en iso 8044:1999 korozja metali i stopów – podstawowa terminologia i definicje
Post on 28-Jan-2016
95 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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.
EN ISO 8044:1999 Korozja metali i stopów –Podstawowa terminologia i definicje
MetalŚrodowisko Oddziaływania
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)- …
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Środowiska:- naturalne: atmosfera, gleba, wody, tkanki
- związane z działalnością człowieka, np: przemysł chemiczny, hutniczy, kosmonautyka, motoryzacja, spożywczy, oczyszczalnie ścieków, itp.
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Metal:- metale, - stopy metali,- kompozyty z
elementami metalowymi
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Oddziaływania:- elektrochemiczne – korozja elektrochemiczna - chemiczne – korozja chemiczna- mikrobiologiczne – korozja mikrobiologiczna - fizyczne – wraz z poprzednimi
zwykle współdziałanie rożnych oddziaływań
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Układ korozyjny
Zniszczenia korozyjne: pogorszenie funkcji (utrata użyteczności) metalu, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami
Pogorszenie funkcji metalu
Pogorszenie funkcji?
MetalŚrodowisko Oddziaływania
Układ korozyjny
Korozja większości metali jest procesem samorzutnym, nieuniknionym
Obieg (wielu) metali w przyrodzie
Trwała forma żelaza: tlenek żelaza
MetalŚrodowisko 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
MetalŚrodowisko 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
R̀oztwór elektrolityczny
Metal
Fe2+
Fe → Fe2+ + 2e
Reakcja anodowa (utleniania metalu) powoduje polaryzację układu (metal zyskuje ładunek ujemny, a roztwór – dodatni), hamującą jej dalszy biege
e
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
H+ H+
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
H+ H+
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
H2
Reakcja katodowa (redukcja jonów wodorowych) powoduje depolaryzację (znika różnica ładunków) umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji)
2H+ + 2e → H2
Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa
2H+ + 2e → H2 reakcja katodowa
Korozja z depolaryzacją wodorową)
Korozji z depolaryzacją wodorową ulegają zwłaszcza metale aktywne w roztworach kwaśnych, np. Zn w roztworze HCl
Metal Roztwór korozyjny
Potencjał korozyjny
e
reakcja anodowa: Fe → Fe2+ + 2ereakcja katodowa: 2H+ + 2e → H2
Przy potencjale korozyjnym obie reakcje zachodzą z równą szybkością (prąd sumaryczny równy zeru).
e
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
O2
Inna reakcja depolaryzacji (zabierająca elektrony z metalu)
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
O2
Mechanizm korozji elektrochemicznej
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
Reakcja katodowa (redukcja tlenu) powoduje depolaryzację umożliwiając dalszy bieg reakcji anodowej (korozji)
½O2 + H2O + 2e → 2OH-
OH-OH-
Fe → Fe2+ + 2e reakcja anodowa
½O2 + H2O + 2e → 2OH- reakcja katodowa
Korozja z depolaryzacją tlenową)
Korozja z depolaryzacją tlenową zachodzi w środowiskach natlenionych (napowietrzonych): atmosfera, gleba.
Reakcja anodowa: roztwarzania metalu
Roztwór elektrolityczny
Fe2+
Metal
e
e
Fe → Fe2+ + 2e
Reakcja anodowa: inna możliwość
Roztwór elektrolityczny
Metal
Fe2O3 Fe2O3
e
e
e
e e
e
2Fe + 3H2O → Fe2O3 + 6H+ + 6e
Roztwór elektrolityczny
Reakcja anodowa: inna możliwość
Roztwór elektrolityczny
Fe2O3Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3
Fe Fe
H2O H2O
warstwa pasywna
Dalsza reakcja anodowa utrudniona, bo tlenek na powierzchni utrudnia dostęp wody
Reakcja anodowa: pasywacja
Roztwór elektrolityczny
Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3 Fe2O3
warstwa pasywna
Taki stan metalu to pasywność = nieznaczna szybkość reakcji anodowej
Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: • trudnorozpuszczalna,• szczelna,• przyczepna do podłoża
Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję.
Pasywność metali
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).
Gdy warstwa tlenkowa / wodorotlenkowa jest: • trudnorozpuszczalna,• szczelna,• przyczepna do podłoża
Takie warstwy są bardzo cienkie i hamują korozję.
Pasywność metali
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:Fe → Fe2+ + 2e
szybka reakcja
Reakcje anodowe:
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
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW
Fe2+
Fe3+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
Warunki odporności, korozji i teoretycznej pasywności dla Fe
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW korozja
odporność
pasywność
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
VS
EW
Fe2+
Fe3+
Fe3O4
Fe
Fe2O3
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 uproszczeniaKonieczność weryfikacji eksperymentalnej
Wykres E-pH dla NaWykres E-pH dla Na
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
EW
Na+
Na
H2/H+
OH-/O2
Korozja z depolaryzacją wodorową i tlenową, produkt: Na+
Wykres E-pH dla Cu
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
V/S
EW
Cu
Cu2+ CuO22-
CuO
Cu2OH+/H2
O2/OH-
Korozja: produkty: Cu2+ (pH: 0 - 7), CuO22- (pH: 13 - 14)
możliwa pasywność w roztworach słabozasadowych: Cu2O, CuO
Wykres E-pH dla Au E-pH dla Au
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 2 4 6 8 10 12 14pH
E,
V/S
EW
Au
Au(OH)3Au+
H2AuO3-
HAuO32-
Au3+
O2/OH-
H+/H2
Odporność: niemożliwa korozja w roztworach wodnych
Wykres E-pH dla Ta
-2
-1
0
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
HE Ta2O5
Ta
OH-/O2
H2/H+
Możliwa odporność na korozję w wyniku pasywacji: Ta2O5
Wykres E-pH dla Mg
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
EW
Mg2+
Mg
Mg(OH)2
H2/H+
OH-/O2
Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych: Mg2+,możliwa pasywność w roztworach zasadowych: Mg(OH)2
Wykres E-pH dla Zn
-2
-1
0
1
2
0 7 14
pH
E,
VS
EW
H2/H+
OH-/O2
Zn
Zn2+
Zn(OH)2
HZnO2-
Korozja w roztworach kwaśnych i obojętnych: Zn2+ oraz silnie zasadowych: HZnO2
-
możliwa pasywność w roztworach słabo zasadowych: Zn(OH)2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
E,
VS
EW
WO42-
W
H2/H+
OH-/O2
WO3
WO2
Pasywność w roztworach kwaśnych: WO2, WO3,
korozja w obojętnych i zasadowych: WO42-
Wykres E-pH dla W
top related