Koroze kovů je proces destrukce kovů a slitin v důsledku chemické nebo elektrochemické interakce s vnějším prostředím, v důsledku čehož kovy oxidují a ztrácejí své vlastní vlastnosti. Koroze je nepřítelem kovových výrobků. Každý rok se na světě ztratí 10. 15 % roztaveného kovu v důsledku koroze nebo 1. 1,5 % veškerého kovu nashromážděného a využitého lidmi.
Chemická koroze je destrukce kovů a slitin v důsledku oxidace při interakci se suchými plyny při vysokých teplotách nebo s organickými kapalinami – ropnými produkty, alkoholem atd.
Elektrochemická koroze je destrukce kovů a slitin ve vodě a vodných roztocích. K rozvoji koroze stačí, když se kov jednoduše pokryje tenkou vrstvou adsorbované vody (mokrý povrch). Vlivem heterogenity kovové struktury při elektrochemické korozi v ní vznikají galvanické páry (katoda – anoda) např. mezi kovovými zrny (krystaly), které se od sebe liší chemickým složením. Atomy kovů z anody vstupují do roztoku ve formě kationtů. Tyto kationty ve spojení s anionty obsaženými v roztoku vytvářejí na povrchu kovu vrstvu rzi. Kovy se ničí hlavně elektrochemickou korozí.
Pro zvýšení trvanlivosti a zachování dekorativních vlastností jsou kovové konstrukce chráněny před korozí. Podstatou většiny metod protikorozní ochrany je ochrana kovového povrchu před pronikáním vlhkosti a plynů vytvořením ochranné vrstvy na kovu. Existují i jiné metody, např. elektrochemická ochrana Nejjednodušší, ale krátkodobou metodou ochrany kovu je nanášení voděodolných nekovových nátěrů (bitumenové, olejové a emailové barvy) na jeho povrch. V posledních letech se stále více používá metoda ochrany proti korozi potažením kovu tenkou vrstvou plastu.
Kov můžete před korozí chránit i překrytím vrstvou jiného korozivzdornějšího kovu: cínu, zinku, chrómu, niklu atd. Ochranná vrstva kovu se nanáší niklováním, chromováním, cínováním, galvanizací a olovem pokovování. Zinkový povlak se používá k ochraně zabudovaných částí železobetonových výrobků, vodovodních potrubí a střešních plechů před korozí. Ochranná vrstva se nanáší galvanickou (elektrolytická depozice ze solného roztoku) nebo tepelnou (ponořením do roztaveného kovu nebo stříkáním taveniny) metodami.
K vytváření povlaků (hustých oxidových filmů) na kovu se používají chemické metody: fosfátování (u železných kovů) a eloxování (u slitin hliníku).
K získání kovů, které dobře odolávají rozmarýnu, se používá legování. Zavedením chrómu a niklu do oceli v množství 12. 20% se tak získávají nerezové oceli, které jsou odolné nejen vodě, ale i minerálním kyselinám.
4. Hlavní složky barev a laků a jejich účel.
Barvy a laky: barvy, laky, emaily, základní nátěry a tmely pro vytváření povlaků na površích předmětů s cílem dodat jim ochranné, dekorativní a speciální vlastnosti. Podle chemického složení: olej, alkyd-akryl, perchlorovinyl, epoxid, organosilikát, organokřemičitan atd.
Nátěrové hmoty jsou složité látky (mechanická směs několika složek nebo složek). Hlavní složkou nátěrových hmot je filmotvorná (pojivá) látka, která po zaschnutí tvoří lakovaný povrch. povrch s odolným filmem, který k němu dobře přilne. Výrobce na bázi přírodních a syntetických pryskyřic.
Pojiva pro bezvodé kompozice jsou vysychavé oleje a syntetické ve vodě nerozpustné polymery, které umožňují získat voděodolné nátěry. Vysychavé oleje jsou pojiva pro olejové barvy. 3 skupiny: přírodní, zhutněné (polopřírodní), umělé (syntetické). Vysoušecí oleje mají schopnost tvrdnout na vzduchu v tenké vrstvě po dobu 12-24 hodin. Během procesu vytvrzování vysychajících olejů dochází k oxidativním polymeračním procesům. Přírodní vysychavé oleje pro přípravu vysoce kvalitních olejových barev pro nátěry m/k, pokrývačské a tesařské práce jsou nejvyšší kvality.
1. Přírodní vysoušecí oleje – termální produkty. zpracování rostlinných olejů se zavedením urychlení tuhnutí sušších – manganových nebo kobaltových solí mastných kyselin.
2. Zhutněné vysychavé oleje se získávají rozpuštěním rostlinných olejů, zhutněných oxidací nebo polymerací. Při oxidaci se rostlinné oleje zhutňují ohřevem a foukáním vzduchu. Rozpuštěním lněného oleje, zhutněného během oxidace v přítomnosti sušidla, se získá oxol. Rozpouštědla: organické látky (lakový benzín nebo solventní nafta). Rostlinné oleje se zhutňují polymerací při 280-300 °C a výsledné polopřirozené vysychavé oleje se nazývají polymerované.
3. Čl Vysoušecí oleje se vyrábějí tepelným nebo chemickým zpracováním polymerů, často s přídavkem rostlinných olejů (sušicí olej glyph-thalic).
Barva se dodává nátěrovým materiálům pomocí speciálních látek (přírodních nebo syntetických) nazývaných barviva a pigmenty. Barvivo se rozpouští ve filmotvorném prostředku, zanechává jej průhledný a používá se k přípravě laků. Pigment je nerozpustný ve filmotvorném prostředku, zavádí se ve formě prášku, díky němuž je filmotvorný prostředek neprůhledný, a používá se k přípravě barev, emailů atd. Plnivo je práškovitá bílá nebo slabě zbarvená látka, nerozpustná ve filmotvorném prostředku, která se přidává do nátěrových hmot pro úsporu pigmentu. Rozpouštědlo je organická kapalina, ve které se rozpouští filmotvorná látka (terpentýn, aceton, lakový benzín a vícesložková rozpouštědla sestávající ze směsí toluenu, etanolu atd.), aby se nátěrový materiál dostal na požadovanou viskozitu. Kromě hlavních složek může složení nátěrových hmot zahrnovat další – tvrdidla, změkčovadla atd.
Podle typu nátěru: ^ Lak – roztok filmotvorné látky v organickém rozpouštědle. Po odpaření rozpouštědla vytvoří lak na povrchu pevný průhledný film. Sklovina je roztok filmotvorné látky v organickém rozpouštědle se suspendovanými částicemi pigmentu a plniva. Barva je směs vysychajícího oleje nebo vodné disperze syntetických polymerů a suspendovaných částic pigmentu a plniva. Pro dosažení požadované barvy lze do barvy přidat několik pigmentů najednou. Prášková barva je směs (suchá) filmotvorné látky s pigmenty a plnivy. Tato barva se po nanesení na povrch roztaví, ochladí a v důsledku vytvrzení vytvoří na povrchu tvrdý neprůhledný film. Primer je barva nebo email, který má vyšší přilnavost (schopnost lépe přilnout k lakovanému povrchu a materiálu nanesenému přes základní nátěr). Účel – zvýšit ochranné vlastnosti laku. Tmel je barva nebo email, který má jiný poměr složek, díky čemuž je hustší. Vyplnění nerovností a vyrovnání povrchu, který má být natřen.
Koroze je proces samovolné destrukce kovů pod vlivem vnějšího prostředí. Všechny případy koroze jsou obvykle rozděleny do dvou typů: chemické a elektrochemické.
Chemická koroze – Jedná se o oxidaci kovů, která není doprovázena tvorbou elektrického proudu. Příkladem chemické koroze je tvorba vodního kamene na železe při vysokých teplotách bez účasti elektrolytů,
Elektrochemická koroze – destrukce kovu způsobená jeho oxidací v prostředí elektrolytu a doprovázená vznikem elektrického proudu v důsledku vzniku galvanického článku, který se v tomto případě nazývá korozivní galvanický článek. Činnost korozivního galvanického článku je dána rozdílem potenciálu mezi aktivní (anodovou) částí a pasivní (katodovou) částí. V anodických oblastech korozivního galvanického článku dochází k oxidaci (rozpouštění) základního kovu
Anoda: Me – Ze = Me z+.
Na katodových sekcích může v závislosti na složení média docházet k redukci kyslíku, vody nebo vodíkových iontů, které jsou vždy obsaženy ve vodě a roztocích ve styku se vzduchem.
Koroze zahrnující kyslík se nazývá koroze depolarizace kyslíku. Je to popsáno rovnicemi:
Anodický proces: Me – Ze = Me z+
a) v kyselém prostředí (pH < 7)
b) v neutrálním a alkalickém prostředí (pH > 7)
Koroze doprovázená uvolňováním vodíku na katodě se nazývá koroze s depolarizací vodíku a je popsána rovnicemi:
Anodický proces: Me – Z e = Me z+
a) v kyselém prostředí (pH < 7)
b) v neutrálním a alkalickém prostředí (pH ≥ 7)
Elektrochemická koroze je tedy možná za podmínky, že elektrony z anodových oblastí jsou neustále odstraňovány do oblastí katody a následně z nich odstraňovány oxidačním činidlem. Korozivní galvanický článek je znázorněn následovně:
(A)MI| N2O/Oxidátor (O2 nebo H+)| MII (nečistoty) (K).
Zemní (půdní) koroze, někdy označovaná jako samostatný typ, může být redukována na jeden z výše uvedených případů.
Příklady řešení problémů
Příklad 1. Chrom je v kontaktu s mědí. Který z kovů bude oxidovat při korozi, pokud je tato dvojice kovů v kyselém prostředí (HCl). Nakreslete schéma výsledného galvanického článku. Jaký proces bude probíhat na katodě?
Řešení. Na základě polohy kovů v napěťové řadě zjistíme, že chrom je aktivnějším kovem: (φ0Cr 2+ /Cr = -0,74 V, φ0Cu 2+ /Cu = +0,34 V). Ve výsledném galvanickém článku bude fungovat jako anoda a měď jako katoda:
Chromová anoda se rozpouští a na měděné katodě se uvolňuje vodík:
Příklad 2. Jaké procesy probíhají při korozi průmyslového železa v atmosférických podmínkách?
Řešení. Technické železo obsahuje nečistoty uhlíku a některých kovů, které jsou zpravidla méně aktivní než železo a působí jako katoda ve výsledném galvanickém článku, převážnou část železa tvoří anoda. Voda adsorbovaná na povrchu železa s kyslíkem a dalšími plyny v ní rozpuštěným vytváří elektrolytový film.
Schéma výsledného galvanického článku má tvar
Při provozu galvanického článku probíhají následující procesy:
Katoda: 2H2O + O2 + 4 e – 4OH.
Sekundární procesy: Fe 2+ +2ОH. = Fe(OH)2,
Rychlost koroze je ovlivněna jak vnitřními faktory (přítomnost defektů v krystalové mřížce kovu, mechanické namáhání atd.), tak vnějšími: teplotou, povahou a složením elektrolytu. S rostoucí teplotou se rychlost koroze, stejně jako většina chemických reakcí, zvyšuje. Prach a SO obsažené v atmosféře průmyslových měst zvyšují korozi.2, CO2 a další plyny. Proto ve městech dochází ke korozi 5-10krát rychleji než ve venkovských oblastech. Cl – ionty přítomné v mořské vodě jsou katalyzátory koroze železa a jeho slitin, protože když jsou adsorbovány na povrchu kovu, ničí nebo zabraňují tvorbě ochranných vrstev na něm. Navíc, čím větší je rozdíl potenciálů mezi těmito kovy, tím větší je rychlost koroze dvou kontaktujících kovů. Úplně zabránit procesům koroze kovů je prakticky nemožné, ale existují způsoby ochrany kovů před korozí.
1. Změna v korozivním prostředí – Tato metoda je vhodná pro případy, kdy jsou chráněné produkty provozovány v malém objemu. Podstatou metody je odstranit rozpuštěný kyslík z elektrolytu nebo přidat do tohoto roztoku látky zpomalující korozi – inhibitory.
2. Legování kovů. Jedná se o zavedení složek do složení slitin, které zvyšují chemickou odolnost. Nejpoužívanější jsou nerezové oceli, které obsahují chrom (až 15 %) a nikl (až 10 %). Kromě toho se jako legující složky používají mangan, křemík, wolfram, molybden, titan a další kovy.
3. Nekovové povlaky. Mechanicky chrání kovy před korozí a izoluje je od vlivů vnějšího prostředí. Nekovové povlaky dělíme na anorganické a organické. Nejběžnějšími anorganickými povlaky jsou oxidové a fosfátové filmy. Když se tedy železo vaří v roztoku solí kyseliny fosforečné (obvykle soli Fe a Mn), získají se fosfátové filmy, které dobře chrání před korozí v atmosféře. Mezi organickými povlaky jsou nejběžnější olejové barvy, laky a polymerní filmy. Nátěry barvami a laky jsou nejlevnější metodou ochrany proti korozi.
4. Kovové povlaky. Podle povahy ochranného účinku se rozlišují anodické a katodické povlaky. Anoda je povlak s kovem, jehož elektrodový potenciál je menší než potenciál chráněného kovu. Povlak vyrobený z kovu méně aktivního (s vyšším elektrodovým potenciálem) než kov, který je chráněn, se nazývá katoda. Pokud se povlak nepoškodí a zcela izoluje základní kov od okolních vlivů, není mezi anodickými a katodickými povlaky zásadní rozdíl. Při poškození vrstvy ochranného kovu se objevují korozivní galvanické články, ve kterých může chráněný kov hrát roli buď inertní katody nebo aktivní anody. Pokud je tedy hliníkový povlak na měděném výrobku poškozen za atmosférických podmínek (φ0Al 3+ /Al = -1,67 V, φ0 Cu 2+ /Cu = +0,34 V), objeví se galvanický prvek (A)A1|H2O/O2|Cu(K).
V tomto prvku je krycí kov Al anodou, je zničen (oxidován) a rozpuštěním chrání základní kov, a to i přes porušení celistvosti povlakové vrstvy:
Anoda: Al – 3 e = Al 3+
Katoda: 2H2O + O2 + 4 e = 4OH.
Katodový povlak (například olověný povlak železa) je podobný pouzdro přestává chránit základní kov a tím, že s ním vytváří galvanický prvek, zvyšuje svou přítomností jeho korozi:
Anoda: Fe – 2 e = Fe 2+
Katoda: N2O + O2 + 4 e = 4OH.
5. Elektrochemická ochrana:
) katodická ochrana. Chráněná struktura je připojena ke katodě externího zdroje proudu, ve výsledku se stává katodou, neoxiduje a obnovují se na ní složky média. Jako anoda se používá jakýkoli kovový šrot, který je připojen k anodě externího zdroje proudu. Tímto způsobem jsou chráněna například podzemní potrubí;
b) ochrana běhounu. Chráněný kov je spojen s aktivnějším kovem, který má nižší elektrodový potenciál. Ten slouží jako anoda, rozpouští a chrání základní kov. Zinek je tedy ochranou pro ocelový trup lodi:
Pro aktivnější ochranu kovových konstrukcí lze kombinovat několik metod protikorozní ochrany, například povlakování a katodickou elektrickou ochranu.
