EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje Korozja to fizykochemiczne oddziaływanie między środowiskiem i metalem, w którego wyniku powstają zmiany we właściwościach metalu, które mogą prowadzić do znaczącego pogorszenia funkcji metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami.

Środowisko zawiera czynniki korozyjne: Oddziaływania Metal Środowisko Środowisko zawiera czynniki korozyjne: substancje chemiczne: kwasy, zasady, jony chlorkowe, związki utleniające, kompleksujące, podwyższona temperatura, narażenia mechaniczne: naprężenia, drgania, tarcie, prądy błądzące, przepływ roztworu mikroorganizmy (bakterie) …

Metal Środowisko Oddziaływania Środowiska: naturalne: atmosfera, gleba, wody, tkanki związane z działalnością człowieka, np: przemysł chemiczny, hutniczy, kosmonautyka, motoryzacja, spożywczy, oczyszczalnie ścieków, itp.

Metal Środowisko Oddziaływania Metal: metale, stopy metali, kompozyty z elementami metalowymi

Metal Środowisko Oddziaływania Oddziaływania: elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna chemiczne – korozja chemiczna mikrobiologiczne – korozja mikrobiologiczna fizyczne – wraz z poprzednimi zwykle współdziałanie rożnych oddziaływań

Układ korozyjny Metal Środowisko Oddziaływania Zniszczenia korozyjne: pogorszenie funkcji (utrata użyteczności) metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami

Pogorszenie funkcji metalu

Pogorszenie funkcji?

Układ korozyjny Metal Środowisko Oddziaływania Korozja większości metali jest procesem samorzutnym, nieuniknionym

Obieg (wielu) metali w przyrodzie

Trwała forma żelaza: tlenek żelaza

siarkowanie: Fe + S → FeS Metal Środowisko Oddziaływania Oddziaływania chemiczne – korozja chemiczna: w środowiskach nieprzewodzących: gazy, związki organiczne, stopiona siarka, reakcja chemiczna metalu z utleniaczem: utlenianie: 2Fe + 3O2 → 2Fe2O3 siarkowanie: Fe + S → FeS duże zniszczenia powyżej 200 - 400°C - korozja wysokotemperaturowa turbiny gazowe, silniki, piece, spaliny, przemysł hutniczy

Metal Środowisko Oddziaływania Oddziaływania elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna: w środowiskach przewodzących: roztwory elektrolitów i stopione elektrolity reakcje elektrochemiczne największe zniszczenia korozyjne metali tak zachodzi korozja metali w środowiskach naturalnych: atmosfera, gleba, wody, ciało człowieka i związanych z działalnością gospodarczą: przemysł chemiczny, hutniczy, spożywczy, energetyka, …

Mechanizm korozji elektrochemicznej ` Roztwór elektrolityczny Metal Reakcja anodowa (utleniania metalu) powoduje polaryzację układu (metal zyskuje ładunek ujemny, a roztwór – dodatni), hamującą jej dalszy bieg Fe2+ Fe → Fe2+ + 2e e

Mechanizm korozji elektrochemicznej Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal H+ e e

Mechanizm korozji elektrochemicznej Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal H+ e e

Mechanizm korozji elektrochemicznej Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal Reakcja katodowa (redukcja jonów wodorowych) powoduje depolaryzację (znika różnica ładunków) umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji) 2H+ + 2e → H2 H2

Korozja z depolaryzacją wodorową) Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa 2H+ + 2e → H2 reakcja katodowa Korozji z depolaryzacją wodorową ulegają zwłaszcza metale aktywne w roztworach kwaśnych, np. Zn w roztworze HCl

Potencjał korozyjny reakcja anodowa: Fe → Fe2+ + 2e Metal Roztwór korozyjny e e reakcja anodowa: Fe → Fe2+ + 2e reakcja katodowa: 2H+ + 2e → H2 Przy potencjale korozyjnym obie reakcje zachodzą z równą szybkością (prąd sumaryczny równy zeru).

Mechanizm korozji elektrochemicznej Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal Inna reakcja depolaryzacji (zabierająca elektrony z metalu) O2 e e

Mechanizm korozji elektrochemicznej Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal O2 e e

Mechanizm korozji elektrochemicznej Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal Reakcja katodowa (redukcja tlenu) powoduje depolaryzację umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji) ½O2 + H2O + 2e → 2OH- OH-

Korozja z depolaryzacją tlenową) Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa ½O2 + H2O + 2e → 2OH- reakcja katodowa Korozja z depolaryzacją tlenową zachodzi w środowiskach natlenionych (napowietrzonych): atmosfera, gleba.

Reakcja anodowa: roztwarzania metalu Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal e Fe → Fe2+ + 2e

Reakcja anodowa: inna możliwość Roztwór elektrolityczny Roztwór elektrolityczny 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e Fe2O3 e Metal

Reakcja anodowa: inna możliwość Roztwór elektrolityczny Dalsza reakcja anodowa utrudniona, bo tlenek na powierzchni utrudnia dostęp wody H2O warstwa pasywna Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe

Reakcja anodowa: pasywacja Roztwór elektrolityczny Taki stan metalu to pasywność = nieznaczna szybkość reakcji anodowej warstwa pasywna Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3

Pasywność metali Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: trudnorozpuszczalna, szczelna, przyczepna do podłoża Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję. Pasywność wykazują m.in. stopy Fe (SONK), Cr, Ni, Ti, Al zwłaszcza w roztworach utleniających. Pasywacja jest utrudniona, gdy: roztwór zawiera jony chlorkowe, metal zawiera wydzielenia niemetaliczne (siarczki).

Pasywność metali Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: trudnorozpuszczalna, szczelna, przyczepna do podłoża Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję. Porowate, słabo przyczepne warstwy tlenkowe są grube i w małym stopniu hamują korozję metalu, a mogą je nawet przyspieszać (to nie są warstwy pasywne!)

utlenianie metalu do jonu: Reakcje anodowe: utlenianie metalu do jonu: Fe → Fe2+ + 2e szybka reakcja utlenianie metalu do tlenku: 2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e nieznaczna szybkość reakcji, jeśli powstaje warstwa pasywna

Analiza układów korozyjnych metal – roztwór korozyjny: W jakich warunkach wystąpi korozja? W jakich warunkach występuje pasywność metalu? Przebieg reakcji korozji elektrochemicznej zależy od potencjału metalu w roztworze korozyjnych (E) i składu tego roztworu (m.in. pH). Wykresy E - pH

Wykres E – pH dla Fe

Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe

Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe

Obszary na wykresach E-pH: odporności metalu (trwały atom metalu: Fe) korozji (trwałe jony metalu) korozji wodorowej / tlenowej (rodzaj reakcji katodowej) teoretycznej pasywności (trwałe tlenki / wodorotlenki metalu) Wstępna analiza, bo liczne założenia i uproszczenia Konieczność weryfikacji eksperymentalnej

Korozja z depolaryzacją wodorową i tlenową, Wykres E-pH dla Na Korozja z depolaryzacją wodorową i tlenową, produkt: Na+

Wykres E-pH dla Cu Korozja: produkty: Cu2+ (pH: 0 - 7), CuO22- (pH: 13 - 14) możliwa pasywność w roztworach słabozasadowych: Cu2O, CuO

niemożliwa korozja w roztworach wodnych Wykres E-pH dla Au Odporność: niemożliwa korozja w roztworach wodnych

Wykres E-pH dla Ta Możliwa odporność na korozję w wyniku pasywacji: Ta2O5

Wykres E-pH dla Mg Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych: Mg2+, możliwa pasywność w roztworach zasadowych: Mg(OH)2

Wykres E-pH dla Zn Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych: Zn2+ oraz silnie zasadowych: HZnO2- możliwa pasywność w roztworach słabo zasadowych: Zn(OH)2

Wykres E-pH dla W Pasywność w roztworach kwaśnych: WO2, WO3, korozja w obojętnych i zasadowych: WO42-