Korozja jest pojęciem ogólnym, które odnosi się do procesu niszczenia metali i ich stopów (również materiałów budowlanych oraz tworzyw sztucznych) na skutek reakcji chemicznej lub elektrochemicznej przebiegającej w wyniku zetknięcia z otoczeniem. Najczęściej są to stalowe konstrukcje, metalowe sprzęty lub opakowania żywności. Szybkość korozji określa się poprzez ubytek masy próbki metalu pod wpływem działania czynnika korodującego na jednostkę powierzchni i czasu. Korozja powoduje osłabienie trwałości konstrukcji metalowych, zmniejsza walory estetyczne wyrobów, a w przypadku opakowań produktów spożywczych powoduje zmniejszenie ich wartości odżywczej a nawet prowadzi do nieprzydatności do spożycia. Korozja jest bardzo poważnym problemem gospodarczym, ponieważ straty przez nią powodowane szacuje się w krajach rozwiniętych na 3 do 5% produktu krajowego brutto. Rozróżnia się dwa rodzaje korozji: chemiczną oraz elektrochemiczną.
Korozja chemiczna
Korozja chemiczna polega na bezpośredniej reakcji metalu z czynnikiem wywołującym korozje. Czynnikiem tym może być na przykład tlen z powietrza. Typowym przykładem jest utlenianie żelaza do jego tlenków w wysokiej temperaturze. Do tej samej grupy procesów należą również:
- czernienie przedmiotów srebrnych na powietrzu (pokrywanie się nalotem, którego głównym składnikiem jest siarczek srebra),
- pasywacja np. glinu w HNO3, który pokrywa się warstwą tlenkową odporną na dalsze działanie roztworu.
Korozja chemiczna atakuje najczęściej całą powierzchnię stykającą się z czynnikiem wywołującym korozję. Nie stanowi ona na ogół dużego zagrożenia dla konstrukcji i przedmiotów metalowych w niezbyt wysokich temperaturach.
Utlenianie metalu do jego tlenków nie zawsze jest procesem szkodliwym. Jeżeli warstwa tlenku jest dostatecznie zwarta i mocno związana z powierzchnią metalu, chroni ona metal przed dalszym utlenianiem. Zjawisko tworzenia takiej warstwy nosi nazwę pasywacji. Pasywacja jest przyczyną dość wysokiej odporności glinu na korozję, mimo, że jest on metalem o dużej reaktywności. Taką ochronną warstwę można wytworzyć nie tylko na powierzchni glinu ale również innych metali, także stali. Proces ten nosi nazwę oksydacji i jest jedną z metod ochrony antykorozyjnej.
Korozja elektrochemiczna
Korozja elektrochemiczna jest wynikiem działania lokalnych ogniw galwanicznych tworzących się na powierzchni metalu w momencie zetknięcia z wilgocią, która pełni rolę elektrolitu. Lokalne ogniwa powodujące korozję to najczęściej ogniwa powstające na skutek:
- stykania się ze sobą dwóch metali,
- stykania się metalu ze składnikami niemetalicznymi (np. z węglem, będącym dodatkiem w każdej stali),
- częściowego pokrycia metalu warstwą tlenku,
- kontaktu metalu z elektrolitem o różnym składzie (np. roztworem mającym odmienne stężenie tlenu w różnych częściach objętości) tworzą się wówczas ogniwa stężeniowe.
Dla zobrazowania procesu korozji elektrochemicznej warto wyobrazić sobie sytuacje, w której do dachu przybijamy stalowymi gwoździami blachę miedzianą. Podczas kontaktu z wodą opadową czyli najprościej ujmując – deszczu powstaje ogniwo. W ogniwie tym żelazo (czyli główny składnik stalowego gwoździa) jest metalem o niższym potencjale czyli jest anodą, zaś miedź posiada wyższy potencjał i jest katodą. Gwóźdź zacznie powoli roztwarzać się w elektrolicie czyli ulegnie utlenieniu, natomiast elektrony za pośrednictwem miedzi będą przekazywane rozpuszczonemu w wodzie tlenowi lub innym jonom zawartym w roztworze. Wynika z tego, że stalowe gwoździe dość szybko ulegną zaawansowanej korozji.
Stal oprócz żelaza zawiera również 0,1 – 0,2% węgla w postaci grafitu lub węgliku żelaza (cementytu) Fe3C. Na jej powierzchni znajdują się zatem obszary o różnym składzie chemicznym, które w zetknięciu z elektrolitem przyjmują różne potencjały. Powstają w ten sposób mikroogniwa, w których żelazo jest zawsze biegunem ujemnym czyli pełniącym rolę anody. Grafit oraz węglik żelaza mają wyższe potencjały od żelaza, a zatem pełnią rolę katody.
Reakcja anodowa przebiega następująco:
\(Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2 e^-\)
Procesy elektrodowe mogą przebiegać w różny sposób. Najbardziej typowe procesy katodowe zachodzą z udziałem tlenu atmosferycznego w wodzie. W zależności od pH roztworu reakcje te mają różny przebieg:
- reakcja katodowa w roztworze obojętnym (tlen ulega redukcji powodując tym alkalizację roztworu)
\(2 H_2O + O_2 + 4 e^- \rightarrow 4 OH^-\)
- reakcja katodowa w roztworze kwasowym (tlen ulega redukcji powodując zobojętnienie roztworu)
\(4 H^+ + O_2 + 4 e^- \rightarrow 2 H_2O\)
Jony żelaza (II) stykając się początkowo z jonami OH- tworzą wodorotlenek żelaza (II), który następnie ulega utlenieniu tlenem atmosferycznym do uwodnionego tlenku żelaza (III), czyli rdzy. Reakcje te przebiegają w sposób następujący:
\(Fe^{2+} + 2 OH^- \rightarrow Fe(OH)_2↓\)
\(4 Fe(OH)_2 + O_2 \rightarrow 2 Fe_2O_3 · H_2O + 2 H_2O\)
Ochrona przed korozją
Znając mechanizmy korozji można świadomie jej zapobiegać. Istnieje wiele sposobów zapobiegania korozji, jednak najważniejszą i najszerzej stosowaną jest nakładanie odpowiednich powłok ochronnych. Powłoki te można podzielić na bierne i czynne:
- powłoki bierne chronią przedmiot przed korozją izolując go od wpływów otoczenia. Zalicza się do nich:
- pokrycia lakiernicze, otrzymywane przez malowanie odpowiednimi farbami i lakierami,
- emalie (np. na naczyniach kuchennych),
- powłoki z tworzyw sztucznych,
- powłoki metaliczne wytwarzane z metali szlachetniejszych od metalu chronionego, czyli położonych na prawo od niego w szeregu napięciowym.
Należy pamiętać, że powłoki te spełniają swoją role dopóki nie zostaną uszkodzone. Niewielkie nawet uszkodzenie powłoki powoduje nie tylko brak ochrony przed korozją, ale nawet jej znaczne przyspieszenie
- powłoki czynne w odróżnieniu od biernych chronią przedmiot przed korozją nawet wtedy, gdy nie są całkowicie szczelne. Wykonuje je się z metali mniej szlachetnych czyli leżących na lewo od żelaza w szeregu napięciowym – najczęściej z cynku, glinu lub kadmu. Utworzenie się ogniwa korozyjnego w takim przypadku spowoduje, że metal stanowiący powłokę będzie elektrodą ujemną i będzie ulegał utlenieniu. Produkty utlenienia tworzą warstwę na powierzchni metalu dodatkowo hamując jego korozję. Przykładem jest blacha ocynkowana, z której wytwarza się wiadra, rynny, pokrycia dachów itp.
Do ochrony dużych obiektów stalowych stosuje się tzw. protektory, wykonane z aktywnych metali, np. cynku lub magnezu, które po przyspawaniu stanowią biegun ujemny powstałego ogniwa, ulegając zniszczeniu. Po zużyciu protektory wymienia się na nowe. W ten sposób chroni się takie obiekty jak kadłuby statków, podziemne zbiorniki, rurociągi itp.
Korozja metali Wasze opinie