Chemická korózia je proces spočívajúci v deštrukcii kovu pri interakcii s agresívnym vonkajším prostredím. Chemická rozmanitosť koróznych procesov nesúvisí s účinkami elektrického prúdu. Pri tomto type korózie dochádza k oxidačnej reakcii, kde materiál, ktorý sa má zničiť, je súčasne redukčným činidlom pre prvky média.
- Plynná korózia
- Charakteristiky oxidového filmu
- Miera korózie
- Korózia v neelektrolytových kvapalinách
- Metódy ochrany proti korózii
- Organokremičité povlaky
Klasifikácia rôznych agresívnych prostredí zahŕňa dva typy ničenia kovov:
- chemická korózia v neelektrolytových kvapalinách;
- chemická korózia plynov.
Plynná korózia
Najbežnejšou formou chemickej korózie - plynu - je korozívny proces, ktorý sa vyskytuje v plynoch pri zvýšených teplotách. Tento problém je typický pre prevádzku mnohých druhov technologických zariadení a častí (armatúry pecí, motorov, turbín atď.). Okrem toho sa pri spracovaní kovov pod vysokým tlakom používajú veľmi vysoké teploty (zahrievanie pred valcovaním, lisovaním, kovaním, tepelnými procesmi atď.).
Charakteristiky stavu kovov pri zvýšených teplotách sú určené dvoma z ich vlastností - tepelná odolnosť a tepelná odolnosť. Tepelná odolnosť je stupeň stability mechanických vlastností kovu pri ultravysokých teplotách. Pod stabilitou mechanických vlastností sa rozumie zachovanie pevnosti po dlhú dobu a odolnosť proti tečeniu. Tepelná odolnosť je odolnosť kovu voči korozívnej aktivite plynov pri zvýšených teplotách.
Miera vývoja korózie plynu je určená množstvom ukazovateľov vrátane:
- teplota atmosféry;
- súčasti zahrnuté do kovu alebo zliatiny;
- environmentálne parametre, v ktorých sa nachádzajú plyny;
- trvanie kontaktu s plynným médiom;
- vlastnosti žieravých výrobkov.
Korózny proces je viac ovplyvňovaný vlastnosťami a parametrami oxidového filmu, ktorý sa objavil na povrchu kovu. Tvorba oxidu sa dá chronologicky rozdeliť do dvoch stupňov:
- adsorpcia molekúl kyslíka na kovový povrch interagujúci s atmosférou;
- kontakt kovového povrchu s plynom, čo vedie k chemickej zlúčenine.
Prvý stupeň je charakterizovaný výskytom iónovej väzby v dôsledku interakcie kyslíka a atómov povrchu, keď atóm kyslíka vezme pár elektrónov z kovu. Vzniknutá väzba sa vyznačuje svojou mimoriadnou silou - je väčšia ako väzba kyslíka s kovom v oxide.
Vysvetlenie tohto spojenia spočíva v účinku atómového poľa na kyslík. Hneď ako sa kovový povrch naplní oxidačným činidlom (a to sa stáva veľmi rýchlo), pri nízkych teplotách sa vďaka sile Van der Waalsa začne adsorpcia oxidačných molekúl. Výsledkom reakcie je výskyt najtenšieho monomolekulárneho filmu, ktorý sa časom stáva silnejším, čo komplikuje prístup kyslíka.
V druhom stupni dochádza k chemickej reakcii, počas ktorej oxidačný prvok média berie valenčné elektróny z kovu. Konečným výsledkom reakcie je chemická korózia.
na obsah ↑
Charakteristiky oxidového filmu
Klasifikácia oxidových filmov zahŕňa tri typy:
- tenké (neviditeľné bez špeciálnych zariadení);
- médium (zmena farby);
- hrubý (viditeľný voľným okom).
Výsledný oxidový film má ochranné schopnosti - spomaľuje alebo dokonca úplne inhibuje rozvoj chemickej korózie. Prítomnosť oxidového filmu tiež zvyšuje tepelnú odolnosť kovu.
Skutočne efektívny film však musí spĺňať niekoľko charakteristík:
- nesmie byť porézny;
- mať súvislú štruktúru;
- majú dobré adhezívne vlastnosti;
- líšia sa chemickou inertnosťou vo vzťahu k atmosfére;
- byť odolný a odolný proti opotrebeniu.
Jedna z vyššie uvedených podmienok - tuhá štruktúra je obzvlášť dôležitá. Podmienkou kontinuity je prebytok objemu molekúl oxidového filmu nad objemom atómov kovu. Kontinuita je schopnosť oxidu pokryť celý kovový povrch súvislou vrstvou. Ak nie je táto podmienka splnená, fóliu nemožno považovať za ochrannú. Existujú však výnimky z tohto pravidla: pre niektoré kovy, napríklad pre horčík a prvky skupín alkalických zemín (okrem berýlia), kontinuita nepatrí medzi kritické ukazovatele.
Na stanovenie hrúbky oxidového filmu sa používa niekoľko techník. Ochranné vlastnosti filmu môžu byť objasnené v čase jeho vzniku. Za týmto účelom študujeme rýchlosť oxidácie kovov a parametre zmeny rýchlosti v priebehu času.
Pre už vytvorený oxid sa používa iný spôsob, ktorý spočíva v štúdiu hrúbky a ochranných charakteristík filmu. Za týmto účelom sa na povrch nanesie činidlo. Ďalej odborníci zaznamenávajú čas potrebný na prienik činidla a na základe získaných údajov dospeli k záveru, že hrúbka filmu.
na obsah ↑Venujte pozornosť! Dokonca aj konečne vytvorený oxidový film pokračuje v interakcii s oxidačným médiom a kovom.
Miera korózie
Intenzita chemickej korózie závisí od teplotného režimu. Pri vysokých teplotách sa oxidačné procesy vyvíjajú rýchlejšie. Okrem toho zníženie úlohy termodynamického faktora v priebehu reakcie neovplyvňuje proces.
Veľký význam má chladenie a variabilný ohrev. V dôsledku tepelného namáhania sa v oxidovom filme objavujú trhliny. Cez otvory oxidačný prvok zasiahne povrch. V dôsledku toho sa vytvorí nová vrstva oxidu filmu a prvá vrstva sa odlúpne.
V neposlednom rade zohrávajú zložky plynného média. Tento faktor je individuálny pre rôzne typy kovov a je konzistentný s kolísaním teploty. Napríklad meď môže rýchlo korodovať, ak je v kontakte s kyslíkom, ale je odolná voči tomuto procesu v prostredí oxidu siričitého. Naopak, pre nikel je oxid siričitý fatálny a stabilita sa pozoruje v kyslíku, kysličníku uhličitom a vo vodnom prostredí. Chróm je však odolný vo všetkých týchto prostrediach.
Venujte pozornosť! Ak úroveň tlaku disociácie oxidu prekročí tlak oxidačného prvku, oxidačný proces sa zastaví a kov získa termodynamickú stabilitu.
Zložky zliatiny tiež ovplyvňujú rýchlosť oxidačnej reakcie. Napríklad oxid mangán, síra, nikel a fosfor neprispievajú k oxidácii železa. Hliník, kremík a chróm však tento proces spomaľujú. Kobalt, meď, berýlium a titán ešte viac spomaľujú oxidáciu železa. Vanád, volfrám a molybdénové prísady pomôžu zintenzívniť tento proces, čo sa vysvetľuje taviteľnosťou a prchavosťou týchto kovov. Oxidačné reakcie prebiehajú najpomalšie s austenitickou štruktúrou, pretože je najviac prispôsobená vysokým teplotám.
Ďalším faktorom, od ktorého závisí rýchlosť korózie, je charakteristika ošetrovaného povrchu. Hladké povrchy oxidujú pomalšie a nerovnomerné povrchy rýchlejšie.
na obsah ↑Korózia v neelektrolytových kvapalinách
Nevodivé tekutiny (t. J.neelektrolytové kvapaliny) zahŕňajú také organické látky, ako sú:
- benzén;
- chloroform;
- alkoholy;
- chlorid uhličitý;
- fenol;
- olej;
- benzín;
- petrolej atď.
Okrem toho malé množstvo anorganických kvapalín, ako napríklad kvapalný bróm a roztavená síra, sa klasifikuje ako neelektrolytové kvapaliny.
Malo by sa poznamenať, že samotné organické rozpúšťadlá nereagujú s kovmi, avšak v prítomnosti malého množstva nečistôt dochádza k intenzívnemu interakčnému procesu.
Sírne prvky v oleji zvyšujú rýchlosť korózie. Korózne procesy tiež zvyšujú vysoké teploty a prítomnosť kyslíka v tekutine. Vlhkosť zintenzívňuje vývoj korózie v súlade s elektromechanickým princípom.
Ďalším faktorom rýchleho rozvoja korózie je kvapalný bróm. Pri normálnych teplotách je to zvlášť škodlivé pre vysoko uhlíkové ocele, hliník a titán. Menej významný je vplyv brómu na železo a nikel. Najväčšiu odolnosť voči tekutému brómu vykazuje olovo, striebro, tantal a platina.
Roztavená síra vstupuje do agresívnej reakcie s takmer všetkými kovmi, predovšetkým s olovom, cínom a meďou. Uhlíkové ocele a síra titánu sú menej ovplyvnené a takmer úplne zničí hliník.
Ochranné opatrenia pre kovové štruktúry umiestnené v nevodivých kvapalných médiách sa vykonávajú pridaním kovov odolných voči špecifickému médiu (napríklad oceliam s vysokým obsahom chrómu). Používajú sa aj špeciálne ochranné povlaky (napríklad v prostredí, kde je veľa síry, používajú sa hliníkové povlaky).
na obsah ↑Metódy ochrany proti korózii
Metódy kontroly korózie zahŕňajú:
- spracovanie základného kovu ochrannou vrstvou (napríklad nanesením farby);
- použitie inhibítorov (napríklad chromátov alebo arzenitov);
- zavádzanie materiálov odolných voči koróznym procesom.
Výber konkrétneho materiálu závisí od potenciálnej účinnosti (vrátane technologického a finančného) jeho použitia.
Moderné princípy ochrany kovov sú založené na týchto technikách:
- Zlepšenie chemickej odolnosti materiálov. Chemicky odolné materiály (vysoko-polymérové plasty, sklo, keramika) sa úspešne osvedčili.
- Izolácia materiálu od agresívneho prostredia.
- Zníženie agresivity technologického prostredia. Príklady takýchto účinkov zahŕňajú neutralizáciu a odstránenie kyslosti v korozívnom prostredí, ako aj použitie rôznych inhibítorov.
- Elektrochemická ochrana (uloženie vonkajšieho prúdu).
Vyššie uvedené metódy sú rozdelené do dvoch skupín:
- Pred uvedením do prevádzky sa uplatňuje zvýšená chemická odolnosť a izolácia.
- V procese používania kovových výrobkov sa už používa zníženie agresivity životného prostredia a elektrochemická ochrana. Uplatnenie týchto dvoch techník umožňuje zaviesť nové metódy ochrany, v dôsledku čoho je ochrana poskytovaná zmenou prevádzkových podmienok.
Jeden z najčastejšie používaných spôsobov ochrany kovu - galvanický antikorózny povlak - je pre veľké plochy ekonomicky nerentabilný. Dôvodom sú vysoké náklady na prípravný proces.
Vedúce miesto medzi metódami ochrany je povrchová úprava kovov farbami a lakmi. Popularita tohto spôsobu boja proti korózii je spôsobená kombináciou niekoľkých faktorov:
- vysoké ochranné vlastnosti (hydrofóbnosť, odpudzovanie kvapalín, nízka priepustnosť pre plyny a priepustnosť pre pary);
- vyrobiteľnosti;
- dostatok príležitostí na dekoratívne riešenia;
- udržiavateľnosť;
- ekonomické odôvodnenie.
Použitie široko dostupných materiálov zároveň nie je bez nevýhod:
- neúplné zmáčanie kovového povrchu;
- prerušená adhézia povlaku k základnému kovu, ktorá vedie k akumulácii elektrolytu pod povlakom odolným voči korózii, a teda prispieva ku korózii;
- pórovitosť, čo vedie k zvýšenej priepustnosti vlhkosti.
Natretý povrch napriek tomu chráni kov pred korozívnymi procesmi aj pri čiastočnom poškodení filmu, zatiaľ čo nedokonalé galvanické povlaky môžu dokonca urýchliť koróziu.
na obsah ↑Organokremičité povlaky
Na kvalitnú ochranu proti korózii sa odporúča použitie kovov s vysokou úrovňou hydrofóbnosti, nepriepustnosti vo vodnom, plynovom a parnom prostredí. Tieto materiály zahŕňajú organokremičitany.
Chemická korózia sa prakticky nevzťahuje na organokremičité materiály. Dôvodom je zvýšená chemická stabilita takýchto kompozícií, ich odolnosť voči svetlu, hydrofóbne vlastnosti a nízka absorpcia vody. Organokremičitany sú tiež odolné voči nízkym teplotám, majú dobré adhezívne vlastnosti a odolnosť proti opotrebeniu.
Problémy s deštrukciou kovov v dôsledku účinkov korózie nezmiznú napriek vývoju technológií na boj proti nim. Dôvodom je neustále zvyšovanie výroby kovov a stále ťažšie prevádzkové podmienky výrobkov z nich. V tejto fáze nie je možné tento problém konečne vyriešiť, takže úsilie vedcov sa zameriava na nájdenie príležitostí na spomalenie koróznych procesov.
