Microsoft Power Point - Wyklad 14 - Korozja PDF

Preview

Summary

Konstrukcje metalowe 1
budownictwo, semestr IV
Korozja
prowadzący: dr inż. Jerzy Goczek
współpraca: mgr inż. Michał Gajdzicki...

Description

Konstrukcje metalowe 1 budownictwo, semestr IV Korozja prowadz prowadzący: ący: dr inŜ. Jerzy Goczek współpraca: mgr inŜ. Michał Gajdzicki

Definicja korozji: Terminem (łac. corrosio – zŜeranie) określa się zjawisko niszczenia materiałów pod wpływem działania otaczającego je środowiska (atmosfery, opadów, wód), jak i czynników technologicznych uwalnianych do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Są nimi tlenki siarki, azotu, dwutlenek węgla, kurz, itp. oraz wszelkiego rodzaju chemikalia. Najczęściej zjawisko korozji odnosimy do metali i ich stopów, jednakŜe dotyczy ono równieŜ tworzyw niemetalowych, takich jak beton, materiały ceramiczne, tworzywa sztuczne, itp. W następstwie korozji następuje stopniowy ubytek materiału w przekroju poprzecznym, co prowadzi do zmniejszenia nośności i sztywności elementów konstrukcyjnych.

Korozja jest zjawiskiem naturalnym. Całkowite jej zahamowanie jest bardzo trudne i nie zawsze celowe. Straty sięgające do 3 tyś. USD na mieszkańca rocznie. Ok. 30% strat wynika z braku wiedzy. Ochrona przeciwkorozyjna jest ciągle niedoceniana przez projektantów i wykonawców.

Koszty korozji w 2004 w miliardach US$ Kraj

Koszty bezpośrednie

USA

303.76

Japan

59.02

Former USSR

55.01

Germany

49.26

UK

8.51

Australia

7.32

Belgium

6.75

India

3.78

Poland

3.53

Canada

3.38

Koszty pośrednie 200 (approximately)

..... ..... ..... Sumarycznie 5Bhaskaran,

510.14

940 (approximately)

R., N. Palaniswamy, and N.S. Rengaswamy, Global Cost of Corrosion—A Historical Review, in Corrosion: Materials, Vol 13B, ASM Handbook. 2005, ASM International.

Produktem korozji jest rdza, która jest uwodnionym tlenkiem Ŝelaza (III) o przybliŜonym wzorze 2Fe2O3*3H2O. ZauwaŜono, Ŝe Ŝelazo nie rdzewieje w suchym powietrzu i wodzie pozbawionej całkowicie tlenu. Zgorzelina (zendra hutnicza) jest produktem korozji stali powstającym w procesie jej walcowania na gorąco. Składa się głównie z magnetytu. Biała rdza, to produkt korozji cynku złoŜony głównie z tlenku cynku.

Rodzaje korozji 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Korozja chemiczna Korozja elektrochemiczna Korozja lokalna Korozja ogólna Korozja z depolaryzacją tlenową Korozja atmosferyczna Korozja napręŜeniowa Korozja zmęczeniowa Korozja cierna Korozja szczelinowa Korozja wysokotemperaturowa

.

Rodzaje korozji: korozji: • ogólna

(na całej powierzchni), • szczelinowa (w złączach, pod osłonami i powłokami), • wŜerowa (punktowe, głębokie ubytki – stale nierdzewne, aluminiowe), • galwaniczna (na styku dwóch metali), zmęczeniowa (metale drgają drgające), ce) • zmęczeniowa • napręŜeniowa, • selektywna (stopy wielofazowe – Ŝeliwo, mosiądz), • erozja (wnętrza rurociągów), • biologiczna (rurociągi, zbiorniki).

Wybrane rodzaje korozji metali: a) powierzchniowa, równomierna, b) punktowa, c) plamowa, d) wŜerowa, e) podpowierzchniowa, f) szczelinowa, g) nitkowa, h) międzykrystaliczna, i) śródkrystaliczna

Korozja elektrochemiczna jest najbardziej powszechnym rodzajem korozji. Korozja elektrochemiczna powstaje wskutek działania krótko zwartych ogniw na styku metalu z elektrolitem. Ogniwa te powstają w rezultacie niejednorodności chemicznej (lub fizycznej) metalu np. na styku róŜnych metali, bądź wskutek niejednorodności krystalicznej w strukturze metalu. Korozja chemiczna metali następuje w wyniku działania suchych gazów lub cieczy nie przewodzących prądu elektrycznego.

Rdza inspiruje często artystów plastyków

Queensborough Bridge NYC

Korozja szczelinowa objawia się w szczelinie między metalami o niedostatecznym dostępie powietrza, co uniemoŜliwia samo-odnawianie się warstewki tlenkowej na stali i stopach aluminium.

Przykłady korozji szczelinowej pod łącznikami

Zmiana szybkości korozji w zaleŜności od korozyjności powietrza: a) suche, czyste, 2) wilgotne czyste, c) morskie, 4) wilgotne, chemicznie korozyjne

Postęp korozji: Najczęściej badana jest korozja w środowisku morskim, którą moŜna podzielić na trzy kategorie Stal zanurzona

0,05 – 0,20 mm/rok

Stal w strefie linii wody

0,10 – 0,25 mm/rok

Stal w środowisku atmosferycznym

0,05 – 0,10 mm/rok

śródło: R.E. Melchers, Effect on marine immersion corosion …., Corrosion Science, 45 (2003) 2609 - 2625

Antykorozyjne powłoki ochronne

Metody ochrony przed korozją: • ochrona powłokowa – 80 % zabezpieczeń • modyfikacja środowiska (inhibitory, odtlenianie, klimatyzacja, osuszanie) • ochrona elektrochemiczna (zwykle uzupełnienie powłokowej)

Ochrona powłokowa Powłoki niemetalowe:

Powłoki metalowe:

• laminaty Ŝywiczne. • wykładziny bitumiczne, • farby i lakiery,

• ogniowe, • natryskowe, • elektrolityczne, • malarskie.

UmoŜliwiają całkowite odcięcie konstrukcji od działania czynników atmosferycznych, wody, kwasów, węglowodorów i innych substancji agresywnych. Warunkiem prawidłowego działania powłoki jest zwykle ich dobra przyczepność do podłoŜa oraz ciągłość warstw.

Podstawowe składniki farb: • spoiwo (Ŝywica syntetyczna) – tworzy powłokę i spaja pozostałe składniki • wypełniacze i pigmenty – nadają kolor oraz wzmacniają powłokę • rozpuszczalniki – słuŜą upłynnieniu materiału oraz regulują lepkość • substancje pomocnicze

Farby akrylowe: • jednoskładnikowe, schnące fizycznie przez odparowanie rozpuszczalnika • odporne na promieniowanie UV, nieodporne na tłuszcze i oleje • powłoki cienkie, elastyczne, zwykle przepuszczalne dla pary wodnej, lecz ograniczające dyfuzję dwutlenku węgla, • stosowane głównie do zabezpieczania obiektów budowlanych przed postępem karbonatyzacji oraz do nadania walorów estetycznych i kolorystyki.

Farby epoksydowe: • dwuskładnikowe, schnące chemicznie przez reakcję Ŝywicy z utwardzaczem zwykle po odparowaniu rozpuszczalnika • powłoki bardzo odporne na działanie chemikaliów, wody, tłuszczy i olejów (mają niską odporność na działanie promieniowania UV) • posiadają niską przepuszczalność wody i pary wodnej cechują się wysoką twardością ścią i niską niską elastycznością • cechują • mają szerokie zastosowanie do ochrony wewnętrznych i zewnętrznych powierzchni wszelkiego typu Ŝelbetowych zbiorników i reaktorów oraz konstrukcji szczególnie w przemyśle spoŜywczym, chemicznym, papierniczym nie naraŜonych na działanie UV

Farby poliuretanowe: • jednoskładnikowe lub dwuskładnikowe, schnące chemicznie przez reakcję Ŝywicy z wilgocią atmosferyczną lub utwardzaczem izocyjanianowym • tworzą powłoki odporne na działanie chemikaliów, wody, tłuszczów i olejów, a wyroby utwardzane izocyjanianami alifatycznymi charakteryzują się odpornością na działanie promieniowania UV • posiadają niską przepuszczalność pary wodnej • z uwagi na wyŜszą cenę oraz trudniejsze stosowanie są uŜywane głównie jako powłoki nawierzchniowe odporne na działanie promieniowania UV

Farby poliwinylowe i chlorokauczukowe: • jednoskładnikowe, schnące fizycznie przez odparowanie rozpuszczalnika • tworzą powłoki elastyczne o średniej grubości i wysokiej odporności na działanie wody oraz środowiska kwasowe i zasadowe • mają ograniczoną odporność na działanie promieniowania UV i w nieznacznym stopniu przepuszczają parę wodną • z uwagi na duŜy wymiar cząstek polimeru wymagają silnego rozcieńczenia toksycznymi węglowodorami aromatycznymi.

Farby alkidowe: • jednoskładnikowe, schnące chemicznie przez reakcję chemiczną z tlenem z powietrza w temperaturze otoczenia • tworzą powłoki twarde o średniej grubości i przeciętnej odporności na działanie wody oraz środowisko atmosferyczne • mają ograniczoną odporność na działanie promieniowania UV i w znacznym stopniu przepuszczaj przepuszczają ą par parę ę wodn wodną ą, • mają niską odporność na środowisko kwasowe i zasadowe oraz działanie olejów i tłuszczy • wymagają rozcieńczania mało toksycznymi węglowodorami alifatycznymi (benzyną lakierniczą)

Laminaty Ŝywiczne: • składają się z Ŝywic epoksydowych lub winyloestrowych, zbrojonych tkaniną lub matą z włókna szklanego lub węglowego • grubość tych powłok wynosi kilka milimetrów • znajdują głównie zastosowanie do ochrony zbiorników do przechowywania chemikaliów • mogą być równieŜ stosowane jako samodzielny materiał konstrukcyjny (tzw. FRP) wytrzymałość mechaniczna • zalety: wysoka wytrzymałość i odporność na agresywne chemikalia • wady: wysoka cena i duŜa pracochłonność przy nakładaniu

Powłoki anodowe są wykonane z metali o bardziej ujemnym potencjale elektrochemicznym (mniej szlachetnych) niŜ metal chroniony. Pokrywanie metali powłokami anodowymi zapewnia chronionemu metalowi ochronę katodową, gdyŜ powłoka z metalu mniej szlachetnego działa w charakterze anody jako protektor. Jako przykład powłok anodowych moŜna wymienić cynk i kadm. NajwaŜniejszym, praktycznym zastosowaniem powłok anodowych jest pokrywanie stali powłoką cynkową (blachy ocynkowane). W przypadku pokrywania powierzchni stalowych cynkiem w razie pojawienia się rysy lub szczeliny tworzy się ogniwo w którym katodą jest Ŝelazo zaś anodą cynk. W tej sytuacji do roztworu przechodzą jony cynku a nie jony Ŝelaza. Tak więc w przypadku pokrywania metali powłokami anodowymi, powłoka pokrywająca nie musi być idealnie szczelna.

Powłoki katodowe są wykonane z metali bardziej szlachetnych niŜ metal chroniony. Przykładem powłok katodowych są np. powłoki z miedzi, niklu, chromu, cyny lub srebra. Powłoka katodowa jest skuteczna tylko wówczas, kiedy cała powierzchnia stalowa jest nią szczelnie pokryta. Po utworzeniu szczeliny powstaje mikroogniwo, mikroogniwo w którym Ŝelazo jest anodą i ono ulega rozpuszczeniu, co przyspiesza korozję, a metal szlachetny staje się katodą ogniwa. W rezultacie uszkodzenia powłoki katodowej szybkość korozji w miejscu uszkodzenia jest większa niŜ w przypadku braku powłoki katodowej.

Cynkowanie stali: • cynkowanie ogniowe (zanurzeniowe) – stosowane przemysłowo, najbardziej skuteczne, wykonywane tylko w cynkowniach, • cynkowanie natryskowe – stosowane w warunkach terenowych, • cynkowanie na zimno – nakładanie powłok krzemiankowo-cynkowych techniką malarską

Cynkowanie ogniowe w wannie

Ochrona elektrochemiczna: Do chronionego rurociągu lub kadłuba okrętu przytwierdza się tzw. protektory - bloki z metalu o niŜszym od Ŝelaza potencjale normalnym (np. z magnezu, cynku). Protektor stanowi anodę zwartego ogniwa i sam zuŜywa się, przechodząc do roztworu (wody gruntowej lub morskiej). Elementy ochronne muszą być co pewien czas wymieniane.

Technologie przygotowania powierzchni: • mycie powierzchni wodą pod wysokim ciśnieniem (do 70 MPa), • czyszczenie powierzchni wodą pod bardzo wysokim ciśnieniem (powyŜej 70 MPa), • czyszczenie metodą strumieniowo-ścierną (śrutowanie, piaskowanie), • ścierniwa ekologiczne (metaliczne, garnet, tworzywa sztuczne)....