Zwiększenie odporności na korozję

W celu zwiększenia odporności na korozję najczęściej stosuje się:

• zmianę składu chemicznego, objętościowo w procesie wytwarzania lub powierzchniowo przez obróbkę cieplno – chemiczną lub platerowanie,
• obróbkę cieplną prowadzącą do jednofazowej struktury tj. przesycanie, a także do ujednorodnienia składu chemicznego (wyżarzanie ujednorodniające oraz wyżarzanie odprężające – zalecane w celu zapobiegania korozji naprężeniowej),
• nanoszenie na powierzchnię powłok ochronnych metalowych lub niemetalicznych (farby, lakiery, emalie, tworzywa sztuczne, smary, bituminy), a także wytwarzanych metodami inżynierii powierzchni ( natrysk plazmowy , metody PVD i CVD, implantację jonową),
• ochronę katodową, anodową, protektorową i wprowadzanie do ośrodka korozyjnego inhibitorów,
• poprawę czystości atmosfery.

Ochronne powłoki metalowe anodowe i katodowe:

Powłoki katodowe:

Odsłonięty metal rodzimy w miejscy rys, porów lub innych nieciągłości pokrycia jest anodą, natomiast powłoka katoda. Ponieważ powierzchnia anody, tj. powierzchnia na której zachodzi utlenianie, jest mała w stosunku do powierzchni katody, więc korozja ograniczona do niewielkiego obszaru powoduje utworzenie się głębokich wżerów w stosunkowo krótkim czasie.

Powłoki anodowe:

Ciągła warstwa pokrycia którymś z tych metali izoluje stal od elektrolitu, przez co zapobiega jej korozji. Jeżeli jednak na pokryciu utworzą się rysy odsłaniające pokryta stal, to zachowanie się każdego z tych dwóch pokryć jest zasadniczo odmienne.

Względem cyny stal jest anoda a więc gdy blacha ocynowana zostaje zadrapana wówczas tworzy się niewielka anoda stalowa powodująca szybką lokalna korozję stali.

Pokrycie cynkowe jest w dalszym ciągu skuteczne, gdyż cynk jest anoda względem stali.
Ponieważ obszar odsłoniętej stali (katody) jest bardzo mały, więc pokrycie cynkowe koroduje powoli, a stal jest dalej chroniona.

W warunkach korozji atmosferycznej cyna jest katoda w stosunku do żelaza, jednak w przypadku braku tlenu z powietrza cyna staje się anodą, a żelazo katoda. Taka zmiana względnych potencjałów żelaza i cyny w środowisku pozbawionym tlenu oraz nietoksyczna natura soli cyny czyni blachy ocynowane użytecznymi materiałami na pojemniki na żywność i napoje.

Szczególnie interesujący w tym przypadku jest Cr, który również na stalach tworzy warstwę tlenku zapobiegającą skutecznie utlenianiu, jeżeli jego zawartość w stali w stanie rozpuszczonym jest większa niż 10,5 %. Chrom nie tylko odznacza się dużą skłonnością do pasywacji ale przenosi również tą skłonność na stopy z innymi metalami. Stopy żelaza z chromem pasywują się w roztworach wody utlenionej już przy 6 – 8 % Cr a przy 13 – 14 % Cr pod wpływem tlenu zawartego w powietrzu co zapewnia im odporność chemiczną w tych warunkach.
Należy pamiętać że odporność stopów żelaza z chromem zależy także od zawartości węgla i podziału chromu pomiędzy węgliki a osnowę. Jeżeli w strukturze stopu występują węgliki bogate w chrom, to osnowa jest odpowiednio zubożała, a zawartość w niej chromu może być za niska, aby zapewnić odporność na korozję. Na przykład stale zawierające 12 – 14 % Cr są odporne przy zawartości węgla ok. 0,10 % w stanie wyżarzonym, ale jeżeli zawierają 0,30 % lub więcej węgla, rdzewieją w tym stanie łatwo.

Ochrona protektorowa:

Jeżeli zewnętrzna elektroda charakteryzuje się niższym standardowym potencjałem elektrodowym w szeregu napięciowym niż chroniony metal, nie trzeba stosować zewnętrznego źródła prądu stałego.
Anoda taka, zwana protektorową którą zwykle stanowi magnez, cynk lub aluminium, wykazuje w stosunku do stali niewielką różnicę potencjału, na przykład w wodzie morskiej od ok. –1,3 [V] dla Mg do –0,8 [V] dla Zn.
Jedna anoda protektorowa umożliwia ochronę niewielkiej tylko powierzchni metalu. W zależności od rezystancji środowiska korozyjnego należy więc stosować odpowiednio dużą liczbę anod protektorowych.

Inhibitory:

W zależności od sposobu działania rozróżnia się:

• pasywatory,
• inhibitory niepasywujące,
• inhibitory lotne.

Pasywatorami są np. jony występujące w roztworach chromianów. Po zetknięciu się z powierzchnią metalu chronionego przed korozją pasywatory wywołują na powierzchni anodowej dużą gęstość prądu, tak że zostaje przekroczony prąd Ikryt powodujący pasywację metalu. Inhibitorami trawienia są zwykle związki organiczne zawierające grupy z N, S i OH oraz aminy. Inhibitory te wpływają w niewielkim stopniu na potencjał korozyjny. Tworzą na powierzchni metalu bardzo cienkie zaadsorbowane warstwy, hamujące rozpuszczanie się metalu. Adsorpcja przebiega zarówno w obszarach katodowych, jak i anodowych, a polaryzacja ma charakter mieszany, z tym że prąd korozyjny Ikor jest przesuwany do znacznie mniejszych wartości.

Inhibitory lotne – to substancje o odpowiednio małej prężności par, które tworzą na powierzchni metalu warstwę zaadsorbowaną, zabezpieczającą przed dostępem wody lub tlenu. Środki te są używane do czasowego zabezpieczenia przed korozją takich elementów, jak na przykład łożyska kulkowe i umożliwiają ich stosowanie bez czyszczenia. Konieczność utrzymania wymaganej prężności par inhibitora lotnego wymaga stosowania szczelnych opakowań na przykład z papieru impregnowanego.

Powłoki i warstwy ochronne:

W zależności od użytych na nie materiałów rozróżnia się:

• powłoki metalowe,
• powłoki nieorganiczne,
• powłoki organiczne.

Powłoki metalowe mogą być uzyskane następującymi sposobami:

• galwanicznie – z wodnych roztworów lub z roztopionych soli,
• chemicznie – w wyniku reakcji wymiany,
• natryskowo,
• naparowywaniem w próżni,
• metodą platerowania wybuchowego lub przez walcowanie,
• dyfuzyjnie – z proszków stopionych metali, z fazy gazowej lub lotnych związków metali.

Powłoki szlachetne, np. na stali – niklowe, srebrne, miedziowe, ołowiowe lub chromowe, są tworzone przez metale o dodatnim lub wyższym standardowym potencjale elektrodowym od metalu podłoża.

Powłoka taka musi być odpowiednio gruba, gdyż w przypadku odsłonięcia metalu podłoża przez pory w powłoce – wskutek powstawania ogniwa metal podłoża– metal powłoki – bardzo intensywnie przebiega korozja elektrochemiczna.

Powłoki protektorowe, na przykład na stali – cynkowe, kadmowe, a w niektórych środowiskach także aluminiowe lub cynowe, powodują ochronę katodową metalu podłoża.

Warunkiem skuteczności ochrony jest trwały styk powłoki z metalem podłoża oraz odpowiednio wysoki prąd płynący w utworzonym ogniwie galwanicznym od powłoki do metalu podłoża. Grubość powłoki decyduje o czasie ochrony katodowej podłoża.

W roztworach o dużym przewodnictwie elektrycznym, np. w wodzie morskiej, ochrona powłoki jest skuteczna w znacznej odległości od powłoki, nawet do kilku metrów. W wodzie miękkiej lub destylowanej, bardzo słabo przewodzącej prąd, gęstość prądu katodowego zwykle maleje wraz ze zwiększeniem odległości od powłoki, nie zapewniając skutecznej ochrony przed korozją, gdy nieciągłości powłoki wynoszą kilka milimetrów.

W przypadku korozji chemicznej warstwa powłoki, podobnie jak zgorzelina o własnościach ochronnych, powinna cechować się dobrą zwartością i przyczepnością do podłoża. Ponadto dyfuzja składników środowiska korozyjnego, metalu chronionego i powłoki w warstwie powłoki powinna być mała. Na powłoki te są stosowane pierwiastki, które na powierzchni chronionego metalu tworzą warstwy związków ulegające selektywnemu utlenianiu. Dzięki temu na powierzchni powłoki powstaje ochronna warstwa tlenków. Korzystnymi własnościami charakteryzują się powłoki, na powierzchni których powstają złożone tlenki typu spineli. Ochronne działanie powłoki metalowej zależy od jej grubości. W wysokiej temperaturze własności ochronne powłoki zmieniają się w wyniku zachodzących reakcji chemicznych oraz dyfuzji.

Powłoki nieorganiczne:

Bardzo dobre własności powłok ceramicznych polegają na całkowitej nieprzepuszczalności dla wody i tlenu. Stosuje się je w celu zabezpieczenia przed utlenianiem w temperaturze nie wyższej niż ok. 750°C, na przykład w układach wylotowych silników lotniczych, naczyniach kuchennych, a także w celu zapobieżenia korozji elementów pracujących w glebach. Na stali często są stosowane warstwy fosforanowe, uzyskiwane w roztworze ortofosforanów cynku lub magnezu, na które następnie nakłada się warstwy malarskie.

Warstwy ochronne zapobiegające przede wszystkim korozji gazowej mogą być tworzone przez wysokotopliwe tlenki, a także cermetale oparte na układach równowagi metale – tlenki, uzyskiwane metodą metalurgii proszków.

Powłoki tlenkowe i z cermetali mogą być nanoszone metodą natryskiwania płomieniowego lub plazmowego.

Powłoki organiczne:

Nośniki olejowe w zetknięciu z tlenem polimeryzują, żywice syntetyczne polimeryzują lub wysychają przez odparowanie rozpuszczalnika, tworząc na powierzchni cieniutką błonę zapobiegającą korozji.
Warstwy malarskie powinny stanowić barierę dla dyfuzji par gazów, wykazywać własności inhibitora korozji oraz dużą trwałość. Własności te są poprawiane przez odpowiednio dobrane pigmenty. Uzyskanie wymaganej odporności na korozję wymaga szczególnie starannego nałożenia powłok malarskich oraz unikania mechanicznego ich zdzierania podczas eksploatacji.

Elementy metalowe można zabezpieczyć przed działaniem ciekłych i gazowych środowisk korozyjnych również przez pokrycie warstwą gumy lub tworzyw sztucznych. Rury przeznaczone dla przemysłu chemicznego oraz okrętownictwa są powlekane elektrostatycznie tworzywami sztucznymi. Blachy powlekane tworzywami sztucznymi również znajdują coraz szersze zastosowanie.