EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje Korozja to fizykochemiczne oddziaływanie między środowiskiem i metalem,

Prezentacja na temat: "EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów – Podstawowa terminologia i definicje Korozja to fizykochemiczne oddziaływanie między środowiskiem i metalem,"— Zapis prezentacji:

1 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.

2 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) …

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

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

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

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

7 Pogorszenie funkcji metalu

8 Pogorszenie funkcji?

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

10 Obieg (wielu) metali w przyrodzie

11 Trwała forma żelaza: tlenek żelaza

12 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 °C - korozja wysokotemperaturowa turbiny gazowe, silniki, piece, spaliny, przemysł hutniczy

13 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, …

14 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

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

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

17 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

18 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

19 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).

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

21 Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny Fe2+ Metal O2 e e

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

23 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.

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

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

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

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

28 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).

29 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!)

30 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

31 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

32 Wykres E – pH dla Fe

33 Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe

34 Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe

35 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

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

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

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

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

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

41 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

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