zaštita metala od korozije

Prof .dr.sc . Dubravka Bjegovićm a i l : d u b r a v k a @ g r a d . h r

A s i s t e n t i c e : M a r i j a n a S e r d a r , d i p l . i n g . g r a Ċ .

A n a B a r i ĉ e v i ć , d i p l . i n g . g r a Ċ .

G R A Đ E V I N S K I FA K U L T E T

S V E U Ĉ I L I Š T A U Z A G R E B U

K A Ĉ I Ć E VA 2 6 , Z A G R E B

ZAŠTITA METALA OD

KOROZIJE

3. Predavanje

mailto:[email protected]

Sadržaj

2

Utjecaj okoline i opterećenja

Metode zaštite od korozije pri projektiranju konstrukcija

Konstruktivne mjere zaštite

Pravilan odabir materijala

Površinska zaštita metala

Postupci pripreme površine

Prevlake

Zaštita metala promjenom korozijske sredine

Uklanjanje aktivatora korozije iz agresivne sredine

Inhibitori korozije metala

Elektrokemijska zaštita

Katodna zaštita

Anodna zaštita

Utjecaj okoline i opterećenja

3

Kod definiranja utjecaja okoline valja razlikovati mjesnu

(makroklimu) i strogo lokalnu klimu (mikroklimu).

Makroklima

vrsta atmosfere na mjestu graĎevine (normalna i agresivna).

Mikroklima

utjecaj u neposrednoj blizini čelične konstrukcije ili utjecaj koji

neposredno djeluje na pojedine dijelove konstrukcije.

Razred korozivnosti 1 2 3 4 5

Gubitak u

μm/godina

Ţeljezo

Cink

≤20

≤1.25

≤40

≤2.25

≤60

≤3.25

≤80

≤4.25

>80

>4.25

4

Osnovna

vrsta

Razred

korozivnosti

Opis Dosadašnja vrsta

atmosfere

Normalna

Atmosfera

1 i 2 Malo korozivno opterećenje: atmosfera skoro

bez sumpornog dioksida i drugih štetnih

materija (seoska područja i mali gradovi)

Selo

2 i 3 Umjereno korozivno opterećenje: atmosfera s

umjerenim sadrţajem sumpornog dioksida i

drugih štetnih materija (gusto naseljena

područja bez jake koncentracije industrije)

Grad

Agresivna

atmosfera

3 do 5 Jako korozivno opterećenje: atmosfera s

visokim sadrţajem sumpornog dioksida i

drugih štetnih materija (područje s

nagomilanom industrijom i zone koje leţe u

smjeru glavnih vjetrova tih područja)

Industrija

4 do 5 Vrlo jako korozivno opterećenje: atmosfera

onečišćena korozivno posebno štetnim

materijama (kloridi i /ili sa stalnom visokom

relativnom vlagom u zraku)

More

METODE ZAŠTITE KOROZIJE PRI PLANIRANJU

KONSTRUKCIJA

5

Primjer razlike uvjeta okoliša ovisno o poloţaju

konstrukcije u prostoru: Centralni dijelovi pustinje imaju najpovoljnije uvjete zbog vrlo male

vlaţnosti,

Rubni dijelovi pustinje zbog temperaturnih razlika imaju izraţenu razliku

uvjeta tijekom dana ili noći,

Uz more i u blizini industrije su najnepovoljniji uvjeti okoliša.

METODE ZAŠTITE KOROZIJE PRI

PROJEKTIRANJU KONSTRUKCIJA

7


Pravilan odabir materijala NehrĎajući čelici

Vrste

Prednosti

Korozija

Troškovi

Primjena

Cloud Gate, Chicago

The Guggenheim Museum Bilbao

METODE ZAŠTITE KOROZIJE PRI PLANIRANJU

KONSTRUKCIJA

8

Pri planiranju konstrukcija potrebno je:

Spoznati djelovanja iz okoliša na konstrukciju,

Razraditi detalje (konstruktivne mjere zaštite),

Paziti pri izboru materijala,

Planirati monitoring.

KONSTRUKTIVNE MJERE ZAŠTITE

9

Konstruktivne mjere zaštite obuhvaćaju:

IzvoĎenje glatkih površina u nagibu (nagib 0,2 – 0,5%).

Omogućavanje pristupa svim dijelovima konstrukcije radičišćenja i premazivanja.

Pri korištenju dva različita metala, njihov spoj zaštitiizolacijom.

Pri projektiranju izbjeći zadrţavanje vode na konstrukciji.

Paţljivo izvoĎenje konstrukcije kako ne bi došlo do oštećenjapostojeće zaštite; npr. za elemente zaštićene vrućim umakanjemu cink.

Uočenu oštećenu zaštitu treba nadomjestiti; npr. bojom kojasadrţi cink i/ili inhibitor.

KONSTRUKTIVNE MJERE ZAŠTITE

10

Primjeri konstruktivnih mjera zaštite

PRAVILAN

ODABIR

MATERIJALA

Nehrđajući čelici

čelik otporan na koroziju,

eng. “stainless” = “bez mrlje”

Proizvode se

Rastapanjem dovoljne količine kroma u

ţeljezu da bi se na površini stvorio

zaštitni sloj obnovljivog kromovom

oksida.

11

PRAVILAN ODABIR MATERIJALA

12

Nehrđajući čelici Spajanjem kroma iz čelika s kisikom iz zraka nastaje PASIVNI SLOJ.

NehrĎajući čelici posjeduju mogućnost trajnog pasiviziranja u mnogim

sredinama što je uvjetovano visokim sadrţajem kroma.

Pasivni sloj

Nehrđajući čelik

Kisik


13


Pasivni sloj = tanki sloj debljine 2–3 atoma na površini metala

koji štiti čelik od korozije.

Ako se skine ili ogrebe, dolazi do brţeg spajanja kisika i kroma, što

omogućava obnavljanje zaštitnog sloja.

Za obnavljanje je potreban kisik iz atmosfere te slijedi da je otpornost

nehrĎajućih čelika manja u područjima gdje je slabija cirkulacija

kisika.


14


NehrĎajuće svojstvo čelika

Osigurava se pri koncentraciji kroma od oko 12 %.

Zbog postizanja izdrţljivog i ţilavog materijala potrebna je viša

koncentracija kroma i upotreba drugih elemenata (poput molibdena i

nikla).

Cilj:

Proizvesti materijal istih mehaničkih svojstava uz bolju korozijsku

otpornost u odnosu na “obični” čelik.


15


Krom

Povećava čvrstoću i otpornost legure na koroziju.

Legiranje kromom utječe na sklonost krtosti nakon popuštanja, koja se

izbjegava legiranjem s molibdenom.

Nikal

Povisuje ţilavost i pri niskim temperaturama, smanjuje toplinsku

vodljivost i toplinsku rastezljivost čelika.

Zbog visoke cijene gotovo se uvijek legira s nekim drugim elementom.

Molibden

Utječe na povišenje granice razvlačenja i vlačne čvrstoće.

PRAVILAN

ODABIR

MATERIJALA


Vrste nehrĎajućih čelika:

feritni,

martenzitni,

austenitni,

duplex.

16


Feritni nehrđajući čelici

Sadrţe:

Ţeljezo,

Krom (više od 17%) i

Mali udio ugljika.

Temeljni tip je 430 s

17% Cr.

Martenzitni nehrđajućičelici

Sadrţe:

Veći udio ugljika (0.2 - 1.0 %),

Krom i do 1.3% molidbena,

te do 2.5% nikla.

Svojstva: Velika tvrdoću,

Smanjenu izdrţljivost i

Povećana krtost.

17



Austenitni nehrđajući čelici

Sadrţe: Krom i nikal,

Ponekad mangan i dušik.

Svojstva: Povišene su otpornosti na kiseline.

Otporni su na otapanje (s visokimudjelima nikla, oko 20%) i uuvjetima u kojima zbognedostatka kisika ne moţe doći dostvaranja pasivnog sloja.

Duplex nehrđajući čelici Razlikuju se dvije

mikrostrukturne baze: austenit i ferit u omjerima od 40:60

do 60:40.

Najčešća legura sadrţi: 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo, s malim

dodatkom ugljika.

Svojstva: bolja otpornost na koroziju

kloridima,

otporni su na naponsku koroziju i

veća čvrstoću od bilo koje druge vrste nehrĎajućih čelika.

18



19


Depasivizacija ili razaranje pasivnog sloja se odvija:

U kloridnoj kiselini, pri povišenim temperaturama; obično je potpuna

pa izaziva brţu ili sporiju opću koroziju.

U uvjetima povišenog sadrţaja kloridnih iona; kao posljedica

pojavljuju se pitting i pukotinska korozija.

PRAVILAN

ODABIR

MATERIJALA


Pitting i pukotinska korozija

Pogoduje prisutnost nejednoličnih i

propusnih naslaga onečišćenja na pojedinim

dijelovima nehrĎajućeg čelika.

Pojavljuju se najčešće u utorima, na

navojima i ispod podloţnih pločica, u

leţajevima, te izmeĎu elemenata.

20

PRAVILAN

ODABIR

MATERIJALA


Pitting i pukotinska korozija

Sprečavaju se:

Povišenjem pH vrijednosti otopina soli,

dodatkom oksidansa, poput nitrata i

kromata.

Poliranjem i odrţavanjem čistoće metalnih

pločica,

Primjenom zavarivanja umjesto spajanja

vijcima i maticama,

Sniţenjem temperature,

Katodnom ili anodnom zaštitom.

21

PRAVILAN

ODABIR

MATERIJALA


Zavarivanje

Ovisi o kemijskom sastavu:

Poboljšava se smanjenom količinom

ugljika i

Povećanjem sadrţaj nikla.

Nije preporučljivo ukoliko se ne

obavlja u strogo kontroliranim

uvjetima.

Moţe imati negativnih posljedica na

mehanička svojstva i otpornost na koroziju.

22

C Ni


23


Spajanje sa ugljičnim čelikom

Postoji zabrinutost zbog mogućnosti pojave galvanske korozije spajanjem

armature nehrĎajućeg čelika sa armaturom ugljičnog čelika.

MeĎutim eksperimentalne studije su pokazale da korištenje nehrĎajućeg

čelika u spoju s ugljičnim čelikom ne povećava rizik korozije ugljičnog

čelika.

Troškovi

Upotreba nehrĎajućih čelika kao armature znatno poskupljuje cijenu

konstrukcije.

Cijena materijala svakodnevno pada zbog razvoja novih vrsta

proizvodnje, ali su ipak i dalje puno skuplje od “obične” armature.

PRAVILAN

ODABIR

MATERIJALA


Upotreba:

U izuzetno kemijski agresivnim okolišima,

Naftnim i sličnim industrijama,

U prisutnosti klorida,

Selektivno se koriste u dijelovima

konstrukcija kod kojih se očekuje korozija,

Pri popravku korodiranih konstrukcija,

Kod konstrukcija kod kojih je estetski izgled

vaţan.

Upotreba armature od nehrĎajućeg čelika je

često ograničena na vanjski dio strukture ili

na najkritičnije dijelove konstrukcije iz

ekonomskih razloga.

24


25

The Atomium, Brussels, 1958.

Disney Concert Hal, Los Angeles, 2003.

Hannover Gehry-Tower, 2001.

POVRŠINSKA ZAŠTITA METALA

26

Postupci pripreme površine Mehanička obrada

Kemijska obrada

Elektrokemijska obrada

Odmašćivanje

Prevlake

Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Vruće prskanje ili šopiranje

Nemetalne anorganske prevlake

Emajliranje

Organske prevlake

Organski premazi

Uloga površinske zaštite

Zaštita od korozije

Trajnost zaštite

Estetski izgled

Trajnost estetskog izgleda

Funkcionalna trajnost zaštite


27


28

Metalna površina se prije zaštite treba očistiti do

metalnog sjaja od svih nečistoća.

Stupanj čistoće je propisan normom.

Postupci pripreme površine:

Mehanička obrada,

Kemijska obrada,

Elektrokemijska obrada,

Odmašćivanje.


29

Postupci pripreme površine Mehanička obrada

Brušenjem

Poliranjem

Četkanjem

Sačmarenjem

Pjeskarenjem

Kemijska obrada Kiselinsko dekapiranje

Luţnato dekapiranje

Elektrokemijska obrada Elektrokemijsko nagrizanje

Elektrokemijsko poliranje

Odmašćivanje

POSTUPCI PRIPREME POVRŠINE

30

Mehanička obrada

Brušenjem,

Poliranjem,

Četkanjem,

Sačmarenjem i

Pjeskarenjem.

POSTUPCI

PRIPREME

POVRŠINE

Mehanička obrada

Pjeskarenje (suho/mokro)

Primjenom mlaza vode kojoj je dodan

pijesak, mehanički se uklanjanju nečistoće, a

smanjuje se prašina u zraku (mokro

pjeskarenje).

• Npr. Suho pjeskarenje ograde u Mesničkoj

ulici

Površina metala nakon pjeskarenja

jednoliko je hrapava i dobra je podloga za

nanošenje zaštitnih premaza.

Pogodan način obrade materijala na

terenu.

31


32

Kemijska obrada

Kiselinsko dekapiranje

U otopinama sumporne ili klorovodične kiseline za ţeljezo i čelik,

U otopini dušične kiseline za bakar.

Luţnato dekapiranje

U otopini natrijevog hidroksida.

Kemijska obrada materijala zahtijeva ispiranje elementa nakon tretiranja

te sušenje.


33

Elektrokemijska obrada

Elektrokemijsko nagrizanje

Uklanjanje oksida i drugih produkata korozije s površine metala,

uronjenog u elektrolit, istosmjernom strujom.

Razlikujemo anodno i katodno nagrizanje.

Elektrokemijsko poliranje

Postupak pri kojem, za razliku od mehaničkog poliranja, ne dolazi do

promjene metalne strukture zbog topline osloboĎene trenjem.

Postupak obrade materijala koji se koristi u proizvodnim pogonima.


34

Odmašćivanje

Potpuno uklanjanje masnih tvari s površine metala i neophodnoje kod pripreme površine za nanošenje prevlaka kako biprevlaka dobro prianjala na površinu.

Razlikujemo postupke odmašćivanja:

Pomoću luţnatih otopina,

Pomoću organskih otapala,

Elektrokemijsko odmašćivanje,

Odmašćivanje ultrazvukom.

Npr. Ako se radi o elementima koji su transportirani tada su oni štićeni,tj konzervirani, mastima ili raznim gelovima koje je potrebnoodstraniti prije nanošenja zaštite.

ZAŠTITA METALA PREVLAKAMA

35

Metalne• Vruće uranjanje

• Vruće prskanje ili šopiranje

Anorganske • Emajliranje

Organske • Organski premazi

Prevlake

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA

Metalne prevlake

nanose se fizikalnim ili kemijskim

postupcima metalizacije ili platiranja,

ovisno odvijaju li se pri prevlačenju

samo fizikalne promjene ili su prevlake

produkt kemijskih reakcija.

Metode nanošenja

Galvanizacija (elektroplatiranje)

Vruće uranjanje

Vruće prskanje

36

37


Metalneprevlake

Galvanizacija(elektroplatiranje)

Obrada metalnih predmeta u elektrolitu uz primjenu električne struje.

Element koji štitimo spajamo na negativni pol izvora istosmjerne struje, kao katodu.

Na pozitivni pol spajamo elektrodu (anodu) koja moţe biti topljiva ili netopljiva.

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA

Metalne prevlake

Galvanizacija (elektroplatiranje)

Galvanske kupelji su vodene otopine u

kojima je glavni sastojak nosilac metala,

tj topljivi spoj čijom disocijacijom nastaju

ioni koji katodnom redukcijom tvore

metalnu prevlaku.

Nastaju otapanjem jednostavnih soli koje

ionizacijom oslobaĎaju metalne katione.

Koncentracija otopljenih tvari varira

izmeĎu 30 i 600 g/L, pri čemu visoke

koncentracije omogućavaju brţe

prevlačenje.

38

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA

Metalne prevlake

Galvanizacija

Topljive anode

IzraĎene su od metala koji čini prevlaku.

Na njima se odvija anodno otapanje

(oksidacija) pa se u kupelji nadoknaĎuju

metalni ioni potrošeni prevlačenjem.

Otapaju se uz anodno korištenje struje

kojim se osigurava konstantna

koncentracija metalnih iona.

39

Metalne prevlake

Galvanizacija

Netopljive anode

Koriste se kad se metal koji čini prevlaku

anodno ne otapa u potrebnom obliku ili

kad su topljive anode preskupe. Glavni

proces je izlučivanje kisika elektrolizom

vode.

Priprema površine

Zahtijeva se potpuna čistoća i dovoljna

glatkoća površine, jer galvanski postupci

imaju ograničenu moć pokrivanja i

mikroraspodjele.

40

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA

41

Metalne prevlake

Galvanizacija

Upotreba galvanskih prevlaka:

Zaštita od korozije i trošenja trenjem,

Zaštitno-dekorativni učinak,

Smanjen električni otpor na kontaktima.

Debljine su od 0,1 μm do 1 mm.

Metalne prevlake - Galvanizacija

42


Metalne prevlake - Galvanizacija - primjeri konstrukcija

43



44

Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Spada u fizikalne metalizacije.

Predmeti se umaču u rastaljen metal niskog tališta, pa prevlaka nastaje

nakon vaĎenja taline skrućivanjem zaostalog filma.

Primjer: Vruće pocinčavanje

Ispiranje

s vodomIspiranje

s vodom


45

Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Uvjeti:

Talište podloge mora biti mnogo više od tališta prevlake.

Mora postojati mogućnost meĎusobnog legiranja metala podloge i

prevlake kako bi prevlaka čvrsto prionula uz podlogu.

Pripremom podloge treba osigurati savršenu čistoću površine.

• Fluksiranje - uklanjaju se filmovi nastali na podlozi korozijom nakon

uobičajene predobrade.

Temperatura taline mora biti 20 do 80 C viša od tališta.

• npr kod pocinčavanja se kreće oko 450 C


46

Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Vrijeme uranjanja:

Vrijeme uranjanja mora biti dovoljno dugo da se predmeti ugriju do

temperature taline i da se na njima oblikuje sloj meĎulegure.

Ako je vrijeme uranjanja prekratko:

• zaostaje skrutnuta talina, a ne stvara se meĎusloj legure.

• Prevlake ostaju neravnomjerne, predebele i slabo prijanjaju.

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA

Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Brzina izranjana

iz taline kreće se oko 2 m/min, da bi se

predmeti mogli ocjediti.

Ako je vaĎenje iz taline prebrzo

• prevlake ostaju predebele, jer se talina ne

stigne ocijediti.

Ako je vaĎenje iz taline presporo

• sporije hlaĎenje uzrokuje lošiji izgled zbog

oksidacije.

47

48


Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Primjer:

Vruće pocinčanje

DALEKOVOD – Dugo selo


49

Metalne prevlake

Vruće uranjanje

Primjer: Vruće pocinčanje

Odlamanje betona

Pojava pukotina u

betonu

Razina naprezanja pri

kojoj dolazi do pojave

pukotina u betonu

2 – 4x Cl

Koncentracija klorida pri

kojoj nezaštićena šipka

počinje korodirati

Koncentracija klorida pri kojoj

galvanizirana šipka počinje

korodirati

Vrijeme

Nap

rezan

aje

Tra

jnost

poci

nča

ne a

rmatu

re


50

Metalne prevlake


Mlaz kapljica, stvoren brzom strujom zraka ili drugog plina, udara u

podlogu, pri čemu se kapljice spljošte, naglo hlade i skrućuju u kruţne

pločice promjera do 0,1 mm, debele do 0,05 mm.

Tanke prevlake nije moguće nanijeti (ispod 20 μm) meĎutim, lako su

ostvarive velike debljine (iznad 1 mm).

Ove prevlake čine sloj koji sadrţi čestice povezane bez reda, te porozne

su i hrapave.

Nuţna je ravnomjerna mikrohrapavost podloge, koja se osigurava

kvalitetnom predobradom.


51

Metalne prevlake


Priprema podloga

Fino ohrapavljenje podloga zbog boljeg prianjanja.

Metali se pripremaju suhom obradom mlazom ili grubim odvajanjem

čestica.

• Tokarenjem, blanjanjem, glodanjem, brušenjem itd.

Na oštrim bridovima dobivamo tanje prevlake koje slabo prianjaju,

stoga potrebno zaobljavanje bridova prije šopiranja.


52

Metalne prevlake


Podloge se pri vrućem prskanju slabo griju (od 50 do 200 ˚C).

Mogu se nanositi na metale i nemetale, te na toplinski osjetljive

podloge poput kartona, tekstila, drva, gipsa, betona, keramike itd.

Za metalizaciju vrućim prskanjem koriste se raspršivači kapljica u

obliku ručnih ili stacionarnih pištolja.

Šopira se višekratno zbog eliminacije pora koje dopiru do podloge.

Najčešće 3 do 4 puta, pri čemu se pištolj giba okomito u odnosu na

smjer kojim se gibao pri nanošenju podsloja.


53

Metalne prevlake


Prednosti:

Zaštita velikih konstrukcija i elemenata u završnom stanju,

Mogućnost prevlačenja bilo kojeg materijala,

Jednostavan način rada,

Mogućnost zaštite na terenu,

Jednostavna primjena za naknadnu zaštitu.


54

Metalne prevlake


Nedostatci:

Velika poroznost prevlake,

Veliki gubitak materijala pri prskanju,

Nedovoljna čvrstoća spajanja prevlake na podlogu,

Ovisi o radniku koji izvodi radove.

Provodi se zbog:

Zaštite metala od atmosferske korozije,

Dekorativnog izgleda površine,

Obnove istrošenih dijelova.


55

Metalne prevlake

Debljina prevlake ovisno o metodi nanošenja

Nanošenje

cinka prskanjem

80-200 µm

Vruće

cinčanje

35-100 µm

Boje sa

cinkom

92-95% Zn

15-127 µm

Elektro

galvaniziranje

3,6 – 7,1 µm


56


Nanose se:

Fizikalnim postupcima

Prevlake se nanose izvana, bez sudjelovanja podloge.

• npr emajliranje

Kemijskim postupcima

Prevlake se oblikuju u procesu u kojem sudjeluje površina podloge.

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA


Emajliranje je prevlačenje alkalijskimborosilikatnim staklom koje se tali na metalnojpodlozi.

Emajl se proizvodi kao granulat izpraškaste smjese koja tvori staklotaljenjem na 1000-1500 ˚C i rasprskava uzrnca pri lijevanju u vodu.

Emajliraju se:

Niskougljični čelici (<0,1% C),

Sivi lijev i aluminij,

Obojeni metali.

57

ZAŠTITA

METALA

PREVLAKAMA


Emajliranje

Suspenzija se mora osušiti prije pečenja

emajla da ne bi došlo do ljuštenja prevlake

Nakon sušenja emajl se peče u komornim ili

tunelskim pećima.

Debljina emajlnih prevlaka na čeliku

kreće se od 0,1 do 0,8 mm.

Deblji slojevi bolje štite od korozije

Svojstva emajla:

Mala vlačna čvrstoća (30-90 MPa)

Velika tlačna čvrstoća (600-800 MPa)

Tvrdoća 456-650 po Vickersu.

58


59

Nemetalne anorganske prevlake Emajliranje

Debljina emajlnih prevlaka na čeliku kreće se od 0,1 do 0,8 mm. Deblji slojevi bolje štite od korozije

Svojstva emajla: Mala vlačna čvrstoća (30-90 MPa)

Velika tlačna čvrstoća (600-800 MPa)

Tvrdoća 456-650 po Vickersu.

Emajliramo: Predmete od čeličnih limova,

Predmete od ţeljeznih lijevova,

Arhitektonske elemente,

Kuhinjsko posuĎe,

Kade,

Umivaonike itd.


60

Organske prevlake

Prevlake koje kompaktnima čini organska tvar tvorbom opne.

Organski premazi

Nanose se na metalne površine obično u dva ili više slojeva koji čine

sustav premaza.

Komponente premaznog sredstva:

• Vezivo (čini opnu prevlake),

• RazrjeĎivač (otapa vezivo, a regulira viskoznost),

• Pigmenti,

• Punila,

• Aditivi.


61

Organske prevlake

Organski premazi

Vezivno sredstvo

Organske tvari u tekućem ili praškastom stanju, povezuju komponente

premaznog sredstva.

Koriste se veziva na bazi alkidnih smola, epoksidnih i poliuretanskih

smola te bitumena.

Otapalo

Hapiva organska tvar koja fizikalno otapa veziva premaznih sredstava.

Upotrebljavaju se za skidanje starih premaza i odmašćivanje.


62

Organske prevlake

Organski premazi

Pigmenti

Čine premaz obojenim i neprovidnim.

Povećavaju zaštitna svojstva, kemijsku postojanost i toplinsku

stabilnost premaza.

Punila i aditivi

Poboljšavaju mehanička i kemijska svojstva,

katalizatori, sikativi.


63

Organske prevlake Organski premazi

Svojstva dobrog premaza:

Odvaja materijal i okoliš,

Prionjivost,

Osigurava ţrtvujući zaštitu za materijal,

Nije podloţan napadima bakterija,

Ne bi smio otpuštati korozijske produkte prilikom razgradnje,

Otporan je na abraziju, udar ili naprezanja u tlu,

Vodonepropusnost,

Otpornost na kapilarno upijanje,

Siguran je za upotrebu,

Ekološki je prihvatljiv,

Osigurava električnu izolaciju materijala.


64

Organske prevlake

Organski premazi

Izbor premaza

Cijena

Uporabni vijek

Učestalost ponavljanja premaza

Zaštitni efekt premaza ovisi o:

Prethodnom tretiranju površine metala

Debljini premaza

Svojstvima vezivnog sredstva, pigmentima i drugim aditivima.


65

Organske prevlake

Model zaštite premazom

čelik

temelj

međusloj

završni sloj

Nepropustan sloj za kisik i ugljični dioksid

Niska propusnost vlage

U meĎusloju nema praznina koje bi zadržavale vodu

Kvalitetna prionjivost temelja


66

Organske prevlake

Organski premazi

Premaz treba zadovoljiti dva uvjeta:

mora tvoriti zaštitni film na površini materijala,

mora biti otporan na vanjska djelovanja.

Da bi se to postiglo, potrebno je ostvariti sloj koji neće sadrţavati pore u

sebi, a biti će dovoljno tanak.

Obično se nanosi u nekoliko slojeva.


67

Organske prevlake

Organski premazi

Uobičajeno se propisuje minimalna debljina sloja:

konstrukcija u prirodi = 0.125mm

konstrukcija u gradskoj sredini = 0.180mm

konstrukcija u maritimnim uvjetima = 0.250mm

konstrukcija u krugu teške industrije = 0.300mm

Debljina zaštitnog sloja ovisi i o vrsti sloja.

Pri bojanju bojama vaţno je da se svaki sloj nanosi u drugoj boji, kako bi

mogli kontrolirati broj nanesenih slojeva.

Potreban je pokrivni premaz

Nije potreban je pokrivni premaz

Neuobičajen ili nedostupan

68

Osnovni sustav Područje uporabe

Oznaka Minimalna

debljina premaza

Unutarnji prostor, suho, ispod 70%

rel.vlage, bez kondenzirajuće

vode

Unutarnji prostor, vlažno sa pojavom

kondenzata ili natkriveni vanjski

prostor

Vanjski prostor, pod utjecajem atmosferilija

Unutarnji ili vanjski prostor

trajno opterećen

vodom

P1 i P2 30 μm

P1 i P2 60 μm

M1 60 μm

M2 60 μm

Z1 30 μm

Z1 60 μm

Z2 30 μm

Z2 60 μm

ZS 60 μm

F SN 237 240

S 50 μm

Minimalna debljina ukupnog premaza

30 odnosno

60 μm90 μm 120 μm 300 μm


69

Organske prevlake

Organski premazi

Nanošenje premaza

Najbolji način je pomoću četki.

Pritom je vaţno da nema vlage (rose i kondenzirane vode).

• relativna vlaţnost zraka ispod 80%.

Tek kada je primarni sloj osušen moţe se na njega staviti završni sloj

tako da se postigne maksimum zaštite.

Ako neki od ovih uvjeta ne zadovoljava, tada se ţivotni vijek zaštitnog

sloja (koji moţe biti 20 do 30 godina) bitno smanjuje.


70

PostupakPrevlake/

podloge

Metoda prevlačenja

Značajke postupka i svojstva prevlaka

Postupci nanošenja metalnih prevlaka

Vruće uranjanje

Zn,

ZnAl-legure,

Pb-legure,

Al i Al legure

ugljični čelici,

sivi lijev,

Cu i Cu legure

Uranjanje pre-dmeta u talinukoja vlaži podlogui tvori s njomlegure.

Brz postupak,

Prikladan za kontinuirani rad,

Samo za nanošenje lako taljivih metala,

slabo iskorištenje metala prevlake,

Teško reguliranje debljine sloja,

Čvrsto prijanjanje na podlogu

Vruće prskanje

Gotovo svi metali i legure

Gotovo sve metalne i nemetalne podloge

Prskanje metalnetaline plinskim,elektrolučnim ilidrugim pištoljem.

Univerzalan postupak glede materijala prevlake i podloge,

Mogućnost prevlačenja mnogim nemetalima,

Prikladno za korištenje na terenu,

Mogući debeli slojevi,

Tanke porozne prevlake,

Površina hrapava,

Veliki gubitci pri prevlačenju duguljastih predmeta


71

PostupakPrevlake/

podlogeMetoda prevlačenja


Galvanizacija

Zn,

Ni,

Cr,

Cu

Ag itd

ugljični čelici,

Cu i Cu legure

Metal podloge ilineplemenitiji metal ukontaktu s njim ioniziradajući elektrone kojireduciraju ion metala uvodenoj otopini tvorećiprevlaku.

Skupa oprema,

Sporo nanošenje,

Lako reguliranje debljine sloja,

Moguće dobiti sjajne prevlake

Postupci nanošenja anorganskih nemetalnih prevlaka

Emajliranje

Borosilikatno staklo

Nisko ugljični čelik,

Sivi lijev,

Al,

Najčešće dvoslojno,

Uranjanje u emajl,prelijevanje ili prskanje,

Sušenje,

Pečenje

Skupa oprema

Glatke i tvrde prevlake

Krhke prevlake

Korozijski otporne prevlake (osim u HF)


72

Bojanje i lakiranje

na osnovi:

sušivih ulja,

poliplasta,

celuloze,

kaučuka itd

ugljični čelici

Ličenje četkama ivaljcima, prskanjem, ura-njanjem, prelijevanjem

Sušenje,

Pečenje,

Otvrdnjavanje

Svojstva ovise o vezivu i pigmentu

Sušenje hlapljenjem, toplinskom reakcijom (pečenje)

Debljine do 0,5 mm

PostupakPrevlake/

podlogeMetoda prevlačenja


Postupci nanošenja organskih prevlaka

ZAŠTITA METALA PROMJENOM KOROZIJSKE

SREDINE

73

Uklanjanje aktivatora korozije iz agresivne sredine


UKLANJANJE AKTIVATORA KOROZIJE IZ

AGRESIVNE SREDINE

74

Neutralizacijom kiselina

Uklanjanjem kisika iz vode

Uklanjanjem soli iz vode

Sniţenjem relativne vlaţnosti zraka

Uklanjanjem čvrstih čestica

INHIBITORI KOROZIJE METALA

75


su tvari anorganskog ili organskog porijekla koje u vrlo malim

koncentracijama smanjuju brzinu korozije do tehnološki

prihvatljivih vrijednosti.

Prema načinu djelovanja mogu biti:

anodni,

katodni i

kombinirani.

Najčešće se unose u prevlake.


76

Anodni inhibitori

Stvaraju na anodnim mjestima filmove oksida ili slabo topljivih

soli te čine barijeru koja izolira temeljni metal.

Njihova funkcija je odrţavanje i/ili obnavljanje oksidnog filma

na površini metala.

Nazivaju se “opasni” inhibitori, jer dodani u nepovoljnoj

količini mogu uzrokovati pitting koroziju.


77

Katodni inhibitori

Smanjenje brzine korozije ostvaruju na dva načina:

usporenjem katodne reakcije korozijskog procesa ili

smanjenjem površine katodnih dijelova.

Koče katodni proces djelujući na reakciju izdvajanja vodika ili na

reakciju redukcije kisika.

Katodni inhibitori dodani u bilo kojoj količini smanjuju brzinu

korozije i nisu opasni.


78

Kombinirani inhibitori

Imaju dvostruko djelovanje, anodno i katodno.

Organski spojevi koji se apsorbiraju na metalnu površinu,

tvoreći barijeru molekularnih dimenzija i time utječu na

smanjenje brzine elektrodnih reakcija.

ELEKTROKEMIJSKA ZAŠTITA

79

Zaštita metalnih konstrukcija koje nisu lako

dostupne za održavanje zaštite premazima.

Konstrukcije cjevovoda, kabela, lučkih postrojenja, brodova,

rezervoara i sl.

Dijeli se na:

Katodnu zaštitu

Anodnu zaštitu.

KATODNA ZAŠTITA

80

Temelji se na usporavanju korozije katodnom

polarizacijom metala, tj pomakom elektro-kemijskog

potencijala u negativnom smjeru.

Pourbaixov dijagram za ţeljezo

Materijal Eoc/V

Magnezij -1.45 do -1.36

Cink -0.83 do -0.76

Aluminij s 99% al -0.66 do -0.53

Ugljični čelik -0.48 do -0.21

Olovo -0.31 do -0.26

Nikl 0.02

Bakar 0.10 do 0.28

Krom 0.23

Srebro 0.30

Titan 0.37

Grafit 0.70

Zlato 0.70

Platina 0.80

81

KATODNA ZAŠTITA

Pri pozitivnijim

vrijednostima

elektrodnog

potencijala od Ez1

postoji mogućnost

otapanja metala, dok

pri vrijednostima

pozitivnijim od Ez2

postoji mogućnost

pojave tzv. vodikove

krtosti. I područje mogućnost preintezivnog razvijanja vodika – prezaštita

II područje djelotvorna zaštita

III područje moguće otapanje metala – podzaštita

82

KATODNA ZAŠTITA

Ovisno o vrsti anode

koji koristimo

razlikujemo katodnu

zaštitu:

Metodu žrtvujućih

(galvanskih) anoda s

kontaktom zaštićenog

metala s

neplemenitijim

metalom

Metodu upuštene

struje djelovanjem

vanjskog izvora struje

KATODNA ZAŠTITA

83

Prednosti katodne zaštite

Tretira glavni uzrok korozije

Sprečava koroziju duţ cijele konstrukcije

Za razliku od klasičnih vrsta popravaka katodna zaštita djeluje na uzorke,a ne simptome korozije. Klasični popravci često rezultiraju novomkorozijom uz mjesto popravka, što samo ubrzava koroziju i unutarnekoliko godina uzrokuje velike štete na konstrukciji.

Nedostatci katodne zaštite

Prolazak visokih razina električne struje moţe imati nepovoljanučinak na čelik.

Ne moţe se primijeniti duţ električnih izoliranih slojeva ili površina.

Cijela konstrukcija mora biti vodljiva.

KATODNA ZAŠTITA

84

Faktori koji utječu na dimenzioniranje KZ

Ekonomska opravdanost

Konstrukcija-metal

Struktura tla, okolni objekti

Mogućnost postojanja lutajuće struje

Izbor sistema

Izvor el. struje

• danas to mogu biti npr solarne ćelije

KATODNA ZAŠTITA

85

Osnovni zahtjevi za metal koji štitimo Metal kojeg štitimo mora se nalaziti u mediju koji provodi struju.

Električni kontinuitet provjerava se mjerenjem otpora.

Potrebno je odrediti stupanj korozije i oštećenosti.

Zahtjevi za vodiče Pravilno spojeni.

Zaštićeni od vanjskih utjecaja.

Potrebno je odvojiti suprotne vodiče kako ne bi došlo do galvanske korozije.

Okolni objekti Mogu utjecati na protok struje u konstrukciji.

Potrebna su kontrolna mjerenja zbog različitosti u potencijalima naročito kod KZutisnutom strujom.

Potencijal i provodljivost tla bitna je kod sistema ţrtvujućih anoda gdje se teanode nalaze u tlu.

KATODNA

ZAŠTITA

Objekt koji ţelimo

štititi spaja se s

metalom koji

ima negativniji

elektrokemijski

potencijal od

objekta.

Metal korodira i

na taj način štiti

objekt od

oštećenja.

Metoda žrtvujućih anoda

86

Materijal Eoc/V


Cink -0.83 do -0.76



Olovo -0.31 do -0.26

Nikl 0.02

Bakar 0.10 do 0.28

Krom 0.23

Srebro 0.30

Titan 0.37

Grafit 0.70

Zlato 0.70

Platina 0.80

KATODNA ZAŠTITA

87

Metoda žrtvujućih anoda

Zaštita djeluje bez izravnog izvora struje na principu galvanskekorozije.

Galvanska korozija

U spoju dva metala različitog potencijala dolazi do tečenja strujemeĎu njima (anodakatoda) zbog razlike njihovih prirodnihpotencijala.

Nastala struja uzrokuje anodno-katodnu reakciju i dolazi dokorozije na “slabijem” metalu koji tada postaje anoda.

“Ţrtvujuća anoda” je direktno spojena s katodom da seuspostavi strujni krug.

88

KATODNA ZAŠTITA

Metoda

žrtvujućih

(galvanskih)

anoda

“Ţrtvujuća anoda” je

direktno spojena s

katodom da se uspostavi

strujni krug.

KATODNA ZAŠTITA

89

Metoda žrtvujućih (galvanskih) anoda

Ţrtvovane anode su:

mangan,

aluminij i

cink.

Najčešće korišteni metal je cink

Ima niţi potencijal od čelika pa prirodno uzrokuje el. struju kojomse tretira uzrok korozije.

Ne zahtjeva dodatni izvor el. struje (ušteda na el. energiji),

Ne zahtjeva mjesečne preglede (polugodišnja ili godišnjanadgledanja).

KATODNA ZAŠTITA

90

Metoda žrtvujućih (galvanskih) anoda

Prednosti:

Neovisnost o izvoru struje

Jednostavnost ugradnje

Učinkovitost (dovodi čelik u zaštićeno katodno stanje)

Svestranost (moţe biti primijenjen na sve površine, bez obzira pod kojimkutom stoje)

Ekonomičnost (zahtjeva minimalno odrţavanje tijekom trajanja)

Nedostatci:

Gubitak materijala anode i potreba za njenim povremenim mijenjanjem.

Neprimjenjivost u područjima s većim otporom.

Mogućnost zagaĎenja okoliša produktima korozije.

Male vrijednosti zaštitnih struja.

KATODNA ZAŠTITA

91

Metoda žrtvujućih (galvanskih) anoda - primjer

Morska voda

Aluminij anoda

Anodna veza

Element koji štitimo (čelik)

*

*zbog sličnog potencijala s čelikom bolje ga je izbjegavati

KATODNA ZAŠTITA

92

Metoda upuštene struje

Djeluje pomoću izvora istosmjerne struje kojim potiče tečenjestruje od anode prema metalu kojega štitimo i time ga pretvarau katodu.

Struja potrebna za zaštitu konstrukcije dobiva se iz električnemreţe, solarnom energijom ili kombinacijom.

Sadrţi:

Anodu koja moţe biti pojedinačna, u obliku mreţe, presvlaka.

Izvor istosmjerne struje.

Vodiči anoda-izvor, katoda-izvor.

KATODNA ZAŠTITA

93


Anode moraju biti:

Dobri vodiči

Dobre meh. karakteristike

Najčešće su:

Titan,

Grafit,

Premazi prskanjem,

Utiskivanje otopljenog metala...

Materijal Eoc/V


Cink -0.83 do -0.76



Olovo -0.31 do -0.26

Nikl 0.02

Bakar 0.10 do 0.28

Krom 0.23

Srebro 0.30

Titan 0.37

Grafit 0.70

Zlato 0.70

Platina 0.80

KATODNA ZAŠTITA

94

Metoda upuštene struje - primjer

Istosmjerna struja

Element koji štitimo (čelik)

Upuštena anoda

Morska voda

Izolirani anodni kabel

Spoj s elementom

Primjer Mirna

Očekivano vrijeme trajanja

inertnih anoda od 30 godina

potrebna gustoća struje je 30

mAm-2

anodni materijal legura

FeSi(14,5)Cr(4,5)

95

KATODNA ZAŠTITA

KATODNA ZAŠTITA

96

Metoda žrtvujuće anode

Jednostavnost, ne narušava konstrukciju

Neovisne o izvoru

Lokalna zaštita

Ne utječe na okoliš

Za male izolirane konstrukcije, lokalna zaštita


Velika jakost struje

Regulacija jačine struje

Potreban izvor

Monitoring

Za velike konstrukcije

U

S

P

O

R

E

D

B

A

ANODNA ZAŠTITA

97

Polarizacija metala se provodi:

Izvorom istosmjerne struje

Spajanje s pozitivnim polom

Katodnim protektorima

Spajanje s elektropozitivnijim metalom

ANODNA ZAŠTITA

98

Primjenjuje se samo na metalima kod kojih postoji

prijelaz u pasivno stanje:

Čelici

NehrĎajući čelici

Aluminijeve legure

Kromove i titanove legure

Zbog skupe instalacije (potenciostata) i drugih ograničenja ne

upotrebljava s

99

ANODNA ZAŠTITA

Cilj je odrţati potencijal čelika u pasivnom području polarizirajući strukturu u elektropozitivnomsmjeru.

Upotrebljava se u sredinama gdje nije primjerena upotreba katodne zaštite, poput jako luţnatih ili kiselih okoliša.

Najčešće u agresivnom okolišu industrije, primjerice za zaštitu spremnika za čuvanje sulfatne kiseline.

Ecorr (korozijski potencijal)

Početni pasivni potencijal

Transpasivno područje

Pasivno područje

Aktivno područje

Gustoća korozijske struje

Po

ten

cija

l

ko

nst

ruk

cije

Ponovimo

100

Metode zaštite od korozije pri projektiranju konstrukcija


Pravilan odabir materijala

Površinska zaštita metala – prevlake

Metalne, anorganske, organske

Zaštita metala promjenom korozijske sredine

Uklanjanjem aktivatora korozije iz agresivne sredine

UvoĎenjem inhibitora korozije u agresivnu sredinu

Elektrokemijska zaštita

Katodnu zaštitu

Anodnu zaštitu

PITANJA

101

Nabrojite metode zaštite metala.

Navedite koje konstruktivne mjere zaštite poznajete.

Navedite prednosti i nedostatke upotrebe nehrĎajućih čelika.

Objasnite mehaničku obradu kao postupak pripreme površine prije nanošenjapovršinske zaštite metala.

Objasnite postupak pjeskarenja.

Navedite koje metode nanošenja metalnih presvlaka poznajete.

Navedite i objasnite primjer metode vrućeg uranjanja.

Objasnite postupak galvanizacije.

Navedite prednosti i nedostatke metode vrućeg prskanja.

Objasnite postupak nanošenja i navedite svojstva organskih prevlaka.

Navedite koje metode zaštite promjenom korozijske sredine poznajete.

Objasnite metodu katodne zaštite.

Navedite prednosti upotrebe metode ţrtvujućih anoda.

Usporedite elektrokemijske metode zaštite ţrtvujućom anodom i upušteno strujom.

LITERATURA

102

(n.d.). Retrieved from www.corrosion-doctor.com.

555-011, S. (1990). Površinska zaštita čeličnih konstrukcija. Zurich: TK-SZS

(Tehnička komisija Švicarske središnjice za čelične konstrukcije).

Ivan Esih, Z. D. (1990). Tehnologija zaštite od korozije. Zagreb: Udţbenici

Zagrebačkog sveučilišta.

Stupnišek-Lisac, E. (2007). Korozija i zaštita konstrukcijskih materijala.

Zagreb: Fakultet kemijskog inţenjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu.

MEHANIKA TRAJNOSTI

BETONA

SLJEDEĆE PREDAVANJE

zaštita metala od korozije

Documents