Magyar Népköztársaság Országos Szabvány EGYMÁSSAL ÉRINTKEZÕ FÉMEK KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA TERMÉSZETES LÉGKÖRI VISZONYOK KÖZÖTT MSZ 4380 86 C 06 620.193.2 Corrosion of metals and alloys. Determination of bimetallic corrosion in outdoor exposure tests MAGYAR SZABVÁNYÜGYI HIVATAL Az állami szabványok hatályára vonatkozó rendelkezéseket a szabványosításról szóló 19/1976. (VI. 12.) MT számú rendelet 5-12. -ai tartalmazzák. A KGST-szabványoknak és a magyar állami szabványoknak a külkereskedelemben való alkalmazását a külkereskedelmi miniszter és a Magyar Szabványügyi Hivatal elnöke a 12/1978. (KkÉ. 14.) KkM-MSZH számú együttes utasításban szabályozta. Az utasítás hatályát a szövetkezetekre a 8/1978. (X. 28.) KkM számú rendelet terjesztette ki. A szabványban szereplõ megjelöléseket, rajz- és betûjeleket, megnevezéseket, minõségi osztály megjelöléseket, valamint a szabványban meghatározott fogalmakat csak az állami szabványban meghatározott értelemben szabad használni, abban az esetben is, ha a szabványtól való eltérés egyébként nincs engedélyhez kötve (19/1976. (VI. 12.) MT számú rendelet 11. ). Méretek mm-ben E szabvány tárgya két, egymással közvetlenül és elektrolit közvetítésével is érintkezõ, különbözõ elektrokémiai potenciálú fém (bimetall, azaz fémpár) természetes idõjárási körülmények hatására bekövetkezõ korróziójának vizsgálata. 1. FOGALOMMEGHATÁROZÁSOK A korrózióval kapcsolatos fogalmakat az MSZ 4386/1 tartalmazza. 2. A VIZSGÁLAT ELVE A vizsgálat során a különbözõ elektrokémiai potenciálú fémeket összeszerelve (fémpárpróbatest) természetes légköri viszonyoknak tesszük ki. Meghatározott idõ eltelte után megvizsgáljuk, hogy a korróziót mennyiben befolyásolta a fémek érintkezése. A fémpárkorrózió mértékét a vizsgálati eredmény felhasználási céljának megfelelõen: a korrodált felületrész nagysága; a károsodás jellege; a korrózió behatolási mélysége; a mechanikai tulajdonságok változása és a korróziós tömegveszteség alapján határozzuk meg. A vizsgálat összehasonlító jellegû. Az egymással érintkezõ fémek korróziójának polarizációs viszonyait (a fémpárkorróziót) az F1. és az F2. fejezet tartalmazza. A jóváhagyás idöpontja: 1986. november 24. A hatálybalépés idõpontja: 1987. július 1. (12 oldal)
MSZ 4380 86 2 3. VIZSGÁLATI TERV A fémpárkorrózió vizsgálatát a vizsgálat céljainak megfelelõen készített terv szerint végezzük, amely tartalmazza: az atmoszférikus igénybevétel idõtartamát; az igénybevétel teljes idõtartamán belül az esetleges közbensõ értékelések számát és idõpontjait; a mintalapok szerinti értékelésekhez szükséges próbatestek számát; az értékeléshez szükséges egyedi mérések jellegét és számát. 4. PRÓBATESTEK 4.1. Fémpárpróbatest Az értékelés módjától függõen, az 1. vagy a 2. ábra szerint, 1-6 mm vastagságú, anódosan, illetve katódosan viselkedõ mintalemezeket (a továbbiakban: anódlemez, illetve katódlemez) készítünk a vizsgálandó fémpár megfelelõ fémébõl, és azokat összeszereljük. 4.2. Összehasonlító próbatest Az összehasonlító próbatest jellemzõi (anyaga, mérete, kimunkálásának iránya, felületkikészítése, valamint jelölése) legyenek azonosak a fémpárpróbatest anódlemezével. Az összehasonlító próbatest tulajdonságai alapján állapítjuk meg, hogy a fémpárpróbatest anódlemeze hogyan károsodna, azonos korróziós igénybevétel hatására, ha nem érintkezne a katódlemezzel. 4.3. Ellenõrzõ próbatest Az ellenõrzõ próbatest jellemzõi a 4.2. szakasz szerint legyenek azonosak a fémpárpróbatest anódlemezével. Az ellenõrzõs próbatest tulajdonságai alapján állapítjuk meg, hogy az anódlemez hogyan károsodna, ha a korróziós hatásokat kizárnánk. Az ellenõrzõ próbatestet az értékelésig minden korróziós hatás ellen védelmet nyújtó zárt térben (sötét helyen, exszikkátorban) tároljuk. 4.4. A próbatestek azonosítása A próbatestek azonosító adatait az "A" mintalap szerint rögzítjük. 4.5. A próbatestek száma a próbatestek számát a 3. fejezet szerint határozzuk meg. Egy vizsgálathoz legalább 3-3 fémpár, - összehasonlító és ellenõrzõ próbatest szükséges. Mivel a roncsolásos közbensõ értékelés után a próbatesteket tovább vizsgálni nem szabad, a próbatestek számát a roncsolással járó közbensõ értékelések számának figyelembe vételével határozzuk meg. 4.6. A próbatestek elõkészítése A próbatesteket közvetlenül az igénybevétel elõtt etilalkohollal vagy acetonnal zsírtalanítjuk. A tömegveszteség-méréssel értékelõ vizsgálatoknál a próbatesteket 24 órán át exszikkátorban tároljuk. Ezt követõen tömegüket ± 0,1 mg pontossággal megmérjük. A fémpárpróbatest igénybevétele elõtt legalább 0,1 Ω méréshatárú módszerrel megmérjük az anód- és katódlemez közötti villamos ellenállást. Ez az érték - fémes érintkezés esetén - ne legyen több, mint 1 Ω. Megjegyzés: Az igénybevétel során idõnként ellenállásméréssel ellenõrizzük az anód- és a katódlemez fémes érintkezését.
3 MSZ 4380 86 1 2 Katódlemez 3 Csiszolatok a mikroszkópos vizsgálathoz 4 A kimunkálandó szakító próbatest 5 Csavar (M8x40) 6 Alátét ( 16x1) 7 Szigetelõ alátét ( 20x1-3) 8 Szigetelõpersely 9 Csavaranya 10 Fémpárkorróziós zóna 1. ábra Fémpárpróbatest a mechanikai tulajdonságváltozások alapján való korrózióértékeléshez
MSZ 4380 86 4 1 2 Katódlemez 3 Csavar (M8x40) 4 Alátét ( 16x1) 5 Szigetelõ alátét ( 20x1-3) 6 Szigetelõpersely 7 Csavaranya (M8) 8 Csiszolatok a mikroszkópos vizsgálathoz 9 Fémpárkorróziós zóna 2. ábra Fémpárpróbatest a tömegveszteség alapján való korrózióértékeléshez Megjegyzés: Ha a vizsgálat megkezdése elõtt nem ismerjük, hogy melyik fém válik anóddá és melyik katóddá, akkor mindkét polaritást feltételezve, két fémpárpróbatestet kell készítenünk. A fémpárpróbatest polarizációs viszonyait befolyásoló tényezõk az F1. és az F2 fejezetben találhatók.
5 MSZ 4380 86 A próbatest készítéséhez felhasznált próbalemezek felülete szabad szemmel látható hibáktól (pl. hengerlési hiba, repedés, pórus, karcolás) és a vágási sorjától mentes legyen. Az anód- és a katódlemez felületi simasága olyan legyen, hogy összeszorításuk után 0,02 mm-t meghaladó rések ne maradjanak. Megjegyzés: A sorjázott próbalemezek felületi érdessége (R a) célszerûen 0,75-2,5 µm közötti legyen. A próbalemezek azonosító jelét a vizsgálat kiértékelését nem zavaró helyen és módon helyezzük el úgy, hogy az a vizsgálat teljes idõtartama alatt megfigyelhetõ legyen. A fémpárpróbatest összeállításakor a próbalemezeket a szorítócsavartól és a csavaranyától mûanyagból (polietilén vagy polipropilén) készült persellyel és alátétekkel kell villamosan elszigetelni. A szorítócsavar és a csavaranya olyan anyagú vagy bevonatú legyen, hogy a vizsgálat körülményei között rajtuk a kiértékelést befolyásoló korróziós termékek ne keletkezzenek. A csavarkötés meghúzási nyomatéka legalább 5 N m legyen. 5. VIZSGÁLAT A fémpárpróbatesteket és az összehasonlító próbatesteket (lemezeket) a vizsgálat céljának megfelelõen - nyitott vagy fedett térben - állványon, attól villamosan elszigetelve helyezzük el. A próbatestek megjelölt felülete fölfelé nézzen, hossztengelyük észak-déli tájolással, déli irányba lejtve, 45 -os szöget zárjon be a vízszintessel. A vizsgálat további elõírásait az MSZ KGST 1767 és az MSZ 4395 tartalmazza. Ha közbensõ értékelésre kerül sor, akkor csak a roncsolásmentesen értékelt próbatesteket szabad további igénybevételnek kitenni. A próbatestek azonosító adatait az "A" mintalap szerint rögzítsük. Azonosító jel Anyag Anyagjellemzõk (típusjel, hõkezelés stb.) "A" mintalap A próbatestek azonosító adatai Katódlemez Ellenõrzõ próbatest Összehasonlító próbatest Katódlemez Katódlemez Méretek mm Katódlemez A felület állapota Katódlemez A bevonat típusa és vastagsága mm Katódlemez Az összeszerelt fémpróbatest bevonatának típusa és vastagsága, mm Az anód- és a katódlemez között mért villamos ellenállás, Ω A vizsgálat kezdetének idõpontja A vizsgálat helye és a próbatestek elhelyezésének módja, szöge A vizsgálat befejezésének idõpontja
MSZ 4380 86 6 6. ÉRTÉKELÉS 6.1. Általános elõírások Az igénybevétel után vagy a közbensõ idõpontban végzett értékelésnél a fémpárpróbatestet és az összehasonlító próbatestet a vizsgálati állványról leemeljük, és a megfigyelt változásokat rögzítjük. A szétszerelt anód- és katódlemez, valamint az összehasonlító próbatest felületérõl a lazán tapadó korróziós termékeket a fémfelület megsértése nélkül eltávolítjuk. Ezt követõen bejelöljük a fémpárkorróziós zónát, a kimunkálandó mechanikai próbatest és a mikroszkópi csiszolat körvonalait. A fémpárkorróziós zóna az anódlemeznek az 1. és a 2. ábra szerint ráhelyezett katódlemez körüli 10 mm-es sávja. A vizsgált elektrokémiai rendszer (anód- és katódlemez) fémpárkorrózióját a fémpárpróbatest anódlemezének a fémpárkorróziós zónában bekövetkezõ károsodásával, illetve ennek és az összehasonlító próbatest hasonló jellegû károsodásának arányával jellemezzük, az értékelendõ változásnak megfelelõ mintalap szerint. Az értékelést - ahol lehetséges - külön-külön végezzük el a megjelölt (fölfelé nézõ) homlokfelületen és a hátoldalon. A vizsgálat eredményének megadásakor legalább három próbatestet értékelünk a megfelelõ mintalap szerint úgy, hogy a számszerû eredmények számtani átlagát képezzük, a szöveges értékeléseket pedig külön-külön adjuk meg. 6.2. Értékelés a korrodált felületrész nagysága és a károsodás jellege alapján Az értékelést a "B" mintalap szerint végezzük. Megjegyzés: A korrodált felületrész nagyságát, illetve a korróziós nyomok (pontok) számát célszerû az MSZ KGST 1255 szerinti, 5 mm-es osztású négyzetrácsos módszerrel meghatározni. "B" mintalap Értékelés a korrodált felületrész nagysága és a károsodás jellege alapján A vizsgálat kezdete: ; vége: Az anódlemez azonosító jele: Mattulás A korróziós nyomok színe, mérete eloszlása A korrózió megjelenési formája (egyenletes, Az anódlemez egyenetlen, általános, helyi stb.) korróziós felületi A korróziós károsodás elhelyezkedése, jellemzõi kiterjedése mm-ben A korróziós nyomok cm 2 -enkénti száma (n 1 ) A kettõsfémkorróziós zóna korrodált felületrésze (S 1 ) %-ban Az összehasonlító próbatest azonosító jele: Mattulás Az összehasonlító próbatest korróziós felületi jellemzõi A korróziós nyomok színe, mérete eloszlása A korrózió megjelenési formája (egyenletes, egyenetlen, általános, helyi stb.) A korróziós károsodás elhelyezkedése, kiterjedése mm-ben A korróziós nyomok cm 2 -enkénti száma (n 2 ) A korrodált felületrész (S 2 ) %-ban Fémpárkorróziós A korróziós nyomok aránya (n 1 /n 2 ) mutatók A korrodált felületrészek aránya (S 1 /S 2 ) A mintalap szerinti értékelést a homlokfelületen és a hátoldalon is végezzük el.
7 MSZ 4380 86 6.3. Értékelés a korrózió behatolási mélysége alapján Az értékelést a "C" mintalap szerint végezzük. A korrózió behatolásának mélységét a korrózió termékeinek eltávolítása után az 1. és 2. ábrán kijelölt helyrõl kivágott csiszolaton, mikroszkóppal, vagy tapintós mûszerrel határozzuk meg. A vizsgálat kezdete: Azonosító jel A korrózió típusa A korróziós behatolási mélysége "C" mintalap Értékelés a korrózió behatolási mélysége alapján ; vége: Összehasonlító próbatest a fémpárkorrózió zónájában az összehasonlító próbatesten a homlokfelületen a hátoldalon a fémpárkorrózió zónájában az összehasonlító próbatesten a fémpárkorrózió zónájában az összehasonlító próbatesten h f1/h f2 A fémpárkorróziós h f1 / h f2 ; mutatók h r1 / h r2 ; h r1/h r2 a homlokfelületen a hátoldalon a homlokfelületen a hátoldalon a mért legnagyobb behatolási mélység (h f1 ) mm az öt legnagyobb behatolási mélység számtani átlaga (h f1) mm a mért legnagyobb behatolási mélység (h f2 ) mm az öt legnagyobb behatolási mélység számtani átlaga (h f2) mm a mért legnagyobb behatolási mélység (h r1 ) mm az öt legnagyobb behatolási mélység számtani átlaga (h r1) mm a mért legnagyobb behatolási mélység (h r2 ) mm az öt legnagyobb behatolási mélység számtani átlaga (h r2) mm 6.4. Értékelés a mechanikai tulajdonságok változásának figyelembe vételével Az értékelést az R m, szakítószilárdság, Az R p 0,2 folyáshatár és az A nyúlásértékek változása alapján a "D" mintalap szerint végezzük.
MSZ 4380 86 8 Az anódlemez szakítószilárdságának (R mt ) változását az ellenõrzõ próbatest szakítószilárdságához (R mc ) viszonyítva százalékban a következõ képlettel számítjuk ki: K Rm R mc R = R mc mt 100 Az összehasonlító próbatest szakítószilárdságának (R mr ) változását az ellenõrzõ próbatest szakítószilárdságához (R mc ) viszonyítva százalékban a következõ képlet szerint számítjuk ki: K Rm R mc R, = R mc mr 100 A fémpárkorrózióra jellemzõ szakítószilárdság változását százalékban, a következõ módon számítjuk ki: K Rm, - K' Rm, A folyáshatár változásait (K Rp,) és a nyúlás megfelelõ változásait (K A', illetve K' A' ) ugyanúgy számítjuk ki. "D" mintalap Értékelés a mechanikai tulajdonságok változása alapján A vizsgálat kezdete: Azonosító jel Összehasonlító próbatest Ellenõrzõ próbatest R mt, MPa Az anódlemez mechanikai R p 0,2, MPa jellemzõi A t, % R mr, MPa Az összehasonlító próbatest R p 0,2, MPa mechanikai jellemzõi A r, % R mc, MPa Az ellenõrzõ próbatest mechanikai R p 0,2c, MPa jellemzõi A c, % K Rm', % Az anódlemez mechanikai K Rp', % tulajdonságainak változása K A', % Az összehasonlító próbatest K' Rm', % mechanikai tulajdonságainak K' Rp', % változása K' A', % K Rm' - K' Rm', % A fémpárkorróziós mutatók K Rp' - K' Rp', % K A' - K' A', % ; vége: Megjegyzés: A mechanikai jellemzõk változását az 1. ábrán szakító próbatest felhasználásával, az MSZ 105/1, illetve az MSZ 105/5 szerinti szakítóvizsgálattal határozzuk meg.
9 MSZ 4380 86 6.5. Értékelés a korróziós tömegveszteség alapján Az értékelést az "E" mintalap szerint végezzük el. Az igénybevételt követõen a próbatestekrõl a korróziós termékeket távolítsuk el. A tömegmérés elõtt a próbalemezeket mossuk le, etil-alkohollal, acetonnal vagy középbenzinnel zsírtalanítsuk. Ezt követõen legalább 24 órára helyezzük azokat exszikkátorba. A próbalemezek tömegét ±0,1 mg, felületüknek nagysását ±0,1 cm 2 pontossággal mérjük meg. A vizsgálat Az anódlemez Az összehasonlító próbatest "E" mintalap Értékelés a korróziós tömegveszteség alapján kezdete vége azonosító jele Az anódlemez felülete (S 1 ), m 2 Az anódlemez katódlemezzel eltakart felülete (S 2 ), m 2 Az ellenõrzõ próbatest felülete (S 3 ), m 2 Az anódlemez Az összehasonlító próbatest tömege a légköri igénybevétel elõtt (m 11 ), g tömege a légköri igénybevétel után (m 12 ), g tömegveszteség ( m 1 ), g tömege a légköri igénybevétel elõtt (m 21 ), g tömege a légköri igénybevétel után (m 22 ), g tömegveszteség ( m 2 ), g Az anódlemez korróziójának mértéke (K ml ), g/(m 2 év) Az összehasonlító próbatest korróziójának mértéke (K m2 ), g/(m 2 év) Az anódlemez korróziójának sebessége (K vl ), mm/év Az összehasonlító próbatest korróziójának sebessége (K v2 ), mm/év Fémpárkorróziós mutatók K m1 /K m2 K v1 /K v2 %
MSZ 4380 86 10 Az anódlemez tömegveszteségét ( m 1 ) a katódlemez által el nem takart (S 1 -S 2 ) felületrészre vonatkoztatjuk. A tömegveszteségbõl (az 1 évre számított korrózió mértékébõl, K m ) - figyelembe véve az anódlemez anyagának sûrûségét (ρ) - a korrózió sebességét mm/év-ben (K v ), a következõ képlettel számítjuk ki: ahol K V 1 = K 3 10 ñ ρ az anódlemez sûrûsége, g/cm 3 ; K ml az anódlemez korróziójának mértéke, g/(m 2 év) 1 m 7. VIZSGÁLATI JEGYZÕKÖNYV A vizsgálati jegyzõkönyvnek a következõ adatokat kell tartalmaznia: a vizsgálat célját; a vizsgálati tervet; az anód- és katódlemez jellemzõit az "A" mintalap szerint; a próbatestek elhelyezésének jellemzõit; a légköri igénybevétel körülményeit; a vizsgálat idõpontját, idõtartamát, helyét; a vizsgálati eredmények értékelését a megfelelõ mintalap szerint; az értékelést végzõ személy nevét; e szabvány évszámjel nélküli azonosító jelzetét. Megjegyzés: A vizsgálati tervnek és a vizsgálat céljának megfelelõen a vizsgálati jegyzõkönyv kiegészíthetõ fényképekkel, diagrammokkal, vázlatokkal. VÉGE
11 MSZ 4380 86 FÜGGELÉK F1. A FÉMPÁRKORRÓZIÓ POLARIZÁCIÓS VISZONYAI Azonos elektrolitba merülõ két különbözõ fém (fémpár) - amennyiben árammentes potenciáljaik különbözõek - galvánelemet alkot. A két elektródpotenciál különbsége a galvánelem üresjárási feszültsége. ( 1) ( 2) ( 1) ( 2) [ E E, ha E E ] ko ko ko ko Ha a két elektródot egymással fémesen is érintkezésbe hozzuk (a galvánelemet rövidre zárjuk), a pozitívabb potenciálú elektród katódosan, a negatívabb potenciálú elektród pedig anódosan polarizálódik oly módon, hogy közös potenciált vesznek fel, amennyiben az elektrolit R e ellenállásán és a két fém érintkezésénél fellépõ R á átmeneti ellenálláson esõ E = I g (R e + R á ) feszültség elhanyagolhatóan kicsi ( E 0). A polarizációs viszonyokat a 3. ábra szemlélteti. 3. ábra I g a galvánelem rövidzárási árama, E k pedig a közös korróziós potenciál. A (2) indexszel jelölt elektródon túlnyomórészt az oxidáció, az (1) jelû elektródon pedig túlnyomórészt a redukció játszódik le, ezért nem az elõbbi reverzibilis reakció a potenciálmeghatározó folyamat, hanem a Me Me Z1+ + Z 1 e Ox + Z 2 e Red reakciók stacionárius állapota, ahol a fémoldódás anódos folyamatát az oldat valamelyik komponensének (ez rendszerint O 2 vagy H + ) redukciója követi.
MSZ 4380 86 12 F2. A FÉMPÁRKORRÓZIÓT BEFOLYÁSOLÓ EGYÉB TÉNYEZÕK Az anód és a katód árammentes korróziós potenciáljainak különbsége, a galvánelem üresjárati feszültsége. (Minél nagyobb ez a potenciálkülönbség, általában annál nagyobb a korróziós károsodás mértéke); az anód és a katód felületének aránya. Nagyméretû katód és kisméretû anód esetében az anód nagyobb mértékben polarizálódik, így áramsûrûsége és korróziósebessége nagyobb, mint fordított esetben; hõmérsékletváltozás hatására az árammentes potenciálok olyan mértékben megváltozhatnak, hogy a két elektród szerepet cserél, a T 1 hõmérsékleten katódosan viselkedõ fém T 2 hõmérsékleten anóddá válik, és fordítva; ugyancsak a galvánelem polaritásváltozását okozhatja a korróziós termékeknek (pl. fémionoknak) az elektródok közelében történõ dúsulása is; az elektrolit ellenállása csökkenti az elektródok polarizációját és így a fémoldódás sebességét is, továbbá a nagy elektrolit-ellenállás a korróziós károsodást a két fém érintkezési vonalának környezetére lokalizálja. Ez utóbbi jelenség elsõsorban atmoszférikus igénybevétel esetében figyelhetõ meg, ahol a fémek felületére kondenzált vékony elektrolitfilm ellenállása még savas szennyezés esetében is eléggé nagy. A szövegben említett magyar állami szabványok Fémek, ötvözetek. Szilárdsági vizsgálatok. Lemezek és szalagok szakítóvizsgálata.........msz 105/5 Fémes és nemfémes szervetlen bevonatok vasfémeken. A korróziós károsodás értékelése.........msz KGST 1255 Festékbevonatok és bevonatrendszerek vizsgálata. Tartósság meghatározása természetes légköri viszonyok között.........msz KGST 1767 Fémek korróziója. Fogalmak és meghatározások.........msz 4386/1 Atmoszférikus korrózió természetes kitéti vizsgálata.........msz 4395 A tárggyal kapcsolatos nemzetközi szabványjellegû dokumentum Corrosion of metals and alloys - Determination of bimetallic corrosion in outdoor exposure corrosion tests......... ISO 7441-1984 A szabvány alkalmazása elõtt gyõzõdjön meg arról, hogy nem jelent-e meg módosítása, kiegészítése, helyesbítése, illetve hatálytalanítása, mert a szabványt a kibocsátója a mûszaki haladásnak megfelelõen idõnként átdolgozza. A szabvány érvényességében beálló minden változást a Magyar Szabványügyi Hivatal a Szabványügyi Közlönyben hirdet meg (elõfizethetõ bármely hírlapkézbesítõ postahivatalnál, a Posta hírlapüzleteiben és a Hírlapelõfizetési és Lapellátási Irodánál (HELIR); vásárolható a Budapest, V., Bajcsy-Zsilinszky út 76. alatti Hírlapboltban). A gyakorlati tapasztalatok alapján ajánlatosnak látszó helyesbítõ, módosító indítványokat, észrevételeket megfelelõ indoklással a Magyar Szabványügyi Hivatalhoz, Budapest, IX., Üllõi út 25. (levélcím: Budapest, Pf. 24. 1450) lehet benyújtani. A szabvány beszerezhetõ a Szabványboltban, Budapest, VIII., Üllõi út 24. (levélcím: Budapest, Pf. 162. 1431). F.k.: az MSZH Kiadói Fõosztály vezetõje 87.4892/1, 300 pld. MSZH Nyomda, Budapest F.v.: Nagy László