Proces powstawania korozji i działania lotnych inhibitorów korozji VCI

 

Proces korozji jest zagadnieniem trudnym do wyjaśnienia, ponieważ korozja metali obejmuje wiedzę z dziedziny chemii, termodynamiki i chemii fizycznej. Korozję można spowolnić poprzez zastosowanie opakowań z lotnymi inhibitorami korozji VCI,  lub poprzez nałożenie powłok chemicznych, takich jak preparaty na bazie olejów, powłoki galwaniczne lub powłoki malarskie. Z drugiej strony, proces korozji może ulec również drastycznemu przyspieszeniu w wyniku oddziaływania innych czynników środowiskowych. W artykule chcielibyśmy przedstawić uproszczony schemat powstawania korozji, opisać jak działają lotne inhibitory VCI oraz wskazać najbardziej powszechne czynniki środowiskowe, które akcelerują proces korozji.

 

Proces korozji

 

Przyczyny korozji metali

 

 

Korozja jest zwykle spowodowana uszkodzeniem mechanicznym lub chemicznym powierzchni metalu. Najczęstsze przyczyny korozji to:

  • Obróbka mechaniczna – w procesie obróbki usuwana jest warstwa tlenku, która stanowi naturalną ochronę metalu przed korozją. Po obróbce powierzchnia metalu staje się bardziej podatna na korozję.
  • Wilgoć – w momencie osiągnięcia odpowiedniej wilgotności względnej, na każdej powierzchni metalowej formuje się cienka warstwa wody.
  • Kwasy organiczne – kwasy zawarte w materiałach organicznych, takich jak drewno, papier czy tektura, mogą powodować korozję w momencie bezpośredniego styku materiału z powierzchnią metalu
  • Zanieczyszczenia – tlen atmosferyczny, chlorki i dwutlenek siarki, mogą przyczyniać się do powstawania ognisk korozji.
  • Sól – jony chlorku, przy udziale wody i tlenu wchodzą w reakcję z metalem, którego efektem ubocznym jest powstawanie kwasu solnego. Na dodatek, podczas dysocjacji NaCl powstają jony, które zwiększają przewodnictwo prądu elektrycznego w roztworze.
  • Odciski palców – pozostawione na powierzchni metalu przez nieuważnych operatorów, są przyczyną powstawania ognisk korozji.

 

Schemat powstawania korozji

 

Bardzo cienka pasywna warstwa tlenków działa jako warstwa barierowa pomiędzy powierzchnią metalu i wilgotnym powietrzem atmosferyczny. Jest ona naturalną barierą chroniącą metal przed korozją.

 

Zagrożeniem dla metalu może być wilgoć zawarta w powietrzu atmosferycznym.

 

Przy wilgotności przewyższającej 40%, na ciałach stałych wystawionych na kontakt z powietrzem powstaje cienka warstwa wody.

 

 

Powstała warstwa wilgoci, pomimo tego że jest praktycznie niezauważalna, może powodować zniszczenie pierwotnej warstwy tlenków.

 

 

Uszkodzenie pasywnej warstwy tlenków rozpoczyna przepływ prądu pomiędzy katodą i anodą. Rozpoczyna się reakcja elektrochemiczna = korozja

 

 

Korozja będzie się rozwijać się do momentu, aż obwód elektryczny nie zostanie przerwany.

 

 

Jak działają lotne inhibitory korozji VCI?

 

Proces ulatniania się lotnych inhibitorów korozji działa trzyetapowo:

  • Dochodzi do sublimacji cząsteczek VCI z nośnika (folia lub papier)
  • Inhibitory korozji samoistnie rozprzestrzeniają się we wnętrzu opakowania (dyfuzja cząsteczkowa)
  • Inhibitory korozji pokrywają w całości powierzchnię metalu.

 

Następnie, warstwa inhibitorów korozji na powierzchni metalu przerywa obwód elektryczny, a więc hamuje reakcję elektrochemiczną = zatrzymuje się proces korozji

 

 

 

Dodatkowe mechanizmy jakie zachodzą w wyniku uwolnienia VCI to:

  • Tworzą fizyczną, hydrofobową warstwę zapobiegającą bezpośredniemu kontaktowi wody i wilgoci z metalem i powstawaniu elektrolitu,
  • Regulują wartość pH elektrolitu.

 

Czynniki środowiskowe przyspieszające procesy korozyjne

 

Korozja jest procesem nieuchronnego niszczenia metali i przebiega w sposób nieprzerwany. Nawet jeśli żelazo (lub inny metal) jest czyste, i tak na powierzchni metalu tworzą się lokalne ogniwa, w których zachodzi korozja metalu. Wszystkie dostępne technologie antykorozyjne są w stanie jedynie zredukować tempo przebiegu procesu, natomiast nigdy nie są w stanie go całkowicie zahamować.

Dodatkowo, istnieje szereg innych czynników środowiskowych, które przyspieszają proces korozji. Lokalne różnice stężeń tlenu, temperatury i pH na powierzchni metalu również przyczyniają się do akceleracji procesu korozji.

 

Chlorki

Największe uszkodzenia metali żelaznych powodują występujące w przyrodzie jony chloru Cl. Pod wpływem ekspozycji na wilgoć i tlen, hydrolizują z wytworzeniem tlenku żelazowego lub wodorotlenku żelazowego i kwasu solnego. Kwas solny z kolei utlenia pozostały nieskorodowany metal do chlorku żelaza i wodoru lub chlorku żelaza i wody. Ta reakcja nigdy się nie kończy i będzie kontynuowana, dopóki metal nie ulegnie korozji w 100%.

Reakcja chemiczna przebiega w sposób następujący:

Fe – 2e>> Fe+2

Fe+2+ 2Cl >> FeCl2

4FeCl2+ 4H2O + O2>> 2Fe2O3+ 8HCl

4FeCl2+7H2O + O2>> 2Fe2O3·3H2O + 8HCl

2FeCl3+ 3H2O >> Fe2O3+ 6HCl

4FeCl3+ 9H2O >> 2Fe2O3·3H2O + 12HCl

Fe0+ 2HCl >> FeCl2+ H2

4Fe0+ 3O2+ 12HCl >> 4FeCl3+ 6H2O

 

Dwutlenek siarki

Kolejnym agresywnym czynnikiem środowiskowym przyspieszającym korozję jest dwutlenek siarki. Wytwarza się on w procesie spalania paliw kopalnych, jest gazem silnie trującym i szkodliwym, przyczynia się do zanieczyszczenia atmosfery i tworzenia się smogu. Z drugiej strony wykorzystuje się go w przemyśle spożywczym jako konserwant (E220) i w procesie produkcji wina.

Ze względu na dobrą rozpuszczalność w wodzie, może rozpuszczać się w cienkiej warstwie wilgoci, która formuje się na powierzchniach metalowych, gdy wilgotność względna przekroczy 40%. Powstały w ten sposób kwaśny elektrolit może stymulować reakcje anodowo – katodowe i przyczyniać się do powstawania korozji.

Ostatnie wpisy na blogu


Materiały opakowaniowe VCI, dodatki i niestandardowe rozwiązania


Eco trend na rynku opakowań


Zerust ActivPak – zastosowanie produktu w ochronie antykorozyjnej oczyszczalni ścieków


Zerust Flange Savers – zastosowanie produktu w ochronie antykorozyjnej elementów rurociągów