1

Osnove korozijemetala

KOROZIJA I ZAŠTITA METALAdr Aleksandar Lj. Bojić

• Reč korozija potiče od latinske reči corrodere, što znači nagristi

• Reakcija čvrste materija sa okolinom

• Nenamerno razaranje konstrukcionih materijala, uzrokovano fizičkim,hemijskim, fizičko-hemijskim i biološkim agensima

1

2

2

Korozija počinje na površini metala, odakle se sporije ili brže širi u dubinu, menjajući njegov sastav i osobine

Korozija dovodi do potpunog ili nepotpunog rastvaranja metala ili obrazovanja opne

Pri koroziji metali prelaze u jedinjenja koja se najčešće nalaze u prirodi

proces korozije dobijanje metala iz ruda

Korozija:

• važan faktor krize materijala i energije,

• uzrok znatnih gubitaka u privredi svake zemlje

SAD 2003. godine direktni troškovi korozije:

270 milijardi US $

3,1% BDP-a

1000 US $ godišnje po stanovniku

Godine 2016. direktni troškovi 500 milijardi US $

3

4

3

Sekundarne štete nastale od korozije:

• nesreće,

• ugroženost zdravlja ljudi,

• gubici u proizvodnji,

• teške ekološke katastrofe,

• propadanje kulturne baštine i dr.

Direktni troškovi izazvani korozijom

• zamena korodirale opreme

• izvođenje zaštite

• primena koroziono-otpornih materijala

5

6

4

Indirektni troškovi izazvani korozijom

• Zaustavljanje proizvodnje / pogona

• Gubitak proizvoda

• Smanjenje stepena iskoristivosti - efikasnosti

• Onečišćenje / kontaminacija proizvoda

• Zagađivanje okoline

• Predimenzionisanje konstrukcija

Podela korozije

Korozija u zavisnosti o agresivnoj sredini može se odvijati:

• u atmosferi

• u tlu

• u vodi i vodenim rastvorima

U odnosu na uslove eksploatacije:

• korozija zbog mehaničkog naprezanja, vibracija i korozionog zamora

• korozija nastala pod uticajem lutajućih struja

7

8

5

Prema mehanizmu procesa:• elektrohemijska korozija,• hemijska korozija (gasna korozija)

Elektrohemijska – elektroliti – elektrohemijska kinetikaHemijska – hemijska kinetika heterogenih sistemaRazlikuju se prema sredini odvijanjaGasna sredina – odsustvo kondenzacije H2O –visoka temperatura

Prema geometrijskom obliku:• Opšta korozija• Lokalna korozija:

tačkasta korozija rupičasta korozija (pitting) podpovršinska korozija kontaktna korozija: galvanska korozija i korozija u

procepu

• Selektivna korozija• Interkristalna korozija

Više oblika korozije se može pojaviti istovremeno: pitting uz opštu ili tačkastu koroziju

9

10

6

MEHANIZAMPROCESA

SREDINA

ELEKTROHEMIJSKAKOROZIJA

HEMIJSKA KOROZIJA

GEOMETRIJSKIOBLIK

KOROZIONOGRAZARANJA

Opšta korozija

Lokalna korozija

Interkristalna korozija

Selektivnakorozija

Tačkasta

Rupičasta

Podpovršinska

Kontaktna

Galvanska (bimetalna)Korozija u procepu

Klasifikacija korozionih procesa

Elektrohemijska korozija• metali i legure u dodiru s elektrolitima (voda i

vodeni rastvori kiselina, baza i soli), reakcije oksidacije i redukcije,

• oksidacija: neka supstanca ili smeša supstanci (reducens) oslobađa elektrone, nastaje druga supstanca ili smeša supstanci,

• redukcija: neka supstanca ili smeša supstanci (oksidans) veže elektrone, nastaje druga supstanca ili smeša supstanci.

11

12

7

Procesi koji prate elektrohemijsku koroziju

1. ANODNI PROCES (oksidacija ili jonizacija metala)- rastvaranje metala- oslobađanje elektrona

Me Me2+ + 2e2. KATODNI PROCES I (redukcija H+ ili vodonikova depolarizacija)- trošenje elektrona

2H+ + 2e 2H H2

2. KATODNI PROCES II (redukcija O2 ili kiseonikova depolarizacija)

O2 + 2H2O + 4e 4OH-

npr. 4Fe +3O2 +2H2O 4FeO(OH) ili 2(Fe2O3·H2O)

13

14

8

Rastvor

• Vodonikova depolarizacija: osnovni katodni proces u kiseloj sredini bez jakog oksidacionog delovanja

• Elektroni lokalne katode privlače H+ jone i spajaju se u vodonikove atome molekul vodonika mehurići gasa

• Kiseonikova depolarizacija: elektroliti sadrže rastvoreni kiseonik (atmosfera). Najvažniji tehnički metali (Fe, Zn, Pb) u neutralnim, slabo kiselim i slabo alkalnim rastvorima (kontakt s prirodnim vodama)

15

16

9

Ugljenični čelik - neoksidujuća kiselina:

HCl H+(aq) + Cl-

(aq)

A: Fe - 2e Fe2+ oksidacija - jonizacija metala

K: 2e + 2H+ 2H H2 redukcija - vodonikova depolarizacija

Jonska redoks jednačina: Fe + 2H+ Fe2+ + H2

Molekulska jednačina: Fe + 2HCl FeCl2 + H2

Hemijska korozija metala

Hemijska korozija: delovanje agresivnoghemijskog agensa na površinu materijala(sredine koje ne provode električnu struju)

• sjedinjavanje metala s kiseonikom i drugim elementima iz vrelih gasova (O2, Cl2, S2, N2), procesi na visokim temperaturama (zavarivanje, toplotna obrada, izduvni gasovi SUS)

• korozija metala i legura u neelektrolitima -organske supstance (nafta – S)

17

18

10

• prirode metala koji korodira (sastav, struktura i tekstura)

• prirode sredine koja ga okružuje (sastav i koncentracija sastojaka sredine)

• prirode korozionih proizvoda (fizičke i hemijske osobine proizvoda korozije)

• fizičkih uslova (temperatura, hrapavost površine, naprezanja i napetosti)

• brzine kretanja sredine

Brzina i tok hemijske korozije zavise od sledećih faktora

Vagnerova teorija hemijske korozije

Oksidacija matala u vrućem vazduhu

Metal Oksidni sloj Vrući vazduh

Oksidni sloj jeistovremeno elektronski

i jonski provodnik

Oksidacija metala se sastoji od dve parcijalne reakcije:

A: Me → Mez+ + zeoksidacija (metal/oksidni sloj)

K: z/4O2 + ze → z/2O2-

redukcija (oksidni sloj/vazduh): Me + z/4O2 → Mez+ +

z/2O2- → MeOz/2

19

20

11

Hemijska korozija ugljeničnog čelika

400-575°Cspora

oksidacija

200-400°C spora

oksidacija

>575°Cnaglo ubrzavanje

oksidacije

Ugljenični čelik

-Fe2O3

-Fe2O3-hematit

Ugljenični čelik

-Fe2O3-hematit

Fe3O4-magnetit

Ugljenični čelik

-Fe2O3-hematit

Fe3O4-magnetit

FeO-wüstit

Hemijska korozija Al, nerđajućih čelika i Ti

Aluminijum

Al2O3

Nerđajući čelik

FeO

Fe2O3

Fe3O4-magnetit

Cr2O3

Titan

TiO2

20°C oksidiše navazduhu

20°C oksidiše navazduhu

20°C oksidiše navazduhu

21

22

12

Opšta korozija

• zahvata čitavu izloženu površinu metala

• ravnomerna (jednolika)

• neravnomerna (nejednolika)

Lokalna korozija

Zahvata samo neke delove izložene površinemetala:

• tačkasta korozija

• rupičasta ili pitting korozija

• potpovršinska korozija

• kontaktna korozija (galvanska i krozija u procepu)

23

24

13

• Ograničena na pojedine delove izložene površine

Tačkasta korozija

Rupičasta korozija - pitting

• Rupičasta oštećenja (šupljine) od površine u zapreminu metala

• Ocena stanja površine: gustina, veličina i dubina rupica

• Faktor rupičaste korozije hmax/h - ocena rupičaste korozije u odnosu na opštu koroziju

25

26

14

• Povećanje otpornosti materijala

• Smanjenje agresivnosti korozione sredine (T, pH, deaeracija)

• Inhibicija

• Katodna zaštita

• Smanjenje hrapavosti površine

Smanjenje sklonosti rupičastoj koroziji

Podpovršinska korozija

• A) BUBRENJE: korozioni produkti imaju veću zapreminu od zapremine uništenog metala

• B) LISTANJE (raslojavanje, eksfolijacija):

A B

27

28

15

Kontaktna korozija

• Različiti metali → GALVANSKA KOROZIJA (bimetalna)

• Istovrsni metali → KOROZIJA U PROCEPU

Galvanska korozija

• Dva različita metala u električnom kontaktu (elektrolit)

• Plemenitiji metal galvanskog članka -pretežno ili u potpunosti katoda, a neplemenitiji metal - anoda

29

30

16

Smanjenje sklonosti galvanskoj koroziji

• Odabir kombinacije metala koji imaju relativno bliske korozione potencijale

• Izolacija kontakta različitih metala

• Izolacija anodnog metala od korozivne sredine

Korozija u procepu

• Srodna pitting koroziji

• Nužan oksidans (depolarizator), članak diferencijalne aeracije

• Procep: metal-metal, metal-nemetal

Oko procepa

U procepu

31

32

17

Korozija u procepu

Procep metal/nemetal (gumeni čep)Procep metal/metal

Smanjenje sklonosti koroziji u procepu

• Izbegavanje uskih procepa

• Izbegavanje naslaga

• Katodna zaštita

• Izbegavanje stagnacije sredine

• Drenaža

33

34

18

Napetosna korozija

• Uzrok: istežuća naprezanja (zaostala ili spoljna) uz OH–, Cl–, H2S u sredini (>60C)

• Posledice: pucanje površine (razgranate, transkristalne ili interkristalne pukotine) →lomljenje

Koroziona sredina

Smanjenje sklonosti napetosnoj koroziji

• sniženje istežućeg naprezanja toplotnom obradom

• konstrukcione izmene, obradom mlazom sačme ili staklenih zrna i sl.

• inhibicija• katodna zaštita• zamena metala• deaktivacija sredine

35

36

19

Selektivna korozija

• višefazni materijali (selektivna fazna korozija)• višekomponentni materijali (selektivna

komponentna korozija)• korozija legura kod koje sastojci reaguju

prema udelima različitim od njihovog udela u leguri

• neke komponente/faze legure su elektrohemijski aktivnije i anodno se rastvaraju u galvanskom kontaktu s plemenitijim komponentama/fazama

• primeri selektivnog rastvaranja: decinkovanje mesinga i grafitizacija sivog liva

Selektivna fazna korozija

Grafitizacija sivog liva

37

38

20

Selektivna komponentna korozija

Decinkovanje mesinga

Interkristalna korozija (IKK)

Uslovi nastajanja IKK:• Materijal u senzibiliziranom stanju (vruće

oblikovanje, zavarivanje, toplotna obrada)• Izlučivanje precipitata po granicama zrna• Nerđajući čelik, legure na bazi nikla i

aluminijuma

39

40

21

Posledice: čvrstoća, krunjenje zrna, raspad zavarenog spoja

Smanjenje sklonosti interkristalnoj koroziji

• Žarenje (Cr23C6 se rastvara u leguri) i naglo hlađenje

• Stabilizacija metalima koji grade karbide: Ti, Nb, Ta (grejanjem se između zrna grade TiC, NbC, TaC)

• Snižavanjem udela C < 0.03 % što onemogućava formiranje karbida

41

42