ez a szó csak a vasra vonatkozik, amely az acél és az öntöttvas része. A továbbiakban a "korrózió" kifejezés a fémek korrózióját jelenti. Alapján nemzetközi szabvány Az ISO 8044 korrózió alatt egy fém (ötvözet) és egy közeg közötti fizikai-kémiai vagy kémiai kölcsönhatást értjük, amely a fém (ötvözet), a közeg vagy az azokat tartalmazó műszaki rendszer funkcionális tulajdonságainak romlásához vezet. A rozsda egy részlegesen hidratált vas-oxid réteg, amely a vas és egyes ötvözeteinek felületén a korrózió következtében képződik.
A korrózió mellett a fém (különösen az épület) szerkezetek eróziónak vannak kitéve - az anyag felületének megsemmisülése mechanikai igénybevétel hatására. Az eróziót esők, szél, homokpor és egyéb természeti tényezők váltják ki.
Az ideális korrózióvédelmet 80%-ban a felület megfelelő előkészítése a festéshez és csak 20%-ban a használt minőség biztosítja festési anyagokés alkalmazásuk módja (ISO).
Korróziós folyamat
A fémek korrózióját spontán pusztulásuknak nevezzük a környezettel való kémiai vagy elektrokémiai kölcsönhatás következtében.
Azt a környezetet, amelyben a fém korrodálódik (korrodálódik), korrozív vagy agresszív környezetnek nevezzük. A fémek esetében, ha korróziójukról beszélünk, ezek a fém és a környezet nemkívánatos kölcsönhatásának folyamatát jelentik.
A korróziós folyamat szakaszai:
- korrozív közeg betáplálása a fémfelületre;
- a közeg kölcsönhatása a fémmel;
- a termékek teljes vagy részleges eltávolítása a fémfelületről.
A korróziós folyamatok osztályozása
A pusztulás természetének megfelelően a következő típusok korrózió:
Kémiai korrózió- ez egy olyan folyamat, amelyben a fém oxidációja és a közeg oxidáló komponensének redukciója egy lépésben megy végbe.
A kémiai korrózió bármilyen korrozív közegben lehetséges, de leggyakrabban olyan esetekben figyelhető meg, amikor a korróziót okozó közeg nem elektrolit (gázkorrózió, korrózió nem vezetőképes szerves folyadékokban).
Elektrokémiai korrózió- ez a fémek elektrolitikusan vezető közeggel való elektrokémiai kölcsönhatása miatti tönkremenetele, amelyben a fématomok ionizációja és a közeg oxidáló komponensének redukciója nem egy lépésben megy végbe, és sebességük a hordozó értékétől függ. a fém elektródpotenciálja. Ez a fajta korrózió a leggyakoribb. Az elektrokémiai korrózió során az anyag kémiai átalakulását elektromos energia egyenáram formájában történő felszabadulása kíséri.
Biokémiai korrózió- abban az esetben, ha a tengervízben a fémek korrózióját fokozza a felszín tengeri élőlények általi elszennyeződése.
elektrokorrózió- megnövekedett korrózió az anódos polarizáció hatására, amelyet külső elektromos mező okoz (például vízen hegesztés közben, kóbor áramok jelenlétében a vízterületen).
A korrozív környezet típusa szerint
Egyes korrozív közegek és az általuk okozott pusztulások annyira jellemzőek, hogy a bennük lezajló korróziós folyamatokat is ezen közegek nevéhez sorolják.
A fémtermékek és -szerkezetek általában sokféle korróziónak vannak kitéve - ezekben az esetekben az úgynevezett vegyes korrózió hatásáról beszélnek.
Gázkorrózió— korrózió gázközegben magas hőmérsékleten.
légköri korrózió- fémkorrózió légköri körülmények között olyan páratartalom mellett, amely elegendő ahhoz, hogy elektrolit filmet képezzen a fém felületén (különösen agresszív gázok vagy savak, sók stb. aeroszoljainak jelenlétében). A légköri korrózió sajátossága, hogy sebessége és mechanizmusa erősen függ a fémfelületen lévő nedvességréteg vastagságától vagy a képződött korróziós termékek nedvességtartalmától.
Folyékony korrózió- korrózió folyékony közegben.
földalatti korrózió— fémek korróziója a talajban és a talajban. jellemző tulajdonság a földalatti korrózió nagy (tízezerszeres) különbséget jelent a földalatti építmények felszínére történő oxigénszállítás sebességében a különböző talajokban.
A pusztulás jellege szerint megkülönböztetünk korróziót
Szilárd- A fém teljes felületét lefedi
helyi- Lefedi az egyes korróziós területeket
Egyenruha- Megközelítőleg azonos sebességgel folyik a teljes felületen
Spot (pitting)— Legfeljebb 2 mm átmérőjű egyedi pontok formájában
Fekélyes– 2-50 mm átmérőjű fekélyek formájában
Észlelve- 50 mm-nél nagyobb átmérőjű és legfeljebb 2 mm mélységű foltok formájában
felszín alatti- Fémleválást és a rétegek duzzadását okozza
Underfilm- Szivárog a fém védőbevonat alatt
kristályközi— Gabonahatárok megsemmisítése formájában
Szelektív (szelektív)— Az ötvözet egyes komponenseinek feloldódása formájában
réselt- Résekben és szűk résekben fejlődik
Korrózió(latin corrosio - korrózió) a fémek spontán pusztulása a környezettel való kémiai vagy fizikai-kémiai kölcsönhatás eredményeként. Általános esetben ez bármilyen anyag megsemmisítése, legyen az fém vagy kerámia, fa vagy polimer. A korrózió oka a szerkezeti anyagok termodinamikai instabilitása a velük érintkező anyagok hatásaival szemben.
Példa erre a vas oxigénkorróziója vízben: 4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3. A hidratált vas-hidroxid Fe(OH)3 az úgynevezett rozsda.
Az autók korróziójának mechanizmusa
Mielőtt megpróbálná megvédeni magát a korróziótól, meg kell válaszolnia azt a kérdést, hogy mi a fémkorrózió. A mindennapi életben a korrózió a rozsda megjelenését jelenti a fém felületén. Melyek a rozsda megjelenésének fő mechanizmusai?
El kell ismerni, hogy erre a kérdésre egyelőre nincs teljes válasz, és a folyamatban lévő kutatások eredményei azt mutatják, hogy a korróziós folyamat nagyon összetett, mivel számos tényező befolyásolja annak lefolyását. kémiai összetétel fém környezet, amelyben található hőmérséklet nyomás gázok jelenléte stb. Emiatt a könyv a korrózióelméletből csak a legalapvetőbb tudnivalókat tartalmazza, amelyek ismerete szükséges az autó karosszériájának megfelelő védelméhez. A korróziós mechanizmusok teljesebb megértését az olvasó az ajánlott irodalomból merítheti.
A vas korrózióját (nevezetesen ezt a folyamatot később fogjuk megvizsgálni) akkor hajtják végre, ha az elektrolitnak még legalább két komponense van, amely a vasat határolja, és egy másik vezető, amely szintén az elektrolitot határolja. Az elektrolit normál körülmények között esővíz, légköri nedvesség, hó, útszennyeződés. A második vezető az autó karosszériájához képest leggyakrabban a föld felszíne, a légkör vagy más, az autó közelében elhelyezkedő külső vezető. Két elektrolitba merített vezető (amelyeket jelen esetben elektródáknak nevezünk) úgynevezett galvánelemet alkot. A galvánelem fő tulajdonsága, hogy ha az elektródák különböző fémekből készülnek, akkor egy ilyen elem feszültségforrás. Ebben az esetben a pozitív, az elektróda az anód, a negatív - a katód.
Végezzen egy egyszerű kísérletet. Oldjunk fel egy kanalat egy pohár meleg vízben asztali sóés alsó két lemez - az egyik réz a másik acél. A legegyszerűbb feszültségforrás készen áll. Voltmérővel könnyen ellenőrizheti, hogy a galvánelem fél voltnál kisebb feszültséget hoz létre. Ha több napig folytatja a kísérletet, észreveheti, hogyan kezd megjelenni a rozsda az acél felületén.Ez az egyszerű kísérlet egyértelműen bemutatja a fémkorrózió mechanizmusát. Ennek a mechanizmusnak a magyarázata a következő.
A fizika során ismert, hogy a vezetőket az a képesség jellemzi, hogy elektronokat adnak a külső környezetnek. Vizuálisan elképzelhető, hogy minden vezetőt elektronfelhő vesz körül, amely hőenergia hatására kirepül belőle, majd ha semmi nem zavarja őket, elektromos erők hatására visszatér a vezetőhöz. Ha egy fémet elektrolitba helyeznek, akkor a pozitív fémionok (azaz azok a fématomok, amelyek elektronjai a külső környezetben vannak) elkezdenek átjutni az elektrolitba. Ennek eredményeként a fém mérhető potenciálra tesz szert. A gyakorlatban a fém potenciálját egy speciális standard elektródához viszonyítva határozzák meg, amelynek potenciálját nullának tételezzük fel. A standard elektróda és a fém közötti potenciálkülönbséget standard elektródpotenciálnak (SEP) nevezzük.
A legnagyobb érdeklődés az elektrolitban lévő vas korróziójának folyamata egy kevésbé aktív fém jelenlétében. Ebben az esetben a vas, mint az aktívabb fém az anód, a kevésbé aktív fém pedig a katód. A galvánpárban mindig az aktívabb fém, az anód korrodálódik.
Az anód korrózióját kétféle reakció kíséri - oxidatív az anódnál és redukció a katódon. A jövőben a határozottság kedvéért a vasat (Fe) anódnak fogjuk tekinteni, azonban a korróziójára vonatkozó összes eredmény érvényes, legalább minőségileg bármely korábban megnevezett fémre.
Az oxidatív reakció olyan folyamatként ábrázolható, amelyben a vasatomok két elektront adnak át, és ennek eredményeként pozitív töltésű vasionokká (Fe2+) alakulnak, amelyek az anóddal való érintkezés helyén az elektrolit oldatba kerülnek. Ez a két elektron negatív töltést ad az anódnak, és ezáltal áramot hoz létre a katód felé, ahol pozitív ionokkal egyesülnek. Ezzel egyidejűleg az anód pozitív ionjai negatív töltésű hidroxilcsoportokkal (OH) egyesülnek, amelyek mindig jelen vannak az elektrolitoldatban.
Sematikusan az anód reakciója a következőképpen írható fel:
Fe + 20Н- = Fe2+ + 2е + 20Н- = Fe(OH)2 + 2е
A vasionok hatására a katódon hidrogénionok (H +) jelennek meg, amelyekkel az anód elektronok kapcsolódnak. Sematikusan ezt a folyamatot a következőképpen írjuk le:
H++2e=2H=H2
azok. hidrogén szabadul fel a katódon.
Ha az anódos és a katódos reakciókat kombináljuk, általános korróziós reakcióhoz vezetnek:
Fe + 2H20 \u003d Fe (OH) 2 + H2
Így a vas vízzel és egy kevésbé aktív fémmel kombinálva vas-hidroxiddá alakul, amelyet általában rozsdának neveznek.
További só jelenléte a vízben az elektrolit vezetőképességének növekedéséhez és ennek következtében az anódoxidáció sebességének növekedéséhez vezet. Ebben az esetben vas-klorid és sósavoldat is keletkezik. Ilyen feltételeket teremtenek útépítőink minden télen az autósok számára. A csapadékkal hulló savas eső azonban szintén nem járul hozzá az autó élettartamához.
A korrózió fontos jellemzője a korróziós sebesség, amelyet a korróziónak a fémbe való egységnyi idő alatti behatolási mélységeként határoznak meg. A vas esetében a legjellemzőbb érték a korróziós sebesség 0,05-0,02 nm/év tartományban. A korróziós sebesség adott értékeiből az következik, hogy a fényezés megsértése esetén az autó 5 éves működése során a fém vastagsága 0,25-1 mm-rel csökkenhet, vagyis ha speciális védelmi intézkedések nem biztosítottak, a fém rozsdásodik, ahogy mondják, keresztül.
A leírt korróziós mechanizmus jelzi a jelenség leküzdésének fő módjait is. A kardinális módszer a katód vagy elektrolit eltávolítása, azonban ez a módszer a legkevésbé alkalmas, mivel az autót nem lehet elkülöníteni a környezettől, és különösen a föld felszínétől. Két lehetőség maradt - a fém izolálása az elektrolittól bevonattal, vagy az autó karosszériájának anódról katódra váltása.
Az első módszert minden autós ismeri, és széles körben alkalmazzák a gyakorlatban, azonban önmagában nem állítja meg a korróziót, hanem csak megvédi a fémet a rozsdásodástól. Ha a festékbevonat megsérül, a korrózió elkezdi korrodálni a fémet, az újbóli bevonat pedig nagy idő- és anyagköltséggel jár (1., 2. melléklet).
Ebben az esetben a karosszéria legsérülékenyebb részei a rejtett üregek és rések, mint például a küszöbök, belső gerendák, lécek, oszlopok, ajtók belső felületei, a mennyezet és szinte a teljes karosszéria (lásd 1. melléklet). A rejtett repedések és üregek összetett alakja megnehezíti, gyakran lehetetlenné teszi a felület festésre való előkészítését és magát a festést, ill. belső feszültségek az ezeken a helyeken meghajlított fémek hozzájárulnak annak intenzív korróziójához. Ilyen körülmények között a karosszéria élettartama a meghibásodás előtt 6 év.
Ugyanakkor, nem tagadva a fényezés rendszeres helyreállításának fontosságát, a szerző felhívja a figyelmet a karosszéria korrózió elleni védelmének egy alapvetően eltérő módszerére, nevezetesen magának a korróziós folyamatnak a teljes leállítására a karosszéria potenciáljának megváltoztatásával. . Ezt a módszert a szakirodalom katódos védelemnek nevezi.
A fémek katódos védelme azon alapul, hogy a korróziós sebesség arányos a galvánpárt alkotó fémek aktivitásával. Normál körülmények között az autó karosszériája anód, ezért korrodálódik. Ha megváltoztatjuk a hajótest potenciálját ahhoz képest külső környezet akár külső feszültségforrás segítségével, akár egy aktívabb fémmel érintkezve, akkor maga az autó karosszériája katód lesz, és egyáltalán nem korrodálódik (legalább a korróziós sebesség százszorosára csökken), ill. az anód elkezd omlani. A védett fém potenciálváltoztatási módszerének megfelelően futófelület és elektrokémiai védelem van. A védelmi módszerek mérlegelése előtt azonban célszerű ismertetni az autók korróziójának jellemzőit különböző üzemi körülmények között.
Az autó korróziója működés közben és a kezelés passzív módszerei
A tárolás körülményei különösen befolyásolják a karosszéria korrózióját. Ez annak köszönhető, hogy az autót legtöbbször a parkolóban, a garázsban tartják, és az időnek csak kis része van mozgásban. Menet közben az autót intenzíven fújják friss levegővel, „szellőztetik”, ami – ceteris paribus – csökkenti a korrózió mértékét.
A tárolási feltételek az első közelítésben feloszthatók nyitott parkolóban (beleértve a napellenzőt is) és garázsban lévő autótárolókra. Fontolja meg a tárolási lehetőségeket.
Autó korróziója nyitott parkolóban
Nyitott parkolóban az autó folyamatosan ki van téve a levegő nedvességének és a csapadéknak. Alacsony és közepes páratartalom mellett a meleg évszakban, amikor a levegő hőmérséklete változik (például este vagy kora reggel), a légköri nedvesség lecsapódik az autó teljes felületén, az utastéren kívül és belül egyaránt. Legnagyobb felhalmozódása rejtett üregekben figyelhető meg (küszöbök, lécek, oszlopok, ajtók belső felületén, mennyezet díszkárpit alatt) A hőmérséklet emelkedésével a nedvesség elpárolog a nyitott felületekről, de sokáig rejtett üregekben marad. Ennek eredményeként a testnek általában ezek a nehezen elérhető részei jobban szenvednek a korróziótól, mint mások. Magas páratartalom mellett vagy csapadék esetén a nedvesség többé-kevésbé egyenletesen oszlik el az autó teljes külső felületén, és mivel ebben az esetben nem stagnál, ez okozza a legkevésbé korróziós folyamatot.
Figyelembe kell azonban venni, hogy ebben az esetben is lehetséges a nedvesség felhalmozódása az utastérben. Így, ha egy autót nyitott parkolóban tárolnak, a karosszéria belső felületei a leginkább érzékenyek a korrózióra. A külső felületek csak ott korrodálódnak, ahol a fényezés eltört.
Bármilyen furcsának is tűnik, extra óvintézkedéseket kell tenni, ha az autót ponyva alatt tárolják. A napellenző (például ponyvából) megbízhatóan védi az autót a portól, hótól és részben a víztől, de egyáltalán nem védi a karosszériát a levegő nedvességétől. Ráadásul a nedvesség lecsapódik a napellenző alatt, és sokáig a karosszérián marad. Így az autó a napellenző alatt, úgymond, vízfürdőben van, ami hozzájárul az autó korróziójához nyáron, amikor a levegő hőmérséklete az éjszakai hűvösség után emelkedik. A rozsda előfordulásának mechanizmusa ebben az esetben az előző bemutatásból egyértelműen kiderül. Az autó karosszériája és a nedves levegő együtt egy galvánpárt alkot, amelyben a karosszéria az anód. Ha a burkolat hozzáér az autó felületéhez, akkor még a fényezés sem óv meg a korróziótól, és a festéken keresztül megjelenik a rozsda.
Általában néhány nyári hajnali köd kell ahhoz, hogy egy új autóból rozsdás fémhalom váljon. Ezért, ha az autót napellenzővel zárja le, feltétlenül tartsa be a szabályokat:
1. Ne hagyja, hogy a ház hozzáérjen a karosszériához;
2. biztosítsa a levegő szellőzését a burkolat alatt;
3. Időnként, különösen magas páratartalom és hőmérséklet-változások idején, távolítsa el a fedelet és szellőztesse ki az autót.
Ezeket a szabályokat többféleképpen is át lehet ültetni a gyakorlatba.
A 40x40 mm méretű duralumínium sarkokból egy keretet készítenek létra formájában. A váz hossza megfelel az autó hosszának, a váz szélessége valamivel nagyobb, mint az autó szélessége. A keret középső keresztléceit csavarokkal vagy kötelekkel rögzítik az autó tetőcsomagtartójához.
A kapott keretre egy téglalap alakú ponyvát dobnak. Ez a kialakítás megvédi az autót az esőtől és a szennyeződéstől, jó szellőzést biztosít (mivel az első és a hátsó fal hiányzik), és néhány percen belül szét- és összeszerelhető.
Az autó korróziója garázsban tárolva
Első pillantásra az autó hosszú távú tárolásának legjobb feltételei a garázsban vannak, mivel a garázs megvédi az autót a külső csapadéktól. Azonban számos tanulmány kimutatta, hogy ez csak alacsony páratartalom mellett igaz. Magas páratartalmú körülmények között (a középső sávban ez az időszak magában foglalja az őszt és különösen a tavaszt, azaz közel fél évet) a fémkorrózió mértéke egy hagyományos betonpadlós acéldobozban 1 mm / év, ami 5-20 alkalommal magasabb, mint a szabad levegőn. Ennek oka, első ránézésre paradox jelenség, hogy a garázs fémfalai egy további katód példája, ami növeli a korrózió sebességét. Egy ilyen nagy kiegészítő katód jelenléte az egész testen belülről és kívülről egyaránt korróziót okoz. Ugyanakkor nagyobb mértékben szenvednek azok a testrészek, amelyek a légkör nedvesebb alsóbb rétegeiben vannak, a padló, az alsó, a keréktárcsák és az erőátvitel.
Az autó jobb megőrzése érdekében a garázs falait festeni kell, a padlót pedig megbízhatóan védeni kell a talajvíztől. Ennek érdekében a beton, aszfalt vagy kavics lerakása előtt fektessen a talajra polietilén lemezeket, amelyek teljesen beborítják a padlófelületet, így megbízhatóan védi garázsát a talajban lévő nedvességtől, ami különösen fontos az őszi esők és a tavaszi időszakban. árvizek. Egyes autósok fával kárpitozik a garázs falait és padlóját. Az autó ilyen védelme azonban drasztikusan csökkenti a tűzbiztonságot. Ezért, ha lehetséges, jobb azbesztbevonatot vagy üvegszálat használni erre a célra. Garázs rendezésekor ügyeljen a szellőzésre. A garázsszellőztetés elősegíti az állandó légcserét, csökkenti a levegő páratartalmát és ezáltal lassítja a korrózió sebességét. A legegyszerűbb módja a garázs szellőzésének biztosítására függőlegesen, a padló felett 30-40 cm magasságban és a garázs teteje fölé 1 m-rel emelkedő azbesztcsövet kell használni.
Az 50-60 m3 térfogatú szabványos garázs cső átmérője legalább 20 cm legyen. Annak érdekében, hogy a csövön keresztül ne kerüljön eső a garázsba, díszítse a tetejét fém kúppal, amelyet ráadásul földelt.
Mozgó autók korróziója
Általános szabály, hogy vezetés közben az autó karosszériájának korróziós sebessége csökken. A jelenség oka, hogy a szembejövő levegő intenzíven fújja az autó karosszériáját, és ennek következtében a levegő páratartalma a karosszérián kívül és belül egyaránt csökken. Piszkos vagy vizes úton haladva azonban az eső, hó, só az utakat télen kiszórva az autó testére gyakorolt hatást a homok apró kövek, jégtáblák és vibráció mechanikai hatásai kísérik. a bevonat öregedéséhez és pusztulásához vezet. A legsérülékenyebb helyek ebben az esetben az első és a hátsó sárvédők belső felülete, az alsó, a sebességváltó és az autó felfüggesztése. A nedvességgel párosuló mechanikai hatások azt a tényt eredményezik, hogy az autó karosszériájának ezek a helyei kezdenek először korrodálódni.
A mozgó autó karosszériájának védelmének legismertebb módja a fenék korróziógátló kezelése és a sárvédő burkolat használata. Az aljzat legjobb védőbevonata a gumigyanta alapú bevonat, amely kiválóan tapad a fémhez, és vastag, laza réteget képez, amelyben a mechanikai részecskék (homok, szennyeződés) megakadnak és nem érik el a fémet.
A sárvédő bélés tökéletesen védi a szárnyak belső felületét a szennyeződés és a homok mechanikai hatásától. Ugyanakkor a sárvédők és az általuk védett felület között zárt tér képződik, ami hozzájárul a nedvesség felhalmozódásához. Ezért a sárvédő burkolat felszerelésekor biztosítani kell a levegő szabad hozzáférését a szellőzéshez, és tanácsos eltávolítani a sárvédő burkolatot az autó hosszú távú parkolása során.
A fenti tények, valamint az autósok saját megfigyelései sokféle körülményt jeleznek, amelyek között az autó karosszériájának korróziója előfordul. E változat közül két olyan körülményt emelünk ki, amelyek véleményünk szerint a legnagyobb hatással vannak a nedvesség helyi felhalmozódási és páralecsapódási helyek kialakulására az autó karosszériájának belső és külső felületén. Ezekben az esetekben a katódos védelmi módszereket kell figyelembe venni.
A fémek korróziója, mint tudják, sok gondot okoz. Ugye, kedves autótulajdonosok, nem önöknek kell elmagyarázniuk, hogy mivel fenyeget: engedjetek neki szabad kezet, így csak gumik maradnak az autóból. Ezért minél hamarabb kezdődik a katasztrófa elleni küzdelem, annál tovább fog élni az autó karosszériája.
Ahhoz, hogy sikeres legyen a korrózió elleni küzdelemben, meg kell találni, hogy milyen "vadállat" ez, és meg kell érteni előfordulásának okait.
Ma tudni fogod
Van remény?
A korrózió által az emberiségnek okozott kár óriási. Különböző források szerint a korrózió a világ vastermelésének 10-25%-át "megeszi". Barna porrá alakulva helyrehozhatatlanul szétszóródik a fehér fény felett, aminek következtében nemcsak mi, hanem utódaink is nélkülözik ezt a legértékesebb szerkezeti anyagot.
De nem csak az a baj, hogy a fém mint olyan elveszik, nem - hidak, autók, tetők, építészeti emlékek pusztulnak el. A korrózió semmit sem kíméli.
Az Eiffel-torony, Párizs szimbóluma halálosan beteg. Közönséges acélból készült, elkerülhetetlenül rozsdásodik és összeesik. A tornyot 7 évente kell festeni, ezért tömege minden alkalommal 60-70 tonnával nő.
Sajnos lehetetlen teljesen megakadályozni a fémek korrózióját. Nos, kivéve, hogy például teljesen elszigetelje a fémet a környezettől, helyezze vákuumba. 🙂 De mi haszna az ilyen "konzerv" alkatrészeknek? A fémnek "működnie" kell. Ezért az egyetlen módja a korrózió elleni védelem az, hogy megtaláljuk a lassítás módját.
Az ókorban erre használták a zsírt, olajokat, később elkezdték más fémekkel bevonni a vasat. Először is alacsony olvadáspontú ón. Az ókori görög történész, Hérodotosz (Kr. e. 5. század) és az idősebb Plinius római tudós írásaiban már vannak utalások az ón használatára a vas korrózió elleni védelmére.
Érdekes esemény történt 1965-ben a Nemzetközi Korrózióvédelmi Szimpóziumon. Egy indiai tudós beszélt a mintegy 1600 éve létező korrózióellenes társaságról, amelynek ő is tagja. Tehát másfél ezer évvel ezelőtt ez a társaság részt vett a Nap templomainak építésében a Konarak melletti tengerparton. És annak ellenére, hogy ezeket a templomokat egy ideig elöntötte a tenger, a vasgerendák tökéletesen megőrződnek. Tehát még azokban a távoli időkben is sokat tudtak az emberek a korrózió elleni küzdelemről. Szóval nem minden olyan reménytelen.
Mi a korrózió?
A "korrózió" szó a latin "corrodo" - rágni - szóból származik. Vannak utalások a késő latin „corrosio – maró” szóra is. De egyébként is:
A korrózió a fémpusztulás folyamata a környezettel való kémiai és elektrokémiai kölcsönhatás eredményeként.
Bár a korrózió leggyakrabban fémekhez kapcsolódik, a betont, a követ, a kerámiát, a fát és a műanyagokat is érinti. A polimer anyagokkal kapcsolatban azonban gyakrabban használják a lebomlás vagy öregedés kifejezést.
A korrózió és a rozsda nem ugyanaz
A fenti bekezdésben a korrózió definíciójában nem hiába emeljük ki a „folyamat” szót. A tény az, hogy a korróziót gyakran a "rozsda" kifejezéssel azonosítják. Ezek azonban nem szinonimák. A korrózió pontosan egy folyamat, míg a rozsda ennek a folyamatnak az egyik eredménye.
Azt is érdemes megjegyezni, hogy a rozsda kizárólag a vas és ötvözetei (például acél vagy öntöttvas) korróziós terméke. Ezért amikor azt mondjuk, hogy „acél rozsdásodik”, akkor azt értjük, hogy az összetételében lévő vas rozsdásodik.
Ha a rozsda csak a vasra vonatkozik, akkor a többi fém nem rozsdásodik? Nem rozsdásodnak, de ez nem jelenti azt, hogy nem korrodálódnak. Csak különböző korróziós termékeik vannak.
Például a korrodáló réz gyönyörű zöldes bevonattal (patina) van bevonva. Az ezüst elhomályosul a levegőben – ez egy szulfidlerakódás a felületén, amelynek vékony filmje jellegzetes rózsaszínes színt ad a fémnek.
A patina a réz és ötvözeteinek korróziós terméke.
A korróziós folyamatok lefolyásának mechanizmusa
A korróziós folyamatok előfordulásának körülményei és környezetei igen szélesek, ezért nehéz egységes és átfogó osztályozást adni a fellépő korróziós esetekről. De ennek ellenére minden korróziós folyamat nem csak összesített eredmény- a fém megsemmisítése, hanem egyetlen kémiai egység is - oxidáció.
Leegyszerűsítve az oxidációt az anyagok elektroncseréjének folyamatának nevezhetjük. Amikor az egyik anyag oxidálódik (elektronokat ad), a másik, éppen ellenkezőleg, redukálódik (elektronokat fogad).
Például egy reakcióban... 
… egy cink atom két elektront veszít (oxidálódik), és egy klórmolekula hozzáadja őket (redukálódik).
Az elektronokat adományozó és oxidált részecskéket ún redukálószerek, és az elektronokat befogadó és redukált részecskéket nevezzük oxidálószerek. Ez a két folyamat (oxidáció és redukció) egymással összefügg, és mindig egyidejűleg megy végbe.
Az ilyen reakciók, amelyeket a kémiában redoxreakcióknak neveznek, minden korróziós folyamat hátterében állnak.
Természetesen a különböző fémek oxidációs hajlama nem azonos. Hogy megértsük, melyikben van több és melyikben kevesebb, emlékezzünk az iskolai kémia tanfolyamra. Volt olyan, hogy a fémek feszültségeinek (aktivitásának) elektrokémiai sorozata, amelyben az összes fém balról jobbra van elrendezve a „nemesség” növekedésének sorrendjében.
Tehát a bal oldali sorban található fémek hajlamosabbak az elektronok adományozására (és ezáltal az oxidációra), mint a jobb oldali fémek. Például a vas (Fe) érzékenyebb az oxidációra, mint a nemesebb réz (Cu). Egyes fémek (például az arany) csak bizonyos extrém körülmények között képesek elektronokat adni.
A tevékenységsorozatra kicsit később visszatérünk, de most beszéljünk a korrózió főbb típusairól.
A korrózió típusai
Mint már említettük, a korróziós folyamatok osztályozásának számos kritériuma van. Tehát a korrózió megkülönböztethető az eloszlás típusától (szilárd, lokális), a korrozív közeg típusától (gáz, atmoszférikus, folyékony, talaj), a mechanikai hatások jellegétől (korróziós repedés, repedés jelenség, kavitációs korrózió) stb. tovább.
De a korrózió osztályozásának fő módja, amely lehetővé teszi ennek az alattomos folyamatnak az összes finomságának legteljesebb magyarázatát, az áramlási mechanizmus szerinti osztályozás.
E kritérium szerint a korróziónak két típusát különböztetjük meg:
- kémiai
- elektrokémiai
Kémiai korrózió
A kémiai korrózió abban különbözik az elektrokémiai korróziótól, hogy olyan közegben fordul elő, amely nem vezet elektromosság. Ezért ilyen korrózió esetén a fém megsemmisülése nem jár együtt elektromos áram megjelenésével a rendszerben. Ez a fém szokásos redox kölcsönhatása a környezettel.
A kémiai korrózió legjellemzőbb példája a gázkorrózió. A gázkorróziót magas hőmérsékletű korróziónak is nevezik, mivel általában a következő helyen zajlik le emelkedett hőmérsékletek amikor a nedvesség lecsapódásának lehetősége a fémfelületen teljesen kizárt. Ez a fajta korrózió magában foglalhatja például az elektromos fűtőelemek vagy a rakétahajtóművek fúvókáinak korrózióját.
A kémiai korrózió sebessége a hőmérséklettől függ - ahogy emelkedik, a korrózió felgyorsul. Emiatt például a hengerelt fém gyártása során a tüzes fröccsenések minden irányba szóródnak a forró masszából. Ezek a vízkő részecskék, amelyek letöredeznek a fém felületéről.
A vízkő a kémiai korrózió tipikus terméke, a forró fém és a légköri oxigén kölcsönhatásából származó oxid.
Az oxigén mellett más gázok is erős agresszív tulajdonságokkal rendelkezhetnek fémekkel szemben. Ezek a gázok közé tartozik a kén-dioxid, fluor, klór, hidrogén-szulfid. Például az alumínium és ötvözetei, valamint a magas krómtartalmú acélok (rozsdamentes acélok) stabilak olyan atmoszférában, ahol a fő agresszív anyag az oxigén. De a kép drámaian megváltozik, ha klór van jelen a légkörben.
Egyes korróziógátló készítmények dokumentációjában a kémiai korróziót néha "száraznak", az elektrokémiai korróziót pedig "nedvesnek" nevezik. Kémiai korrózió azonban folyadékokban is előfordulhat. Csak az elektrokémiai korrózióval ellentétben ezek a folyadékok nem elektrolitok (azaz nem vezetőképesek, például alkohol, benzol, benzin, kerozin).
Ilyen korrózióra példa az autómotorok vasalkatrészeinek korróziója. A benzinben szennyeződésként jelen lévő kén kölcsönhatásba lép az alkatrész felületével, és vas-szulfidot képez. A vas-szulfid nagyon törékeny és könnyen leválik, így friss felületet hagy a kénnel való további kölcsönhatáshoz. És így, rétegről rétegre, a részletek fokozatosan megsemmisülnek.
Elektrokémiai korrózió
Ha a kémiai korrózió nem más, mint egy fém egyszerű oxidációja, akkor az elektrokémiai korrózió galvanikus folyamatok miatti pusztulás.
A kémiai korróziótól eltérően az elektrokémiai korrózió jó elektromos vezetőképességű közegben megy végbe, és áram megjelenésével jár. Az elektrokémiai korrózió "beindításához" két feltétel szükséges: galván párés elektrolit.
A fémfelületen lévő nedvesség (kondenzátum, esővíz stb.) elektrolitként működik. Mi az a galvánpár? Ennek megértéséhez térjünk vissza a fémek tevékenységsorához.
Nézzük. A bal oldalon az aktívabb fémek, a jobb oldalon a kevésbé aktívak.
Ha két eltérő aktivitású fém érintkezik, galvánpárt alkotnak, és elektrolit jelenlétében elektronáramlás jön létre közöttük, amely az anódtól a katódszakaszokhoz áramlik. Ebben az esetben az aktívabb fém, amely a galvánpár anódja, elkezd korrodálni, míg a kevésbé aktív fém nem korrodál.
A galvánelem diagramja
Az érthetőség kedvéért nézzünk meg néhány egyszerű példát.
Tegyük fel, hogy egy acélcsavart rézanyával rögzítenek. Mi fog korrodálódni, a vas vagy a réz? Nézzük a tevékenységsort. A vas aktívabb (balra), ami azt jelenti, hogy a csomópontban megsemmisül.
Acél csavar - réz anya (acél korrodál)
Mi van, ha az anya alumínium? Nézzük újra a tevékenységsort. Itt megváltozik a kép: már az alumínium (Al), mint aktívabb fém, elektronokat veszít és lebomlik.
Így egy aktívabb "bal" fém érintkezése egy kevésbé aktív "jobb" fémmel fokozza az első korrózióját.
Az elektrokémiai korrózióra példaként említhetők a hajók megsemmisülésének és elárasztásának esetei, amelyek vasbőrét rézszegecsekkel rögzítették. Figyelemre méltó az az incidens is, amely 1967 decemberében történt a norvég Anatina ércszállítóval, útban Ciprusról Oszakába. A Csendes-óceánon tájfun érte a hajót, és a rakterek megteltek sós vízzel, ami egy nagy galvánpárt eredményezett: rézkoncentrátum + acél hajótest. Egy idő után a hajó acélteste lágyulni kezdett, és hamarosan vészjelzést adott. Szerencsére a legénységet egy német hajó megmentette, és maga Anatina is eljutott valahogy a kikötőbe.
Ón és cink. „Veszélyes” és „biztonságos bevonatok”.
Vegyünk egy másik példát. Tegyük fel, hogy a karosszéria panel bádoggal van borítva. Az ón nagyon korrózióálló fém, emellett passzív védőréteget hoz létre, megvédve a vasat a külső környezettel való kölcsönhatástól. Tehát az ónréteg alatti vas biztonságos és ép? Igen, de csak addig, amíg az ónréteg meg nem sérül.
És ha ez megtörténik, azonnal megjelenik egy galvánpár az ón és a vas között, és a vas, amely egy aktívabb fém, galvanikus áram hatására korrodálódni kezd.
A „Győzelem” állítólagos „örök” bádogtesteiről egyébként ma is legendák keringenek a nép körében. A legenda gyökerei a következők: a sürgősségi járművek javítása során a kézművesek fújólámpákat használtak a fűtésre. És hirtelen, minden látható ok nélkül ón kezd folyni az égő lángja alól! Innen ered a pletyka, hogy a "Győzelem" teste teljesen ónozott.
Valójában minden sokkal prózaibb. Az akkori bélyegfelszerelés tökéletlen volt, így az alkatrészek felületei egyenetlennek bizonyultak. Ráadásul az akkori acélok nem voltak alkalmasak a mélyhúzásra, általánossá vált a ráncok kialakulása a bélyegzés során. Egy hegesztett, de még nem festett karosszériát sokáig kellett készíteni. A kidudorodásokat csiszolókorongokkal simították ki, a horpadásokat ónforraszanyaggal töltötték ki, amiből főleg a szélvédőkeret közelében volt sok. Csak és minden.
Nos, azt már tudod, hogy az ónozott test „örök”-e: örök az első jó éles kőütésig. És több mint elég van belőlük útjainkon.
A cinkkel azonban egészen más a kép. Itt tulajdonképpen a saját fegyverével győztük le az elektrokémiai korróziót. A védőfém (cink) a feszültségsorban a vastól balra található. Ez azt jelenti, hogy sérülés esetén nem az acél, hanem a cink tönkremegy. És csak miután az összes cink korrodált, a vas elkezd lebomlani. De szerencsére nagyon-nagyon lassan korrodálódik, sok évig tartja az acélt.
a) Ónozott acél korróziója: a bevonat megsérülésekor az acél tönkremegy. b) Horganyzott acél korróziója: a bevonat megsérülésekor a cink tönkremegy, védve az acélt a korróziótól.
Az aktívabb fémekből készült bevonatokat " biztonságos", és a kevésbé aktívak közül -" veszélyes". A biztonságos bevonatokat, különösen a horganyzást régóta sikeresen használják az autók karosszériájának korrózió elleni védelmére.
Miért a cink? Hiszen a cink mellett a vashoz viszonyított aktivitási sorozatban még számos elem aktívabb. Íme a fogás: minél távolabb van egymástól két fém a tevékenységsorban, annál gyorsabban pusztul el az aktívabb (kevésbé nemes). És ez ennek megfelelően csökkenti a korrózióvédelem tartósságát. Tehát az autókarosszériákhoz, ahol a jó fémvédelem mellett fontos ennek a védelemnek a hosszú élettartama elérése, a horganyzás a legmegfelelőbb. Ráadásul a cink elérhető és olcsó.
Egyébként mi lesz, ha például a testet beborítod arannyal? Először is, milyen drága lesz! 🙂 De még ha az arany lenne is a legolcsóbb fém, ezt nem lehet megtenni, mert az rossz szolgálatot tesz a „vasunknak”.
Hiszen az arany a tevékenységsorozatban (legtávolabb) nagyon távol áll a vastól, és a vas a legkisebb karcolásra is hamarosan aranyfóliával borított rozsdahalommá változik.
Az autó karosszériája kémiai és elektrokémiai korróziónak van kitéve. De a főszerep továbbra is az elektrokémiai folyamatoknak van kijelölve.
Hiszen bűn elrejteni a galvánpárokat egy karosszériában és egy kis teherautóban: ezek hegesztési varratok, és különböző fémek érintkezései, valamint idegen zárványok a fémlemezben. Az egyetlen dolog, ami hiányzik, az az elektrolit, amely „bekapcsolja” ezeket a galvánelemeket.
És az elektrolitot is könnyű megtalálni - legalábbis a légkörben lévő nedvességet.
Emellett valós üzemi körülmények között mindkét típusú korróziót számos egyéb tényező is fokozza. Beszéljünk a főbbekről részletesebben.
A karosszéria korrózióját befolyásoló tényezők
Fém: kémiai összetétele és szerkezete
Természetesen, ha az autók karosszériája kereskedelmileg tiszta vasból készülne, akkor a korrózióállóságuk kifogástalan lenne. Sajnos, vagy talán szerencsére ez nem lehetséges. Először is, az ilyen vas túl drága egy autóhoz, másodszor (ami még ennél is fontosabb) nem elég erős.
Ne beszéljünk azonban magas ideálokról, hanem térjünk vissza ahhoz, amink van. Vegyük például a 08KP acélminőséget, amelyet Oroszországban széles körben használnak testrészek bélyegzésére. Mikroszkóp alatt vizsgálva ez az acél a következő: tiszta vas finom szemcséi keverednek vas-karbid szemcsékkel és egyéb zárványokkal.
Amint azt sejteni lehetett, egy ilyen szerkezet sok mikrovoltaikus cellát eredményez, és amint megjelenik egy elektrolit a rendszerben, a korrózió lassan megkezdi pusztító tevékenységét.
Érdekes módon a vas korróziós folyamatát felgyorsítják a kéntartalmú szennyeződések. Általában az ércekből történő kohós olvasztás során szénből kerül vasba. Egyébként a távoli múltban erre a célra nem követ, hanem szenet használtak, ami gyakorlatilag nem tartalmazott ként.
Emiatt néhány ókori fémtárgy évszázados történelmük során gyakorlatilag nem szenvedett korróziót. Vessen egy pillantást például erre a vasoszlopra, amely a delhi Qutub Minar udvarán található.
1600 (!) éve áll, és legalább valami. A Delhiben tapasztalható alacsony páratartalom mellett az indiai vas ilyen csodálatos korrózióállóságának egyik oka a fém alacsony kéntartalma.
Tehát a „korábban tisztább volt a fém, és sokáig nem rozsdásodott a karosszéria” okfejtésében, még mindig van igazság, és sok minden.
Egyébként miért nem rozsdásodnak akkor a rozsdamentes acélok? Hanem azért, mert a króm és a nikkel, amelyeket ezen acélok ötvözőelemeiként használnak, a vas mellett áll az elektrokémiai feszültségsorokban. Ezenkívül agresszív környezettel érintkezve erős oxidfilmet képeznek a felületen, amely megvédi az acélt a további korróziótól.
A króm-nikkel acél a legjellemzőbb rozsdamentes acél, de ezen kívül vannak más minőségi rozsdamentes acélok is. Például a könnyű rozsdamentes ötvözetek tartalmazhatnak alumíniumot vagy titánt. Ha járt az Összoroszországi Kiállítási Központban, akkor biztosan látta a bejárat előtt a „Tér hódítóihoz” obeliszket. Titánötvözet lemezekkel van bélelve, fényes felületén pedig egy rozsdafolt sincs.
Gyári karosszéria technológia
Vastagság acéllemez, amelyből egy modern autó karosszériaelemei készülnek, általában 1 mm-nél kisebb. És a test egyes helyein ez a vastagság még kisebb.
A karosszériaelemek sajtolási folyamatának, sőt a fém bármilyen plasztikus deformációjának jellemzője a deformáció során fellépő nem kívánt maradó feszültségek. Ezek a feszültségek elhanyagolhatóak, ha a lyukasztóberendezés nem kopott, és az alakváltozási sebességek megfelelően vannak beállítva.
Ellenkező esetben egyfajta „időzített bombát” helyeznek el a karosszériában: a kristályszemcsékben az atomok elrendezése megváltozik, így a mechanikai igénybevételnek kitett fém intenzívebben korrodál, mint normál állapotban. És jellemző módon a fém tönkremenetele pontosan a deformált területeken (hajlítások, lyukak) történik, amelyek az anód szerepét töltik be.
Ezenkívül a karosszéria gyári hegesztése és összeszerelése során sok repedés, átfedés és üreg keletkezik benne, amelyekben felhalmozódik a szennyeződés és a nedvesség. Nem beszélve azokról a hegesztésekről, amelyek az alapfémmel azonos galvanikus párokat alkotnak.
A környezet hatása működés közben
A fémszerkezetek, köztük az autók üzemeltetésének környezete évről évre egyre agresszívebb. Az elmúlt évtizedekben megnőtt a légkör kén-dioxid-, nitrogén-oxid- és széntartalma. Ez azt jelenti, hogy az autókat már nem vízzel, hanem savas esővel mossák.
Mivel savas esőről beszélünk, térjünk vissza még egyszer az elektrokémiai feszültségsorokhoz. A figyelmes olvasó észre fogja venni, hogy hidrogént is tartalmaz. Jogos kérdés: miért? De miért: helyzete megmutatja, hogy mely fémek szorítják ki a hidrogént a savas oldatokból, és melyek nem. Például a vas a hidrogéntől balra helyezkedik el, ami azt jelenti, hogy kiszorítja a savas oldatokból, míg a jobb oldali réz már nem képes ilyen bravúrra.
Ebből következik, hogy a savas eső veszélyes a vasra, de nem a tiszta rézre. De ez nem mondható el a bronzról és más rézalapú ötvözetekről: alumíniumot, ónt és más fémeket tartalmaznak, amelyek a hidrogéntől balra lévő sorban vannak.
Felfigyeltek és bebizonyosodott, hogy egy nagyváros körülményei között a testek kevesebbet élnek. Ebben a tekintetben a Svéd Korróziós Intézet (SHIK) adatai tájékoztató jellegűek, amelyek megállapították, hogy:
- Svédország vidéki területein az acél pusztulásának sebessége évi 8 mikron, a cink - 0,8 mikron évente;
- a város esetében ezek a számok évi 30, illetve 5 mikron.
Az autó üzemeltetésének éghajlati viszonyai is fontosak. Tehát tengeri éghajlaton a korrózió körülbelül kétszer aktiválódik.
Páratartalom és hőmérséklet
Hogy mekkora a nedvesség korrózióra gyakorolt hatása, megérthetjük a korábban említett delhi vasoszlop példáját (emlékezzünk a levegő szárazságára, mint korrózióállóságának egyik oka).
A pletykák szerint egy külföldi úgy döntött, hogy felfedi ennek a rozsdamentes vas titkát, és valahogy letört egy kis darabot az oszlopról. Mi volt a meglepetése, amikor az Indiából tartó hajón ezt a darabot rozsda borította. Kiderült, hogy a párás tengeri levegőben a rozsdamentes indiai vas mégsem olyan rozsdamentes. Ezenkívül a tenger közelében található Konarakból származó hasonló oszlopot nagyon súlyosan érintette a korrózió.
A korróziós sebesség 65% relatív páratartalomig viszonylag alacsony, de amikor a páratartalom a megadott érték fölé emelkedik, a korrózió erősen felgyorsul, mivel ilyen páratartalom mellett nedvességréteg képződik a fém felületén. És minél tovább marad nedves a felület, annál gyorsabban terjed a korrózió.
Éppen ezért a fő korróziós központok mindig a test rejtett üregeiben találhatók: sokkal lassabban száradnak, mint a nyitott részek. Ennek eredményeként pangó zónák alakulnak ki bennük, a korrózió igazi paradicsoma.
Egyébként a kémiai reagensek használata a jégkorrózió leküzdésére is kéznél van. Az olvadt hóval és jéggel keveredve a jéggátló sók nagyon erős elektrolitot képeznek, amely bárhová behatol, beleértve a rejtett üregeket is.
A hőmérséklettel kapcsolatban már tudjuk, hogy ennek növelése aktiválja a korróziót. Emiatt mindig több korróziós nyom marad a kipufogórendszer közelében.
Levegő hozzáférés
Érdekes minden-??? dolog ez a korrózió. Amilyen érdekes, olyan alattomos is. Például ne lepődj meg azon, hogy egy fényes acélkábel, amely látszólag teljesen sértetlen a korróziótól, belül rozsdásnak bizonyulhat. Ennek oka a levegő egyenetlen hozzáférése: azokon a helyeken, ahol ez nehéz, nagyobb a korrózió veszélye. A korrózióelméletben ezt a jelenséget differenciális levegőztetésnek nevezik.
A differenciális levegőztetés elve: a levegő egyenetlen hozzáférése a fémfelület különböző részeihez galvanikus cella kialakulásához vezet. Ilyenkor az intenzíven oxigénnel ellátott terület sértetlen marad, az oxigénnel rosszul ellátott terület pedig korrodálódik.
Egy frappáns példa: egy vízcsepp, amely egy fém felületére esett. A csepp alatti és ezért kevésbé oxigénnel ellátott terület anód szerepét tölti be. A fém ezen a területen oxidálódik, és a katód szerepét a csepp szélei játsszák, amelyek jobban hozzáférhetők az oxigén hatására. Ennek eredményeként a vas-hidroxid, a vas, az oxigén és a nedvesség kölcsönhatásának terméke, a csepp szélein kezd kicsapódni.
Egyébként a vas-hidroxidot (Fe 2 O 3 nH 2 O) rozsdának hívjuk. A rozsdás felület, ellentétben a rézfelületen lévő patinával vagy az alumínium-oxid filmréteggel, nem védi meg a vasat a további korróziótól. A rozsda kezdetben gél szerkezetű, majd fokozatosan kikristályosodik.
A kristályosodás a rozsdarétegen belül kezdődik, miközben a gél külső héja, amely nagyon laza és száradáskor törékeny, leválik, és a következő vasréteg szabadul fel. És így tovább, amíg az összes vas megsemmisül, vagy a rendszerből el nem fogy az oxigén és a víz.
Visszatérve a differenciális levegőztetés elvéhez, elképzelhető, hogy a test rejtett, rosszul szellőző helyein mennyi lehetőség van a korrózió kialakulására.
Rozsda... minden!
Ahogy mondani szokás, a statisztika mindent tud. Korábban említettük a korrózió elleni küzdelem olyan jól ismert központját, mint a Svéd Korróziós Intézet (SHIK), amely az egyik legtekintélyesebb szervezet ezen a területen.
Az intézet tudósai néhány évente érdekes vizsgálatot végeznek: kiveszik a jól megmunkált autók karosszériáját, kivágják belőlük a korrózió által leginkább kedvelt „töredékeket” (küszöbszakaszok, kerékívek, ajtóélek stb.) és értékelje korróziós károsodásuk mértékét.
Fontos megjegyezni, hogy a vizsgált karosszériák között vannak védett (horganyzott és/vagy korróziógátló) és további korrózióvédelem nélküli karosszériák (egyszerűen festett alkatrészek).
Tehát a SHIK azt állítja, hogy a legjobb védelem karosszéria csak a "cink és korróziógátló" kombinációja. De minden más lehetőség, beleértve a „csak galvanizálást” vagy a „csak korróziógátlót”, a tudósok szerint rossz.
A galvanizálás nem csodaszer
A kiegészítő korróziógátló kezelés elutasításának hívei gyakran hivatkoznak a gyári horganyzásra: ezzel szerintük nem fenyegeti a korrózió az autót. De amint azt a svéd tudósok kimutatták, ez nem teljesen igaz.
Valójában a cink önálló védelemként szolgálhat, de csak sima és sima felületeken, ráadásul mechanikai hatásoknak nincs kitéve. A széleken, éleken, illesztéseken, valamint a homokkal és kövekkel rendszeresen "héjazásnak" kitett helyeken pedig a horganyzás enged a korróziónak.
Ráadásul nem minden autónak van teljesen horganyzott karosszériája. Leggyakrabban csak néhány panelt vonnak be cinkkel.
Nos, nem szabad elfelejteni, hogy a cink, bár védi az acélt, elkerülhetetlenül elfogy a védekezés során. Ezért a cink "pajzs" vastagsága idővel fokozatosan csökken.
A horganyzott testek élettartamáról szóló legendák tehát csak olyan esetekben igazak, amikor a cink a teljes védőréteg részévé válik, a karosszéria rendszeres kiegészítő korróziógátló kezelése mellett.
Ideje befejezni, de a korrózió témája még korántsem merült ki. Az ellene folytatott küzdelemről a következő cikkekben a „Korrózióvédelem” címszó alatt folytatjuk a szót.
MEGHATÁROZÁS
A környezettel érintkezve sok fém, valamint fémalapú ötvözetek kémiai kölcsönhatások következtében (OVR a környezetben lévő anyagokkal) megsemmisülhetnek. Az ilyen folyamatot ún korrózió.
Különbséget kell tenni a gázok korróziója között (gázkorrózió), amely magas hőmérsékleten, nedvesség hiányában a fémfelületen lép fel, és az elektrokémiai korróziót (korrózió elektrolitoldatokban, valamint korrózió nedves atmoszférában). A gázkorrózió következtében a fémek felületén oxid, szulfid stb. filmeket. Az ilyen típusú korróziónak ki vannak téve a kemence szerelvényei, a belső égésű motorok alkatrészei stb.
Az elektrokémiai korrózió következtében a fémoxidáció mind oldhatatlan termékek képződéséhez, mind a fém ionok formájában történő oldatba való átalakulásához vezethet. A talajban lévő csővezetékek, a hajók víz alatti részei stb. ki vannak téve az ilyen típusú korróziónak.
Bármely elektrolit oldat vizes oldat, és a víz oxigént és hidrogént tartalmaz, amelyek redukálhatók:
O 2 + 4H + + 4e \u003d 2H 2 O (1)
2H++2e=H2(2)
Ezek az elemek oxidálószerek, amelyek elektrokémiai korróziót okoznak.
Az elektrokémiai korrózió során fellépő folyamatok felírásakor fontos figyelembe venni a standard elektródpotenciálokat (EP). Tehát semleges környezetben az 1. folyamat EC értéke 0,8 V, ezért azok a fémek, amelyek EC értéke kisebb, mint 0,8 V (az aktivitási sorozatban az elejétől az ezüstig elhelyezkedő fémek) oxigénnel oxidálódnak.
A 2. eljárás EP értéke -0,41 V, ami azt jelenti, hogy csak azok a fémek vannak kitéve hidrogén-oxidációnak, amelyek potenciálja -0,41 V-nál kisebb (az elejétől a kadmiumig terjedő aktivitási sorozatban található fémek).
A korrózió sebességét nagymértékben befolyásolják az adott fémben előforduló szennyeződések. Tehát, ha a fém nem fémes jellegű szennyeződéseket tartalmaz, és ezek EC-je nagyobb, mint a fém EC-je, akkor a korróziós sebesség jelentősen megnő.
A korrózió típusai
A korróziónak többféle típusa van: atmoszférikus (korrózió nedves levegőben n.c.-n), talajkorrózió, egyenetlen levegőztetéssel járó korrózió (az oldatban lévő fémtermék különböző részeinek oxigén hozzáférése nem azonos), kontaktkorrózió (2 korrózió fémek, különböző EP-kkel olyan környezetben, ahol nedvesség van jelen).
A korrózió során az elektródákon (anódon és katódon) elektrokémiai reakciók mennek végbe, amelyek a megfelelő egyenletekkel írhatók fel. Tehát savas környezetben az elektrokémiai korrózió a hidrogén depolarizációjával megy végbe, azaz. hidrogén szabadul fel a katódon (1). Semleges közegben az elektrokémiai korrózió oxigéndepolarizációval megy végbe – a víz redukálódik a katódon (2).
K (katód) (+): 2H + + 2e \u003d H 2 - visszanyerés (1)
A (anód) (-): Me - ne → Me n + - oxidáció
K (katód) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - - redukció (2)
Légköri korrózió esetén az elektródákon (sőt a katódon a környezettől függően különböző folyamatok) a következő elektrokémiai reakciók lépnek fel:
A (anód) (-): Me→Me n + +ne
K (katód) (+): O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (lúgos és semleges környezetben)
K (katód) (+): O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (savas környezetben)
Rozsdásodás elleni védelem
A korrózió elleni védelemre a következő módszereket alkalmazzák: vegyileg ellenálló ötvözetek használata; a fémek felületének védelme bevonatokkal, amelyeket leggyakrabban olyan fémekként használnak, amelyeket levegő borít oxidfilmekkel, amelyek ellenállnak a külső környezet hatásának; korrozív környezet kezelése; elektrokémiai módszerek(katódos védelem, protektor módszer).
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
2. PÉLDA
| Gyakorlat | Az alkatrész vas és nikkel ötvözetéből készült. Melyik fém korrodálódik gyorsabban? Írja fel a légköri korrózió során lezajló anódos és katódos folyamatok egyenleteit! A standard elektródpotenciálok értékei E(Fe 2+ /Fe)= -0,444V, E(Ni 2+ /Ni)= -0,250V. |
| Megoldás | Először is, az aktív fémek (amelyek a standard elektródpotenciálok legnegatívabb értékeivel rendelkeznek) korrózión mennek keresztül, ebben az esetben ez a vas. Az Orosz Föderáció Oktatási Minisztériuma Pacific State Economic University ESSZÉ Szakága: kémia Tárgy: Fémek korróziója Elkészült: 69. csoport tanulója Krivitskaya Evgeniya Nakhodka Nem fémes anyagok korróziója Az üzemi körülmények súlyosbodásával (hőmérséklet-emelkedés, mechanikai igénybevétel, a környezet agresszivitása stb.) a nem fémes anyagok is ki vannak téve a környezet hatásának. Ezzel kapcsolatban a "korrózió" kifejezést kezdték alkalmazni ezekre az anyagokra, például "beton és vasbeton korróziója", "műanyag és gumi korróziója". Ez a környezettel való kémiai vagy fizikai-kémiai kölcsönhatás következtében megsemmisülésére és működési tulajdonságaik elvesztésére vonatkozik. De figyelembe kell venni, hogy a nemfémek és fémek folyamatainak mechanizmusa és kinetikája eltérő lesz. Fémek korróziója A galvánpárok kialakítását hasznosan használják elemek és akkumulátorok létrehozására. Másrészt egy ilyen pár kialakulása kedvezőtlen folyamathoz vezet, amelynek számos fém az áldozata - a korrózió. A korrózió alatt a felületen előforduló fémes anyagok elektrokémiai vagy kémiai megsemmisülését értjük. Leggyakrabban a korrózió során a fém oxidálódik fémionok képződésével, amelyek további átalakulások során különféle korróziós termékeket adnak. A korróziót kémiai és elektrokémiai folyamatok egyaránt okozhatják. Ennek megfelelően a fémek kémiai és elektrokémiai korróziója van. Kémiai korrózió Kémiai korrózió - a fémfelület kölcsönhatása (korrózióval aktív) olyan közeg, amelyet a fázishatáron nem kísérnek elektrokémiai folyamatok. Ebben az esetben a fémoxidáció és a korrozív közeg oxidáló komponensének redukciója egy lépésben megy végbe. Például vízkő képződése, amikor a vasalapú anyagokat magas hőmérsékleten oxigénnek teszik ki: 4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 Az elektrokémiai korrózió során a fématomok ionizációja és a korrozív közeg oxidáló komponensének redukciója nem egy lépésben megy végbe, és ezek sebessége a fém elektródpotenciáljától függ (például acél rozsdásodása tengervízben). Elektrokémiai korrózió Elektrokémiai korróziónak nevezzük a fémnek a korrozív környezetben keletkező galvánelemek hatására bekövetkező pusztulását. Nem tévesztendő össze az elektrokémiai korrózióval egy homogén anyag korróziója, mint például a vas rozsdásodása vagy hasonló. Az elektrokémiai korrózióhoz (a korrózió legelterjedtebb formája) mindig szükség van egy elektrolit (kondenzátum, esővíz stb.) jelenlétére, amellyel az elektródák érintkeznek - vagy az anyagszerkezet különböző elemei, vagy két különböző érintkező anyag, eltérő redoxpotenciállal. . Ha sók, savak vagy hasonlók ionjait vízben oldjuk, annak elektromos vezetőképessége megnő, és a folyamat sebessége nő. maró hatású elem Amikor két különböző redoxpotenciálú fém érintkezik, és elektrolit oldatba, például esővízbe, oldott szén-dioxid CO 2 -val merítjük, galvanikus cella képződik, az úgynevezett korróziós cella. Ez nem más, mint egy zárt galvánelem. Ebben egy kisebb redoxpotenciálú fémes anyag lassú oldódása következik be; a második elektróda egy párban általában nem korrodálódik. Ez a típusú korrózió különösen jellemző a nagy negatív potenciállal rendelkező fémekre. Így a nagy redoxpotenciállal rendelkező fém felületén nagyon kis mennyiségű szennyeződés már elegendő egy korrozív elem megjelenéséhez. Különösen veszélyeztetettek azok a helyek, ahol különböző potenciállal rendelkező fémek érintkeznek, például hegesztések vagy szegecsek. Ha az oldódó elektróda korrózióálló, a korróziós folyamat lelassul. Ez az alapja például a vastermékek korrózió elleni védelmének ónozással vagy horganyozással - az ón vagy a cink negatívabb potenciállal rendelkezik, mint a vas, ezért egy ilyen párban a vas redukálódik, és az ónnak vagy a cinknek korrodálódnia kell. Az ón vagy cink felületén oxidfilm képződése miatt azonban a korróziós folyamat nagymértékben lelassul. Hidrogén és oxigén korrózió Ha a H 3 O + ionok vagy a H 2 O vízmolekulák redukálódnak, akkor hidrogénkorrózióról vagy hidrogéndepolarizációval járó korrózióról beszélnek. Az ionok visszanyerése a következő séma szerint történik: 2H 3 O + + 2e − → 2H 2 O + H 2 2H 2O + 2e - → 2OH - + H2 Ha nem szabadul fel hidrogén, ami gyakran semleges vagy erősen lúgos környezetben fordul elő, oxigénredukció következik be, és ezt oxigénkorróziónak vagy oxigéndepolarizációs korróziónak nevezik: O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - Korrozív elem nem csak két különböző fém érintkezésekor keletkezhet. Egyetlen fém esetén is korrozív elem keletkezik, ha például a felület szerkezete inhomogén. Korrózió elleni védekezés A korrózió évente több milliárd dolláros veszteséget okoz, ennek a probléma megoldása pedig fontos feladat. A korrózió által okozott fő kár nem a fém elvesztése, hanem a korrózió által tönkrement termékek óriási költsége. Ezért olyan nagyok az ipari országokban ebből származó éves veszteségek. Az ebből származó valódi veszteségek nem határozhatók meg csak a közvetlen veszteségek értékelésével, amelyek magukban foglalják az összeomlott szerkezet költségeit, a berendezések cseréjének költségeit és a korrózió elleni védekezés költségeit. Még nagyobb kár a közvetett veszteség. Ezek a berendezések leállása a korrodált alkatrészek és szerelvények cseréjekor, a termékek szivárgása, a technológiai folyamatok megzavarása. Az ideális korrózióvédelmet 80%-ban a megfelelő felület-előkészítés, 20%-ban pedig a felhasznált festékek minősége és felhordási módja biztosítja. . legproduktívabb és hatékony módszer A felület előkészítése az aljzat további védelme előtt koptató szemcseszórás . A korrózióvédelmi módszereknek általában három területe van: 1. Szerkezeti 2. Aktív 3. Passzív A korrózió megelőzésére, mint szerkezeti anyagokra rozsdamentes acélok , corten acélok , színesfémek . Korrózió elleni védelemként bármilyen bevonatok, amely megakadályozza a korrozív elem kialakulását (passzív módszer). Horganyzott vas oxigénkorróziója Ónozott vas oxigénkorróziója A festékbevonatnak, a polimer bevonatnak és a zománcozásnak mindenekelőtt meg kell akadályoznia az oxigén és a nedvesség bejutását. Gyakran bevonatot is alkalmaznak, például acélt más fémekkel, például cinkkel, ónnal, krómmal, nikkellel. A cinkbevonat akkor is védi az acélt, ha a bevonat részben megsemmisül. A cink negatívabb potenciállal rendelkezik, és először korrodálódik. A Zn 2+ ionok mérgezőek. A dobozok gyártása során ónréteggel bevont ónt használnak. A horganyzott lemeztől eltérően, amikor az ónréteg megsemmisül, a vas korrodálódni kezd, ráadásul intenzíven, mivel az ón pozitívabb potenciállal rendelkezik. Egy másik lehetőség a fém korrózió elleni védelmére egy nagy negatív potenciállal rendelkező védőelektróda használata, például cinkből vagy magnéziumból. Ehhez speciálisan korróziós elemet hoznak létre. A védett fém katódként működik, és ezt a fajta védelmet katódos védelemnek nevezik. Az oldható elektródát áldozatvédelmi anódnak nevezik, ezzel a módszerrel védik a hajókat, hidakat, kazántelepeket, föld alatti vezetékeket a korrózió ellen. A hajótest védelme érdekében a hajótest külső oldalára horganylemezek vannak rögzítve. Ha összehasonlítjuk a cink és a magnézium potenciálját a vassal, több negatív potenciállal rendelkeznek. Ennek ellenére lassabban korrodálódnak, mivel a felületen védő oxidfilm képződik, amely megvédi a fémet a további korróziótól. Egy ilyen film kialakulását fémpasszivációnak nevezik. Alumíniumban anódos oxidációval (anodizálással) erősítik. Ha kis mennyiségű krómot adunk az acélhoz, oxidfilm képződik a fém felületén. A rozsdamentes acél krómtartalma több mint 12 százalék. Hideg horganyzási rendszer A hideghorganyzási rendszert úgy tervezték, hogy javítsa egy összetett többrétegű bevonat korróziógátló tulajdonságait. A rendszer a vasfelületek teljes katódos (vagy galvanikus) védelmét biztosítja a korrózió ellen különböző agresszív környezetben A hideghorganyzó rendszer egy, két vagy három csomagban kapható, és a következőket tartalmazza: kötőanyag - ismertek klórozott gumi, etil-szilikát, polisztirol, epoxi, uretán, alkid (módosított) alapú készítmények; · korróziógátló töltőanyag - cinkpor ("cinkpor"), több mint 95% fémcink-tartalommal, 10 mikronnál kisebb részecskemérettel és minimális oxidációs foktal; keményítő (két- és háromkomponensű rendszerekben) Az egycsomagos hideghorganyzó rendszereket használatra készen szállítjuk, és csak a készítmény alapos összekeverését igénylik az alkalmazás előtt. A két- és háromkomponensű rendszerek több kiszerelésben is szállíthatók, és további előkészítési lépéseket igényelnek a felhordás előtt (kötőanyag, töltőanyag, keményítő keverése). Érdekes cikkeketÉrdekes cikkeket |