Корозија

Корозија (средњовј. лат. corrosio, од лат. corrodere: нагризати) је трошење конструкцијских материјала хемијским деловањем флуида (гасова или течности). Корозија разара метале и неорганске неметале (нпр. бетон), а учествује и у оштећивању (деградацији) органских материјала (полимерних материјала, дрва). У геологији је корозија општи назив за хемијско трошење стена.

Корозија (рђа) је физичко-хемијски процес оксидације гвожђа. Под обичним условима се одвија под утицајем кисеоника, водене паре, угљен-диоксида. За разлику од гвожђа неки метали као алуминијум, калај, се превлаче компактним слојем оксида који штити метал од корозије.^[1]^[2]^[3]

У техници ваља разликовати хемијску и електрохемијску корозију. Хемијској корозији подложни су метали и проводљиви неметали (на пример графит) у неелектролитима, то јест у сувим плиновима и у непроводним течностима (на пример у мазивим уљима), те непроводни неметали (бетон, керамика, стакло, камен, полимерни материјали, дрво) у плиновима и течностима. Електрохемијској корозији подлежу метали и проводљиви неметали у електролитима, то јест у води и воденим растворима, у влажном тлу, у растопима соли и хидроксида, те у води која потиче из влажног ваздуха или других гасова у облику филма или капљица.

Корозија се у техници често јавља истодобно или узастопно с механичким облицима смањивања употребне вредности металних предмета. Постоје две групе таквих појава. У првој групи, као и приликом корозије, метал губи масу (абразија и ерозија, то јест трошење метала трењем због релативног кретања према чврстим или флуидним материјама). То се догађа, на пример у цилиндрима мотора с унутрашњим сагоревањем, у цевоводима и пумпама. У другој групи тих појава маса материјала се не смањује, али му се погоршавају својства или мења облик. Тако приликом замора опада чврстоћа метала под утицајем динамичких напрезања, а пузањем настаје трајна деформација метала дуготрајним деловањем напрезања. Замор настаје на пример, на деловима возила и на машинама који раде периодични, а пузање у конструкцијама које су на повишеним температурама изложене механичком оптерећењу.^[4]

Корозија узрокује големе материјалне штете, а често и несреће с катастрофалним последицама. Заштита од корозије спроводи се наношењем превлака (бојење) и променом околности. Наношење металних превлака (метализација) обухвата урањање у растоп (на пример у растоп цинка или вруће поцинкавање), вруће прскање (шопирање), платирање, наваривање, дифузијску метализацију, напаривање, галванизацију или електроплатирање, хемијску редукцију и тако даље. Неорганске неметалне превлаке постижу се емајлирањем, оксидацијом, на пример брунирањем челика и анодизацијом или елоксирањем алуминијума (анодна оксидација), затим фосфатирањем, хроматирањем, платинирањем и слично, док се органске превлаке наносе премазивањем бојама и лаковима, пластификацијом, гумирањем, битуменизацијом, оматањем фолијама и друго.^[5]

Економско значење корозије

Корозија смањује масу метала и његову употребну вредност у облику сировине, полупроизвода или производа. Будући да су сви метали у одређеним околностима подложни корозији, настају у привреди знатни губици. Корозија скраћује век трајања индустријске и друге опреме и производа, поскупљује њихово одржавање, узрокује застоје у раду, несреће и незгоде, те смањује производне учинке кородиране и с њом повезане опреме. Корозија у електрани може узроковати прекид опскрбе енергијом у читавом индустријском подручју. Корозија у руднику или на авиону чест је узрок несреће. У хемијској и прехрамбеној индустрији корозија квари производе, а при несрећама узрокује губитак производа, пожаре и експлозије. Губици метала корозијом у металопрерађивачкој индустрији настају претварањем у рђу при топлотној обради и отапањем при киселинском нагризању. Корозија знатно смањује вредност металног отпада. Корозија и абразија у моторима с унутарњим изгарањем повећавају потрошњу горива и мазива, и смањују снагу. Дебљине зидова различитих цеви и посуда морају се због корозије у конструкцији повећати. Незнатном променом мера или повишењем храпавости површине због корозије постају неупотребљиви делови прецизних механизама, електронички делови и инструменти. Корозија често отупљује оштрицу резног алата, као на пример ножа струга или жилета. Због корозије пољопривредних машина може каснити сетва или жетва. Производи корозије, као на пример рђа, зачепљују цеви у различитим постројењима. У превозу корозија може уништити нове производе и пре него што стигну на место употребе. Корозија неколико грама челика на дугачком цевоводу често узрокује истицање знатних количина драгоцених флуида (на пример нафте, гаса, воде), а и прекид производње у индустрији коју цевовод опскрбљује сировином. Због корозије постају неупотребљиве много веће количине метала од оних које су кородирале, и то у облику готових конструкција, а те су због уложене енергије и радног времена често много скупље од материјала.

Привредно значење корозије расте с индустријализацијом и механизацијом економије, јер се примењује све већа количина метала под све тежим условима (високе температуре, притисци и напрезања, агресивне хемикалије, загађена атмосфера, вода и тло). Уз то осиромашује резерве метала у рудама, а у новим гранама технике (електроника, нуклеарна енергетика и слично) нагло расте примена скупих метала осетљивих на корозију. Истодобно се ипак развија и антикорозивна технологија, али њена примена заостаје за могућностима. Стога се укупни корозијски губици повећавају, премда се у њима смањује удео неизбежних губитака. Искуство говори да се паметном применом савремених заштитних метода на сваку уложену суму може остварити уштеда. Врло је тешко израчунати корозијске губитке у некој привредној грани или држави. Процењује се да се у индустријски развијеним земљама због корозије годишње потроши преко 100 америчких долара по становнику. Премда се већи део тог материјала поновно искористи у металуршким постројењима, ипак се сматра да око 8% уграђеног жељеза због корозије неповратно изгуби. Из наведених процена очито произлази да је корозија један од важних чиниоца светске кризе материјала и енергије.

Врсте корозија

Корозија се разликује и према облику и месту разарања материјала. Општа корозија захвата целу површину материјала (на пример рђање угљеничног челика у води и у ваздуху), местимична (локална) напада само делове површине (на пример јамичаста корозија или питинг нерђајућега челика у неким хлоридним растварачима), интеркристална (интергрануларна) продире у материјал уздуж граница између зрна (на пример разарање неких нерђајућих челика у киселим растворима), а селективна (изборна) напада само становиту фазу или компоненту сложеног материјала (на пример децинкација месинга у води). Могу се споменути и корозијске појаве које се очитују уз истодобне штетне утицаје механичке, биолошке или друге нарави. Таква је на пример напетосна корозија, уз статичка напрезања материјала, и микробна корозија, која се одвија уз деловање бактерија (честа на челику у тлу).

Хемијска корозија

Хемијска корозија најчешће је оксидација метала спајањем с кисеоником при излагању сувим гасовима који садрже кисеоник или његова једињења (на пример угљен диоксид), и то пре свега у врућем ваздуху или у гасовима изгарања. Производ такве корозије је оксид, који формира слој на металу или се од њега одваја. У првом случају, који је чешћи, с повећањем дебљине слоја оксидација тече све спорије, а у другом се наставља неометано. Према тој је корозији један од најотпорнијих метала челик високолегиран хромом и алуминијумом, а најлошији су магнезијум и његове легуре.

Електрохемијска корозија

Електрохемијску корозију узрокује деловање корозијских галванских чланака насталих на површини метала изложеној електролиту. Неплеменитији делови површине притом су аноде, на којима се метал троши јонизацијом, растварањем у електролиту уз истодобно ослобађање вишка електрона (електрохемијска оксидација), који кроз метал путују према племенитијим деловима површине, катодама, где се вежу с оксидансима (такозваним деполаризаторима) из околине (електрохемијска редукција). У воденим електролитима најчешћи су оксиданси растворени кисеоник и водоникови катјони. На те примарне реакције на електродама корозијског чланка обично се надовезују секундарне реакције, које често дају чврсте продукте, међу којима је најпознатија рђа, смеса хидратираних жељезних оксида. Неки чврсти продукти (на пример патина на бакру и његовим легурама), за разлику од рђе, коче корозију.

Посебне корозијске појаве

Посебне корозијске појаве јављају се истодобно с деловањем механичких, биолошких и електричних утицаја. Уз статичка напрезања настаје напетосна корозија (енг. stress corrosion), а уз динамичка напрезања корозијски замор (енг. corrosion fatique). Уз ерозију или уз кавитацију настаје ерозијска корозија, односно кавитацијска корозија. Тарна корозија (енг. fretting corrosion) појављује се на додирним површинама два дела који су у употреби изложени смицању, и то најчешће уз вибрације. Биолошка корозија или биокорозија настаје уз деловање метаболизма живих бића на процес (на пример корозија у тлу у присутности анаеробних бактерија). Посебну врсту корозије узрокују лутајуће струје у тлу и у води.

Према геометрији, то јест према облику разарања металног профила корозија може бити општа, локална, селективна и интеркристална. Општа корозија захвата читаву изложену површину метала, а може бити равномерна или неравномерна. Микроскопски гледано није ни равномерна корозија свуда једнако брза, па обично узрокује огрубљивање глатке металне површине. Ипак је таква корозија у пракси најмање опасна јер се лако може пратити процес и предвидети кад је неопходно метални предмет заменити новим. Опаснија је, наравно, неравномерна општа корозија. Локална корозија може бити пегаста (шкољкаста), то јест ограничена на поједине веће делове металне површине, или тачкаста (јамичаста), то је уско локализована на жаришта приближно кружног пресека, при чему је дубина корозијског оштећења неколико пута већа од почетног промера. Разуме се да је пегаста корозија, а поготово тачкаста корозија, много опаснија од опште корозије, јер је корозијски процес теже контролисати. Стога су могуће несреће, особито у механички оптерећеним конструкцијама. Тачкаста корозија често се назива питтинг (од енг. pitting: стварање удубљења). Ова се каткад шири испод површине метала (потповршинска корозија), при чему коначно настаје корозијско мехурање или раслојавање. Посебан облик пјегасте и тачкасте корозије јавља се на додиру (контакту) два елемената у електролиту. Ако су ти елементи различити метали, настаје галванска контактна корозија неплеменитијег метала, а ако се ради о два елемента истог метала, односно од метала или неметала, појављује се пукотинска контактна корозија. Селективна корозија легура може уништавати једну фазу вишефазне легуре (на пример графитизација сивог лива), или једну компоненту једнофазне легуре (на пример децинкација месинга).

Интеркристална или интергрануларна корозија шири се уздуж граница металног зрна у дубину. Та врста корозије може дуго остати невидљива, те је најопаснија, поготово с обзиром на нагло смањење чврстоће делова. Коначна последица интеркристалне корозије је лом или чак распад метала у зрну. Интеркристалне пукотине могу настати и као последица напетосне корозије, премда се при том пукотине шире и транскристално. У пракси се често истодобно појављују различити облици корозије. Тако на пример тачкаста корозија може бити прикривена општом корозијом.

Заштита од корозије

Промена околности којом се корозија може избећи, подразумева замену медија, на пример ваздуха инертним плином или воде минералним уљем, деактивацију, то јест уклањање корозивних састојака, на пример сушењем ваздуха, уклањањем кисеоника из воде одгасивањем или деаерацијом, примену инхибитора корозије, на пример њиховим додатком у воду и у растворе за грејање и хлађење, додатком испарљивих инхибитора у амбалажу и кућишта уређаја, промену електродног потенцијала метала у негативном или позитивном смеру, то јест катодну или анодну заштиту, на пример подземних цевовода, уређаја процесне технике, прекид лутајућих струја и тако даље.

Електрохемијске методе заштите

Електрохемијским методама заштите метал се одржава или у пасивном стању у подручју потенцијала пасивације или у имуном стању при потенцијалима нижим од равнотежних када не кородира, с технолошког стајалишта прихватљивом брзином.

Анодна заштита

Анодна поларизација или контакт с племенитијим металом може основни метал превести у пасивно стање. Одржавањем пасивног слоја основни је метал заштићен од даљњег развоја корозијског процеса. Тако нпр. челик се може заштитити у растворима сумпорне киселине.

Катодна заштита

Катодна заштита је техника заштите метала од корозије чији је основни принцип поларизација металне конструкције на потенцијал код којег процес растварања метала престаје или се одвија прихватљиво малом брзином. Може се спровести на два начина: помоћу вањског извора и помоћу протектора.

Катодна заштита се може спровести на два начина:

Потенцијал метала помоћу вањског извора, повезаног за инертну електроду, одржава се на потенцијалу нижем од равнотежног, тј. при условима код којих не долази до његова растварања.
Метал који се штити доведе се у контакт са металом нижег потенцијала (протектором) који ће се у чланку владати као анода.

Катодна заштита је делотворна једино ако је материјал између протектора, односно инертне протуелектроде, и објекта што се штити проводан. Катодна заштита се обично користи као секундарни заштитни систем.

Пасивност је појава повећане корозијске отпорности материјала због успоравања анодног процеса (до ње долази у растворима AgNO₃, HClO₃, KClO₃, HIO₃, O₂ ...)

Заштита инхибиторима

Инхибитори су материје које додане у корозивну средину смањују брзину корозије до технолошки прихватљивих износа. Додају се повремено или континуирано у затворене или понекад у отворене просторе. Према хемијском саставу инхибитори су неорганска или органска једињења. Корозијским инхибиторима смањује се корозијска агресивност околине.

Заштита превлакама и премазима

Металне и неметалне заштитне превлаке и премази (фарбе) су најчешћи облик заштите од корозије. Металне превлаке могу имати галванско деловање или су отпорније на корозију од основног материјала па делује као баријера према утицајима околине. Неметалне превлаку могу бити оксиди нпр. алуминијума, нерастворне соли на жељезу и челику, те керамички и органски премази.

Компоненте заштитног премаза су: везива, растварачи, пигменти (дају боју и непрозирност), пунила и остало. Разврставање премаза може се провести према: броју компонената, трајности, начину сушења, генеричким типовима итд. Премази могу бити једнокомпонентни или двокомпонентни. С обзиром на начин сушења премаза могу се поделити на: конвертибилне премазе - премази који се суше оксидацијом или полимеризацијом. Неконвертибилне премазе - премази који се суше испаравањем растварача и који након наношења не пролазе кроз неке знатније хемијске промене.

Превлакама и премазима раздваја се конструкцијски материјал од агресивног деловања околине.^[6]

Референце

^ Хоусецрофт, C. Е.; Схарпе, А. Г. (2008). Инорганиц Цхемистрy (3. изд.). Прентице Халл. ИСБН 978-0-13-175553-6.
^ Греенwоод, Норман Н.; Еарнсхаw, А. (1984). Цхемистрy оф тхе Елементс. Оxфорд: Пергамон. ИСБН 0-08-022057-6. дои:10.1002/црат.2170200510.
^ Паркес, Г.D. & Пхил, D. (1973). Мелорова модерна неорганска хемија. Београд: Научна књига.
^ "Техничка енциклопедија" (Корозија метала), главни уредник Хрвоје Пожар, Графички завод Хрватске, 1987.
^ Корозија, [1] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2015.
^ "Технички лексикон", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, главни уредник: Звонимир Јакобовић. Тискање довршено 21. просинца 2007, Националне и свеучилишне књижнице у Загребу под бројем 653717. ИСБН 978-953-268-004-1, стр. 416.

Литература

Јонес, Деннy (1996). Принциплес анд Превентион оф Цорросион (2нд изд.). Уппер Саддле Ривер, Неw Јерсеy: Прентице Халл. ИСБН 978-0-13-359993-0.

Спољашње везе

ASTM Corrosion and Wear Standards Архивирано на сајту Wayback Machine (26. новембар 2020)

[1] Хоусецрофт, C. Е.; Схарпе, А. Г. (2008). Инорганиц Цхемистрy (3. изд.). Прентице Халл. ИСБН 978-0-13-175553-6.

[2] Греенwоод, Норман Н.; Еарнсхаw, А. (1984). Цхемистрy оф тхе Елементс. Оxфорд: Пергамон. ИСБН 0-08-022057-6. дои:10.1002/црат.2170200510.

[3] Паркес, Г.D. & Пхил, D. (1973). Мелорова модерна неорганска хемија. Београд: Научна књига.

[4] "Техничка енциклопедија" (Корозија метала), главни уредник Хрвоје Пожар, Графички завод Хрватске, 1987.

[5] Корозија, [1] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2015.

[6] "Технички лексикон", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, главни уредник: Звонимир Јакобовић. Тискање довршено 21. просинца 2007, Националне и свеучилишне књижнице у Загребу под бројем 653717. ИСБН 978-953-268-004-1, стр. 416.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]