Korozja metali Jacek Banaś

i reakcji katodowej (redukcja utleniacza): O + ne → R Korozja to proces degradacji materiału w wyniku jego oddziaływania z środowiskiem. Proces ten jest w przypadku metali i półprzewodników procesem elektrochemicznym składającym się z reakcji anodowej (jonizacja metalu): M  Mn+ + ne i reakcji katodowej (redukcja utleniacza): O + ne → R Typowe reakcje katodowe w czasie korozji elektrochemicznej metali: O2 + 2H2O + 4e  4OH-   H+ + e  1/2H2 Fe+3 + e  Fe +2 Cu+2 + e  Cu+

Partial anodic and cathodic reactions Cząstkowe reakcje korozji cynku w środowisku kwaśnym Partial anodic and cathodic reactions reakcja anodowa reakcja katodowa h = E - Ecorr

Ogniwa galwaniczne w procesach korozyjnych

Makroogniwa

niejednorodność elektrochemiczna mikrostruktury stopów żelaza Mikroogniwa Lokalna anoda (ziarna ferrytu) 2e 1/2O2 + H2O + 2e  2OH- Lokalna katoda (wtrącenia weglików) Material ESCE ,, V Fe -0.755 żeliwo -0.762 Stal węglowa -0.744 grafit +0.372 Fe3C* -0.210

Niejednorodność energetyczna pozycji atomowych Nano-ogniwa Niejednorodność energetyczna pozycji atomowych Pozycja „anodowa” Pozycja katodowa Model powierzchni monokryształu metalu wg. Kossela i Stranskiego, a – atom w innej fazie niż metal (gaz, ieczc), b – powierzchniowo zaadsorbowany atom (ad-atom), c – atom w pozycji krawędziowej (step position), d – atom w pozycji narożnej (kink site) W. Kossel, Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, math.-physic. Kl., 135 (1927) , I.N. Stranski, Z. Physik. Chem. 136, 259 (1928)

Ogniwo stężeniowe Obszar katodowy (wzbogacony w tlen) Obszar anodowy (zubożony w tlen)

Korozja z depolaryzacją wodorową Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa 2H+ + 2e → H2 reakcja katodowa Zachodzi w środowiskach kwaśnych . W czasie reakcji katodowej wydziela się wodór.

Korozja z depolaryzacją tlenową Reakcje elektrochemiczne Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa ½O2 + H2O + 2e → 2OH- reakcja katodowa Reakcje chemiczne (wytrącanie osadu produktów korozji (rdza)

Kontrola dyfuzyjna procesu korozji (szybkość zależy od transportu utleniacza do powierzchni metalu) Korozja żelaza w obojętnych środowiskach wodnych Reakcja anodowa: Reakcja katodowa: Wytrącanie produktu korozji:

Kontrola dyfuzyjna procesu korozji (szybkość zależy od transportu utleniacza do powierzchni metalu) V.G.Levich, „Physicochemical Hydrodynamics, Prentice Hall, Englewood-Cliffs, N.Y. 1962 Korozja Fe w 0.2M Na2SO4, pH=2.7, 200C. Wpływ obrotów żelaznej elektrody dyskowej .

Wpływ pH na korozję cynku w środowisku wodnym Zn  Zn2+ + 2e E0= - 0.763 + 0.0295log[Zn2+] Zn + H2O  ZnO + 2H+ + 2e- E0= -0.439 - 0.0591pH Zn + 2H2O  ZnO22- + 4H+ + 2e- E0=0.441 - 0.1182pH + 0.0295log[ZnO2-] ZnO + 2H+  Zn2+ + H2O log[Zn2+] = 10.96 - 2pH ZnO + H2O  ZnO22- +2H+ log[ZnO22-] = -28.48 + 2pH Próbki ocynkowanej stali węglowej po próbie w komorze solnej (900h)

PASYWACJA METALI

Definicja pasywacji Wagnera Metal jest wstanie pasywnym, gdy korozja w wyniku elektrochemicznej lub chemicznej reakcji maleje wraz ze wzrostem powinowactwa reakacji C. Wagner: Corrosion Science 5, 751 (1965)

Mechanism pasywacji w środowiskach wodnych korozja pasywacja produkt pośredni

Korozja metali pasywnych (korozja loklana) Korozja szczelinowa Korozja naprężeniowa Korozja wżerowa Korozja międzykrystaliczna Korozyjno-erozyjne niszczenie metalu

Pitting corrosion Mechanism of pitting corrosion in chloride containing media Pitting corrosion of iron in atmosphere polluted with SO2

Pitting corrosion Pitting corrosion of Ti in CH3OH-LiCl solutions Pitting corrosion of Fe-18%Cr alloy in CH3OH-H2SO4 solutions Corrosion of heat exchanger (carbon steel) in water

Inergranular corrosion Inergranular corrosion of NIROSTA 2202 steel (22%Cr,6%Ni,3%Mo) in 93.5 wt.% H2SO4 (1000C)

Stress corrosion cracking Crack velocity: Ds. – surface self diffusion coeficient L – diffusion length – elastic surface stress at the crack tip a3 – volumen of vacancy Surface mobility model of Stress corrosion cracking (SCC) according to Galvele J.R. Galvele, Corrosion Science 27,1 (1987)

Mechanizm korozji atmosferycznej na przykładzie żelaza (cykl Evansa)

Atmospheric corrosion Photoinduced creation of oxidants: OH* radicals can oxidize several species such as SO2, H2S, and NO2, a large fraction of radicals is consumed through reactions with hydrocarbon molecules, whereby one of the end products is the hydroperoxyl radical HO2*. .

Korozja w glebie (Corrosion in soil) Relationship of variables affecting the rate of corrosion in soil

Korozja mikrobiologiczna (Microbiological induced corrosion -MIC) SEM image of biofilm on steel coupons exposed in geothermal water (one month)

Korozja w wodzie (H2O-CO2-H2S system) (b) Corrosion mechanism of carbon steel in H2O-CO2 (a) and H2O-CO2-H2S (b) systems

Effect of CO2 pressure on the corrosion of carbon steel in the thermal water from Bańska (laboratory experiments) J. Banaś, K. Banaś, B. Stypuła: Ochhrona przed Korozją 6, 136 (1991), J. Banaś, J. Głownia, B. Stypuła, D. Walusiak: in: Atlas of the Geothermal Waters of Polish Lowland, ed. by Institute of Fossil Fuels, AGH, Cracow Poland 1990