Korozja metali i ochrona przed korozją

Co to jest korozja?

Niektórzy sądzą, że korozja metali jest tym samym, co rdzewienie metali. Jednak nie powinno się mylić tych pojęć, mimo że są ze sobą powiązane. Korozja jest rodzajem utleniania metali, a rdzewienie to po prostu jeden z jej etapów. Rdza tworzy się, gdy wystawiamy metal zawierający w swoim stopie żelazo na działanie tlenu i wody. Na powierzchni metalu pojawia się wtedy warstwa tlenku żelaza w rdzawym kolorze. Natomiast w wyniku korozji każdy metal pokrywa się tlenkami metali lub soli i jest to wynikiem reakcji na działanie powietrza i chemikaliów.

W celu uniknięcia rdzewienia warto korzystać z takich stopów metali lub pierwiastków, które dzięki połączeniu oddziałują na siebie i tworzą warstwę ochronną na powierzchni zewnętrznej. Powstaje wtedy bariera, ograniczająca przedostawanie się tlenu i powietrza oraz penetrację wewnętrznych struktur. Metale żelazne, które nie zawierają innych reaktywnych metali, są przez to podatne na rdzę. Rdza może również wpływać na stopy żelaza, jak choćby stal.

Rdzewienie żelaza może też wystąpić, gdy żelazo wejdzie w reakcję z chlorkami w środowisku beztlenowym. Co ciekawe korozja metali może nastąpić w sytuacji, gdy metal wejdzie w reakcję z wodorem, prądem elektrycznym, brudem, a nawet bakteriami. Możliwe jest również korodowanie metali, gdy zostaną one poddane zbyt dużym naprężeniom, co spowoduje pękanie materiału i umożliwi przeniknięcie czynnika inicjującego korozję do wewnętrznych struktur.

Rodzaje korozji metali

Korozja jednolita to najpowszechniejsza forma korozji, która z reguły zachodzi równomiernie na dużych obszarach powierzchni materiału.
Korozja galwaniczna zachodzi wtedy, gdy dwa metale lub stopy stykają się ze sobą. Przyczyny korozji mogą być różne np. metale różnią się elektrochemicznie, są ze sobą w kontakcie elektrycznym lub są wystawione na działanie elektrolitu np. słonej wody. W sytuacji, gdy dwa metale są zanurzone razem, wtedy bardziej aktywny metal (anoda) koroduje szybciej niż bardziej szlachetny metal (katoda).
Korozja wżerowa to korozja miejscowa, która polega na tym, że na metalu pojawią się plamy i wżery. Pojawiają się one w sytuacji miejscowego zniszczenia ochronnej warstwy metalu np. poprzez uszkodzenie lub pęknięcie warstwy tlenku lub powłoki ochronnej. Może być też spowodowana niejednorodnością struktury metalu. Jest to jedna z najbardziej agresywnych form korozji, a do tego w wielu przypadkach trudna do wykrycia.
Korozja szczelinowa atakuje miejsca szczególnie podatne na starcie powłok ochronnych oraz takie, w których jest ograniczony dostęp tlenu np. połączenia śrubowe lub nitowe. Korozja ta wynika z różnicy w stężeniu jonów między dwoma obszarami metalu, a to z kolei uniemożliwia cyrkulację tlenu, zatrzymuje ponowną pasywację i powoduje gromadzenie się stojącego roztworu. Brak równowagi między szczeliną a resztą metalu przyczynia się do wysokiego tempa korozji. Korozja ta może przebiegać w niższych temperaturach niż korozja wżerowa, ale można ją zminimalizować poprzez odpowiednią konstrukcję złącza.
Korozja naprężeniowa in. pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC) zachodzi najczęściej w przypadku stopów niż czystych metali i zależy od środowiska chemicznego, w którym metal się znajduje. Często do korozji przyczynia się nawet niewielkie stężenie aktywnych chemikaliów, które może doprowadzić do zniszczenia ciągliwych metali poddawanych naprężeniom rozciągającym, szczególnie w wysokich temperaturach.
Korozja międzykrystaliczna powstaje, gdy na granicach ziaren znajdują się zanieczyszczenia powstałe w trakcie zastygania stopu. Powodem jej powstania może być również wzbogacenie lub zubożenie pierwiastka stopowego na granicach ziaren. Korozja powstaje wtedy wzdłuż lub w sąsiedztwie ziaren wpływając na właściwości mechaniczne metalu, mimo że pozostaje on nienaruszony.

Korozja a rodzaje stopów metali

Korozja metali to proces, któremu możemy w dużym stopniu zapobiec lub przynajmniej go zminimalizować. Umożliwia to wybór odpowiedniego do danego zlecenia metalu odpornego na korozję. Inwestycja w wysokowydajny stop metalu pozwoli na ograniczenie późniejszych kosztów oraz pracy związanych choćby z konserwacją metalowych elementów. Warto przy tym pamiętać, że każdy metal odporny na korozję ma swoje własne właściwości i skład, który radzi sobie z niektórymi rodzajami korozji lepiej niż z innymi:

Stal stopowa jest mieszanką pierwiastków i zawiera żelazo, więc może nie tylko korodować, ale i rdzewieć. Jednak większość stali nierdzewnych zawiera minimum około 18% chromu, który w postaci tlenku chromu tworzy warstwę ochronną na powierzchni metalu. Dzięki temu chroni go przed korozją, a zawartość chromu i molibdenu przed rdzewieniem.
Stop aluminium nie zawiera żelaza, więc nigdy nie zardzewieje. Natomiast na pewno się utleni, tworząc na powierzchni tlenek glinu, a dzięki tej warstwie będzie bardziej odporny na korozję.
Stop magnezu również nie zawiera żelaza, więc nie zardzewieje. Jest jednak podatny na korozję, zwłaszcza galwaniczną, która wygląda jak szary film na powierzchni metalu.
Stop cynku podobnie jak stop żelaza nie zawiera żelaza. W kontakcie z powietrzem reaguje on na dwutlenek węgla i tworzy warstwę węglanu cynku. Zabezpiecza to metal i zapobiega jego reakcji z powietrzem i wodą. Dlatego używamy cynku do cynkowania innych metali
i zapobiegania korozji.

Korozja metali – ochrona…

Metal jest podatny na korozję a jej rodzaj i tempo postępowania zależy od rodzaju metalu, ale również od środowiska, w którym się znajduje. Niezależnie od doboru stopu metalu do produkcji danego detalu i tak warto dodatkowo go zabezpieczyć przez korozją. Wykończenie detali poprzez nałożenie specjalnej powłoki na ich wierzchnią warstwę może zapewnić ich lepszą trwałość. Rodzaj tej powłoki zależy od rodzaju podłoża, na które będzie nałożona a jej dobór musi być precyzyjnie przemyślany.

Korozja metali – jakie są wybrane rodzaje powłok ochronnych?

Anodowanie to proces tworzenia ochronnej warstwy tlenku na powierzchni metalu – najczęściej spotykane jest anodowanie aluminium, które reaguje najefektywniej. W trakcie tego procesu warstwa tlenku tworzy się szybciej i jest grubsza, niż ta wytworzona naturalnie. Sam proces polega na zanurzeniu aluminiowych elementów w zbiorniku wypełnionym roztworem elektrolitycznym z katodą. Następnie przez aluminium przepływa prąd elektryczny, który utlenia się tworząc warstwę ochronną na powierzchni metalu.

Cynkowanie to powłoka stosowana w przypadku stali i żelaza. W trakcie tego procesu metal jest zanurzany w kąpieli stopionego cynku. Po wyjęciu i w kontakcie z powietrzem metal będzie reagował z tlenem i dwutlenkiem węgla, tworząc ochronną warstwę węglanu cynku na powierzchni metalu.

Galwanizacja polega na pokryciu cienką warstwą cząstek metalicznych powierzchni metalowego detalu. Proces polega na zanurzeniu przedmiotu w kąpieli zawierającej rozpuszczony metal, taki jak chrom, kadm lub nikiel. Kolejnym krokiem jest przepuszczenie przez nią prądu elektrycznego. Galwanizacja zapewnia estetyczne wykończenie powierzchni, co jest istotne przy bardziej wymagających detalach. Jest to trudny proces i często wymaga powtórzenia, szczególnie przy elementach narażonych na ścieranie.

Kataforeza polega na nałożeniu farby za pomocą prądu elektrycznego w celu uzyskania jej jak najlepszej przyczepności. Jest to zautomatyzowana metoda malowania, która zapewni doskonałe antykorozyjne wykończenie podkładowe. Metalowy element przyciąga cząsteczki farby, które osadzają się równomiernie na jego powierzchni, dzięki temu że cząsteczki farby są naładowanie przeciwnie do metalu. Proces jest powtarzany do momentu, aż powłoka uzyska odpowiednią grubość i będzie izolować metal. W efekcie uzyskujemy idealnie pomalowane elementy. Metoda ta zapewnia lepsze powlekanie wszelkich elementów dzięki wysokiej penetracji i przyczepności. Można w niej użyć zarówno farb płynnych, jak i proszkowych. Najlepsze efekty uzyskuje się na malowaniu stali węglowej.

Malowanie proszkowe to nakładanie farby w postaci proszku specjalnym pistoletem w kabinie malarskiej. Cząstki powłoki są naładowane elektrostatycznie z biegunowością przeciwną do powlekanego przedmiotu. Sproszkowane cząstki przylegają do powierzchni dzięki różnicy ładunków. Pokryty proszkiem przedmiot zostanie następnie poddany obróbce cieplnej w specjalnym piecu w celu utwardzenia powłoki.

Roczny światowy koszt korozji metali to ponad dwa biliony dolarów. Wg ekspertów 25-30% można by zapobiec, dzięki odpowiedniej ochronie antykorozyjnej. Dlatego ze względów ekologicznych, ekonomicznych a przede wszystkim bezpieczeństwa warto jak najlepiej zabezpieczać metale
i wybierać takie ich stopy, które najlepiej sprawdzą się w danym projekcie.