Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék KORRÓZIÓ. Bevezetés a fémek korróziójába

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék KORRÓZIÓ. Bevezetés a fémek korróziójába"

Albert Illés
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 KORRÓZIÓ Bevezetés a fémek korróziójába

2 Bevezetés A korrózió fogalma, alaptípusai

3 A korrózió fogalma Az üzemelő szerkezetek anyagai gyakran kerülnek kapcsolatba többnyire folyadék vagy gáz halmazállapotú agresszív közegekkel (környezettel): ezek a fizikai rendszerek a termodinamikailag stabilabb állapotba igyekeznek kerülni és ennek eredménye a KORRÓZIÓ jelensége. Károsodási folyamat, hatása jelentős Határfelületi probléma: fém közeg határ

4 A korrózió alaptípusai Kémiai korrózió Más néven: száraz korrózió Pl.: nagy hőmérsékleten, oxidáló közegben Elektrokémiai korrózió Más néven: nedves korrózió Pl.: hajó tengervízben Lényegében galvánelem Gyakoribb eset

5 Lehetséges forgatókönyvek Ha a korróziós feltételek kialakulnak a következő esetek fordulhatnak elő: A fém korrodálni kezd A fém inerten, immunisan viselkedik A fém passziválódik A fém felületén bevonat képződik vegyületréteg

6 Elektrokémiai korrózió

7 Elektrokémiai korrózió Résztvevők : Korróziós közeg, mint elektrolit Korrodáló anyag, mint elektród A kettő együtt az elektrokémiai cella Alapfolyamat: töltéscsere a két fázis között Cu lemez rezes sóoldatban (Cu/Cu 2+ : spontán) Acélszerkezet sós vízben Az elektrolit és az elektród között potenciálkülönbség alakul ki

8 Elektrokémiai korrózió Az egyensúly kialakulása töltésmegoszlásra vezet, és kialakul az elektrokémiai kettősréteg. Vastagsága néhány nm, és a sarkain fellépő potenciálkülönbség V nagyságrendű. Ezt nevezik abszolút elektródpotenciálnak, illetve cellapotenciálnak.

9 Az elektrokémiai egyensúly Az egyensúlyt az alábbi egyenlet fejezi ki: M M z ze Az elektronáramlás két azonos nagyságú, de ellentétes előjelű áramot (Ic) eredményez Az Ic áram neve: kicserélődési áramerősség Egyensúly esetén a két irány Ic áramának összege zérus: az elektród elszigetelt

10 Az elektródpotenciál Az abszolút elektródpotenciált nem lehet megmérni referenciaelektród Normál hidrogénelektród abszolút elektródpotenciálja egyezményesen zérus Kalomelelektród (Hg 2 Cl 2 ) +0,2415 V Az elektródpotenciál értékét a Nernst-egyenlet adja meg: 0 RT z a z M / M ln M zf

11 Standard elektródpotenciál Au Au e 1,830 V Hg Kg e 0,800 V Ag Ag + + e 0,799 V Cu Cu e 0,337 V Ni Ni e 0,257 V Fe Fe e 0,440 V Cr Cr e 0,740 V Zn Zn e 0,763 V Al Al e 1,660 V Ti Ti e 1,750 V Mg Mg e 2,030 V Na Na + + e 2,710 V Cl 2 + 2e - --> 2Cl - +1,36 V 2H + + 2e - --> H 2 E = 0.00 Mg e V

12 Heterogén és homogén korrózió Hetrogén a korrózió, ha helyi mikro-, illetve makroelemek alakulnak ki: Koncentrációbeli inhomogenitás Zárvány, dúsulás Többfázisú anyag Belsőfeszültség eltérések stb. Homogén a korrózió, ha helyi galvánelemek nem alakulnak ki, vagy kialakulnak, de eloszlásuk folytonos és véletlenszerű

13 Általánosítás Általánosítva a korróziós elméletet, annak feltétele, hogy egy fém korrodáljon az, hogy legyen: Egy elektronfelvevő rendszer Protonok redukciója Oldott oxigén redukciója Egy elektron leadó rendszer Korrodáló fém elektroncsere 2H 2e H 2 O H O 4e 4OH 2 2 2

14 A korrózió termodinamikai feltétele Az elektronfelvevő rendszer elektród-potenciálja (ε r ) legyen nagyobb, mint az elektronleadó rendszer (korrodáló fém) elektródpotenciálja (ε m ) 2 Fe Fe 2e H 2H 2e Összességében a reakció: Fe A sebességre nincs adat! 2 2H Fe 2H ε m =-0,62 V ε r= -0,06 V 2

Korróziós közegek Vegyipari gáz, füst Levegő, oxigén Szén-dioxid Kén-oxidok Nitrózus gázok Porok Páratartalom, csapadék Gőz (nedves, száraz) Ivóvizek Tenger és folyóvíz Vízbázisú vegyi

15 Korróziós közegek Vegyipari gáz, füst Levegő, oxigén Szén-dioxid Kén-oxidok Nitrózus gázok Porok Páratartalom, csapadék Gőz (nedves, száraz) Ivóvizek Tenger és folyóvíz Vízbázisú vegyi anyag Nem vízbázisú vegyi anyag Folyékony fém, ötvözet Sóömledék Talaj, mikroorganizmusok Koncentráció Hőmérséklet Nyomás Feszültség Mechanikai Termikus Villamos kóbor áram Tribológiai hatások

16 Feszültségkorrózió Hegesztési varrat mellett, a hőhatásövezetben

17 Villamos kóbor áram hatása 900 mm átmérőjű föld alatti cső, elektromos csatlakozó közelében

18 Gépészeti gyakorlatban A fémes anyagok nedves korrózióját általában valamilyen vizes oldatba való bemerítés okozza, de kiválthatja a korróziók párás atmoszféra, a felületre lecsapódó nedvesség stb. Ezek az atmoszférikus korrózió esetei, amelyek nagyon jellemzőek a szabad levegőn üzemelő szerkezeteknél, berendezéseknél. A vékony nedves filmek korróziós tulajdonságai gyakran igen speciálisak, ami a nagy felület, a kis vastagság és a jellegzetes transzportfolyamatok következménye. A korrózió alapvetően az anyagpárosítástól függ, a közeg tulajdonságait több tényező szabja meg

19 A közeg ph-jának szerepe A korróziós közeg ph-ja befolyással van: Az elektronfelvételi reakcióra Az elektronleadási reakcióra A savas veszélyesebb A ph szerepének szemléltetésére a Pourbaix diagramokat alkalmazzák A Pourbaix diagramok ε(ph) diagramok A diagramok izotermikusak A diagramok meghatározott ion koncentráció-val dolgoznak

20 A Pourbaix diagramok felépítése Korrózió: ionok képződnek, a fém oldódik Passzivitás: stabil oxidok képződnek, oxidréteg képződhet Immunitás: a fém stabil marad (ionkoncentráció<10-6 mol/dm 3 )

21 A közeg egyéb tulajdonságai Oxidációs képesség Minél nagyobb, annál agresszívebb a közeg Szükséges a passziváláshoz Vízben oldott oxigén, nitrátok, kromátok, klorátok Hőmérséklet Növelése gyorsítja a korróziót a transzport folyamatokon keresztül Áramlástani jellemzők Erózió, kavitáció Pangás

22 A közeg egyéb tulajdonságai Hőtranszport-jelenségek Megváltoztathatják a közeg összetételét és jellegét is (pl.: forrás) Oldott komponensek jelenléte Halogén ionok, különösen kloridion Destabilizálják a védőréteget Helyi dúsulás erős ph csökkenés Reaktív S tartalmú komponensek Szulfidok, tioszulfátok, politionátok, tiocianátok Komplexképzők Stabil vegyületeket képeznek könnyebb oldás

23 Megjelenési formák

24 Általános (egyenletes) korrózió Teljes felületen egyenletesen jelentkezik Általában gyors, de az elektrolit transzport folyamatai befolyásolhatják a sebességet Passzív réteg képződhet a folyamat során Rozsdamentes acélok, alumínium Inhibitor filmekkel védett felületen is létrejöhet Könnyű számszerűsíteni (tömegveszteség) Korróziós ráhagyás Költségvonzat (pl.: festés )

25 Általános korrózió Füstcső

26 Kazáncső

27 Helyi korrózió Gyűjtőfogalom, több alfaja is létezik A tömegveszteség egy helyre koncentrálódik Különösen veszélyes, mert: Kis korróziós veszélyességű helyen is jelentkezhet Nagyon kis veszteség is lehet kritikus Nagyon nehéz észlelni A felderítés költsége nagy, kivéve, ha ismert, hogy pontosan mit kell keresni és pontosan hol

28 Helyi korrózió Kondenzátor csővezetéke

29 Lyukkorrózió Más néven pitting Helyi feloldódás, nagyon gyors is lehet Gömbszerű üreget képez mm-es mérettartomány Óvakodj a klorid ionoktól Alumínium ötvözetekre és rozsdamentes acélokra jellemző

30 Lyukkorrózió Egy előhevítő vezetéke

31 Réskorrózió Más néven: késélkorrózió Keskeny, zárt résekben következik be Tömítőgyűrűk, lemezek között stb. Kis áramlásnál, vagy pangó közegben Általában van inkubációs szakasza Szintén a klorid ionok a felelősek Rozsdamentes acéloknál, titán lemezeknél, szénacéloknál jellemző

32 Réskorrózió Cőcsatlakozások

33 Réskorrózió Gőzkondezátor csőcsatlakozása

34 Galvánkorrózió Különböző elektrokémiai tulajdonságú anyagok között alakul ki Minél nemesebb az egyik anyag elektrokémiai szempontból, annál gyorsabb a másik korróziója Pl.: Statue of Liberty, USA, bronz/acél A jelenséget kihasználják a korrózióvédelemben Tartályok, csövek stb. talajban Lásd később: anódos védelem, Mg

35 Galvánkorrózió Csavar, anya és egy másik alkatrész között

36 Szemcsehatármenti korrózió Polikristályos anyagok szemcséinek mentén az anyag gyakorlatilag szétesik A legismertebb esetek: Stabilizálatlan rozsdamentes acélok (C>0,05%) C-ra hevítés után (pl.: a hőhatásövezet-ben) savas környezetben, különösen klorid ionnal Al 7075 T6 a szemcsehatármenti kiválások miatt, klorid ion tartalmú közegben Titán ötvözetek (red fuming nitric acid) Foszforral erősen szennyezett alumíniumbronz korróziója szulfidos vízben

37 Szemcsehatármenti korrózió Gőzvezeték

38 Szemcsehatármenti korrózió Párologtatócső hidrogén indukált feszültség okozta repedés

39 Egyéb korróziófajták Szelektív korrózió Egy vagy több komponens gyorsabban oldódik pl:.: Cu-Zn ötvözetek elcinktelenedése Súrlódási korrózió, fretting Súrlódási: a korróziótermék távozik a zónából Fretting: a korróziótermék nem távozik Kavitáció Hidraulikai lökéshullám sorozat

40 Szelektív korrózió Lemezgrafitos öntöttvas cső

41 Kavitáció Boiler tápszivattyújának első lapátozása és diffúzorgyűrűje

42 Egyéb korróziófajták Eróziós korrózió Nagy sebességgel áramló folyadékok okozzák Rézötvezetek már néhány ms -1 -re érzékenyek Mikrobiológiai korrózió Élő szervezetek megváltoztatják a környezet jellegét Szulfátredukáló baktérium: szulfát szulfid átmenet A baktériumok okozta biológiai hártya kloridionban dús, a korrózió gyorsul

43 Erózió Hőelem burkolat gőzturbina betáp vezetékéből

44 Mikrobiológiai korrózió Helyileg, gömb alakú mélyedések

45 Korrózióvédelem

46 Elv A korróziófajták és a korróziós folyamatok változatossága miatt csak a lehetőségek felmérésével, a konkrét esetek elemzésével lehet megoldani Két fő lehetőség van: A megtámadott anyag befolyásolása A megtámadott anyaggal érintkező közeg befolyásolása

47 A megtámadott anyag oldaláról Passziválódó ötvözetek alkalmazása Korrózióálló ötvözetek alkalmazása Általában erősen ötvözött, drága Passzív és aktív katódos védelem alkalmazása Felületi védőréteg alkalmazása Fémes, szerves, műanyag bevonatok Más szerkezeti anyagok alkalmazása Fa, kő, kerámiák stb.

48 A közeg oldaláról Az oxigén, vagy egyéb korróziós hatóanyag kizárása A ph-érték kedvező megválasztása Passziválószerek adalékolása

49 Aktív katódos védelem

50 Passzív katódos védelem

Hasonló dokumentumok

Gázelosztó rendszerek üzemeltetése III. rész Gázelosztó vezetékek korrózióvédelme

Gázelosztó rendszerek üzemeltetése III. rész Gázelosztó vezetékek korrózióvédelme 1 Korrózió Anyagkárosodás, -rongálódás Az anyag stabil állapota instabillá válik a környező közeg megváltozása miatt A