Czym jest korozja i dlaczego do niej dochodzi?

05.11.2021

W poniższym artykule dowiesz się, czym jest korozja, dlaczego do niej dochodzi oraz poznasz kilka różnych metod, których możesz użyć, aby sobie z nią poradzić.

Korozja to pogarszanie się właściwości metalu w wyniku reakcji elektrochemicznej z jego otoczeniem. Jest to proces naturalny, a więc korozja metali jest nieunikniona.

Istnieją dwa powszechne rodzaje metali: Żelazne i nieżelazne.

Metale żelazne – charakterystyka

Metale żelazne to metale i stopy, które zawierają żelazo.

Przykładami metali żelaznych są na przykład:

  • Żeliwo
  • Stal węglowa
  • Stal nierdzewna
  • Inne stale stopowe

Zazwyczaj metale żelazne korodują, tworząc czerwonawą lub brązową powłokę z tlenku żelaza, znaną jako „rdza”. Ale różne stopy żelaza i stali mają różne stopnie ryzyka korozji, wynikające wyłącznie z ich składu. Na przykład, pręt żeliwny i pręt ze stali nierdzewnej będą wykazywać bardzo różne poziomy rdzy, jeśli pozostawi się je na noc w słonej wodzie.

korozja stali

Metale nieżelazne – charakterystyka

Z kolei metale nieżelazne to metale i stopy, które w swoim składzie chemicznym zawierają mniej niż 1% żelaza.

Przykłady metali nieżelaznych obejmują:

  • Aluminium
  • Miedź
  • Cynk
  • Nikiel
  • Srebro
  • Mosiądz

Kiedy korozja elektrochemiczna zachodzi na metalach żelaznych, ulegają one degradacji tworząc tlenki metali powszechnie określane jako zmatowienie lub biała korozja, w zależności od rodzaju metalu.

Ważne jest, aby pamiętać, że wszystkie metale mogą korodować, jeśli są poddawane działaniu agresywnych warunków środowiskowych przez wystarczająco długi czas.

Trójkąt rdzy

Skoro wiemy już, czym jest korozja elektrochemiczna, przyjrzyjmy się, jak do niej dochodzi. Istnieją trzy główne czynniki, które muszą być obecne, aby wystąpiła korozja, tworzące tak zwany „trójkąt rdzy”.

  • Pierwszym jest sama powierzchnia metalu.
  • Drugim czynnikiem jest tlen. Korozja polega na tworzeniu się tlenków metali, a bez tlenu nie można ich utworzyć. Niestety, tlen stanowi ponad 20% otaczającego nas powietrza, więc dość trudno jest oddzielić tlen od metalu.
  • Ostatnim składnikiem jest elektrolit, którym najczęściej jest woda. Podobnie jak tlen, woda występuje w powietrzu w postaci wilgoci, a nawet dość niska wilgotność względna może zwilżyć powierzchnię metalu na tyle, aby wspomóc reakcje korozji.

Kiedy te trzy czynniki są obecne, może wystąpić korozja.

Oprócz tych trzech warunków powstawania korozji, istnieją inne czynniki, które wpływają na ryzyko jej powstawania. Na przykład: mechaniczne oddziaływania na powierzchnię metalu odsłaniają świeży, niezabezpieczony metal. Podobnie, oddziaływania chemiczne kwasów i innych zanieczyszczeń korozyjnych sprzyjają i przyspieszają reakcje korozyjne. Wreszcie temperatura, wilgotność i rodzaj opakowania, również odgrywają ważną rolę, jeśli chodzi o ryzyko korozji, a zatem jak długo części mogą pozostać wolne od korozji.

Przyjrzyjmy się teraz, dlaczego dochodzi do korozji. Produkując metale, najpierw wykopujemy rudy, a następnie wykorzystujemy ogromne ilości energii, aby przekształcić rudy w żelazo, stal lub inne metale. Niestety dla nas, struktura chemiczna większości metali jest z natury niestabilna. Tak więc, podobnie jak grawitacja nieustannie pracuje nad tym, by staczać głaz w dół, natura nieustannie pracuje nad tym, by przekształcić metale w produkty korozyjne, które są podobne, jeśli nie identyczne z ich naturalnym stanem rudy. Tak więc, walcząc z rdzą i korozją, walczymy z Matką Naturą.

Na szczęście, metale mają naturalną obronę przed korozją zwaną „powierzchniową warstwę tlenku”, która tworzy się samoistnie na powierzchni metalu w kontakcie z powietrzem. Powierzchniowa warstwa tlenku jest bardzo cienka i krucha, ale chroni znajdujący się pod nią metal przed korozją. Specyficzne właściwości zależą od rodzaju metalu. Na przykład, powierzchniowa warstwa tlenku utworzona przez chrom jest znacznie bardziej wytrzymała niż warstwa żelaza, dlatego stopy stali zawierające chrom nazywamy „nierdzewnymi”. Jeśli pomyślimy o poprzedniej analogii głazu, powierzchniowa warstwa tlenku jest jak mała półka w górze, na której głaz może się oprzeć, zamiast natychmiast staczać się z powrotem w dół. Łatwo byłoby zepchnąć głaz ze stopnia i pozwolić mu stoczyć się resztę drogi w dół wzgórza. Podobnie, powierzchniowa warstwa tlenku łatwo ulega uszkodzeniu, a gdy już jej zabraknie, może nastąpić korozja metalu będącego jej podstawą.

Uszkodzenia powierzchniowej warstwy tlenku mogą być zarówno celowe, jak i niezamierzone. Na przykład, jest ona usuwana mechanicznie podczas obróbki skrawaniem, takiej jak toczenie, frezowanie, wiercenie i piaskowanie, lub przez niezamierzone zarysowania podczas niedbałego użytkowania lub transportu. Wszystko to może spowodować odsłonięcie świeżego, niezabezpieczonego metalu, który może łatwo zacząć korodować.

Inne rodzaje korozji

Korozja chemiczna

Istnieje również wiele zagrożeń chemicznych, które wspomagają reakcje elektrochemiczne, a te uszkadzają lub rozpuszczają powierzchniową warstwę tlenku, prowadząc do korozji metalu znajdującego się pod nią. Sole można znaleźć prawie wszędzie, a każdy, kto mieszka w śnieżnym klimacie, wie, jak żrące mogą być sole dla metali użytych do budowy Twojego samochodu! Żrące aniony w soli, takie jak chlorki i siarczany, wspomagają reakcje korozji poprzez samokatalizujące się procesy elektrochemiczne, co oznacza, że gdy już się rozpoczną, bardzo trudno je zatrzymać.

Inne zagrożenia dla powierzchniowej warstwy tlenków.

Inne znaczące zagrożenie korozją występuje w niektórych z najczęściej używanych materiałów opakowaniowych. Papier, karton i drewniane palety zawierają naturalne kwasy organiczne, a także wiele korozyjnych zanieczyszczeń pozostałych po rozwłóknianiu i innych procesach produkcyjnych. Te kwasy i zanieczyszczenia mogą szybko uszkodzić powierzchniową warstwę tlenku na elementach metalowych znajdujących się w pobliżu. Produkty drewnopochodne mogą również utrzymywać wewnątrz dużo wilgoci. Jak widzieliśmy wcześniej, zanieczyszczona woda na powierzchniach metalowych może szybko i łatwo doprowadzić do korozji!

Znaczenie elektrolitu

Jak widzieliśmy wcześniej w trójkącie rdzy, jednym z warunków powstania korozji jest elektrolit. Elektrolity zapewniają przewodność niezbędną do tworzenia obwodów elektrochemicznych, umożliwiając przepływ ładunków elektrycznych koniecznych do napędzania reakcji korozji elektrochemicznej.

Przykładem może być tutaj żarówka, która początkowo jest wyłączona, ponieważ czysta, dejonizowana woda nie przewodzi prądu. Natomiast po dodaniu kolorowej słonej wody, roztwór w kubku staje się elektrolitem przewodzącym, który zamyka obwód i umożliwia zachodzenie reakcji elektrochemicznych, zasilając żarówkę! Podobnie jak elektrolit umożliwił włączenie się żarówki, tak elektrolity na powierzchniach metalowych umożliwiają zachodzenie reakcji korozji.

Korozja dotykowa

Innym bardzo powszechnym sposobem, w jaki woda i zanieczyszczenia dostają się na powierzchnie części metalowych, są pozostałości potu i sebum ze skóry, pozostawione po dotykaniu części gołymi rękami. Poziom kwasów i soli zawartych w pocie i sebum jest różny dla poszczególnych osób, ale wszystkie one mogą być korozyjne dla powierzchni metalu. Dla porównania, pot zawiera około 1% soli, podczas gdy słona woda z oceanu zawiera około 3%. Z drugiej strony, woda wysokiej jakości zawiera prawie 10 000 razy mniej soli! Dlatego podczas pracy z metalowymi częściami każdy powinien nosić czyste rękawice, aby uniknąć przypadkowego przeniesienia na metalowe powierzchnie żrących pozostałości potu i sebum ze skóry.

Szybkość reakcji korozji

Korozja jest zazwyczaj tak powolna, że potrzeba godzin, dni, tygodni, a nawet miesięcy, zanim zobaczymy typowe oznaki korozji, takie jak odbarwienia, tworzenie się rdzy lub innych produktów korozji. Ponadto, ponieważ powierzchniowa warstwa tlenku jest niewidoczna, nie zawsze wiadomo, kiedy i czy została uszkodzona. Dobrą analogią może być jazda samochodem po placu budowy i przypadkowe najechanie na śrubę, co spowodowało mały wyciek. Nie zauważasz tego wycieku aż do dnia lub dwóch później, kiedy będziesz chciał jechać do pracy, ale zobaczysz, że masz przebitą oponę. Taki odstęp czasu pomiędzy przyczyną a skutkiem sprawia, że określenie pierwotnej przyczyny lub przyczyn problemu z rdzą jest bardzo trudne. Dlatego też jesteśmy regularnie wzywani do zakładów produkcyjnych na całym świecie, aby przeprowadzać analizę przyczyn korozji.

Procesy produkcyjne mogą wymknąć się spod kontroli, co prowadzi do sytuacji, w których kierownik produkcji nagle widzi, że części stają się jaskrawoczerwone od rdzy w ciągu kilku godzin lub, w niektórych ekstremalnych przypadkach, minut po zejściu z linii produkcyjnej. Wywołuje to dużą presję, aby dowiedzieć się, co się stało i jak to naprawić tak szybko, jak to możliwe. Podobnie w przypadku, gdy zakład montażowy otrzymuje nagle części z zagranicy, które w momencie przybycia są tak zardzewiałe, że muszą zostać zezłomowane, pierwotna przyczyna i rozwiązanie mogą zostać ustalone znacznie szybciej, gdy problem jest rozpatrywany jednocześnie zarówno w kraju pochodzenia, jak i w miejscu przeznaczenia – co nasz globalny zespół ekspertów ds. korozji często robi dla naszych klientów.

Kontakt w sprawie artykułu i produktów:

Zapytaj specjalistę o ten artykuł

Formularz produktowy

Leave this field blank