Loading AI tools
proces stopniowego niszczenia materiałów, zachodzący między ich powierzchnią i otaczającym środowiskiem Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Korozja (łac. corrosio – zżeranie) – proces stopniowego niszczenia materiałów, zachodzący między ich powierzchnią i otaczającym środowiskiem[1]. Zależnie od rodzaju materiału dominujące procesy mają charakter reakcji chemicznych, procesów elektrochemicznych, mikrobiologicznych lub fizycznych (np. topnienie i inne przemiany fazowe, uszkodzenia przez promieniowanie).
Pojęcie „korozja” jest stosowane w odniesieniu do niszczenia struktury:
Szybkość korozyjnego niszczenia wieloelementowych konstrukcji zależy od rodzaju kontaktujących się ze sobą materiałów, od sposobu łączenia elementów i innych czynników. Jest to brane pod uwagę w czasie projektowania np. poszycia z blach nitowanych lub spawanych, rurociągów łączonych śrubami, budynków z metalową instalacją wodociągową, wykonanych np. z cegieł (kontakt cegła–spoiwo–metal), żelbetu (kontakt: kruszywo–spoiwo–metal) lub z muru pruskiego (kontakt: cegła–spoiwo–drewno).
Analizuje się bezpośrednie straty ekonomiczne oraz straty pośrednie, np. związane z narażeniem ludzi na utratę zdrowia lub życia. Oszacowano, że w skali globalnej korozja niszczy rocznie nawet ok. 25 mln ton stali[2]. Według danych z roku 2010 światowe roczne straty korozyjne, w przeliczeniu na jednego mieszkańca, wynosiły 1000 – 1500 $. Odnosząc te dane do warunków Polski obliczono, że stanowi to około ¼ zadłużenia zagranicznego (per capita)[3].
Poza stratami bezpośrednimi (koszty zniszczonych materiałów i koszty ochrony konstrukcji) bierze się pod uwagę straty pośrednie, np. związane z narażeniem zdrowia i życia ludzi, które wywołuje np. korozja konstrukcji budowlanych, mostów, środków transportu, rurociągów transportujących produkty naftowe. Katastrofy spowodowane korozją są groźne również dla środowiska (np. wycieki niebezpiecznych mediów do wód i gleby). W roku 2010 oszacowano, że bezpośrednie i pośrednie koszty korozji stanowiły w Polsce około 8% PKB, co odpowiadało sumie 100 mld zł, 25 razy większej od krajowego budżetu na naukę. Wiedza o przyczynach i mechanizmie korozji oraz o możliwościach przeciwdziałania tym zjawiskom jest teoretyczną podstawą dla krajowych strategii zmniejszenia tych strat i dla projektów poszczególnych inwestycji[3].
Korozja metali–tworzyw (np. materiałów konstrukcyjnych) jest nieuchronnym procesem powrotu metali–pierwiastków do stanu, w jakim występują w rudach (stan równowagi termodynamicznej). Z tego punktu widzenia ochrona metali przed korozją polega na zmniejszaniu szybkości tego procesu (kontrola kinetyczna). Ochrony nie trzeba stosować tylko w odniesieniu do metali szlachetnych, które w środowisku występują w stanie niezwiązanym (np. samorodki złota).
Podstawowa klasyfikacja procesów korozji metali jest oparta na określeniu ich mechanizmu. Wyróżnia się[4][5][6][7][8]:
Korozją nazywa się również niszczenie metali pod wpływem tarcia (korozja cierna) oraz kruchość wodorową (chorobę wodorową metali, wodorowe zużycie metalu) – proces fizycznego lub równoczesnego fizycznego i chemicznego niszczenia struktury metalu, przez który dyfunduje wodór atomowy. Skutki takiej korozji nie są dostrzegalne na powierzchni konstrukcji[9].
Dyfuzja wodoru atomowego prowadzi, w określonym zakresie temperatury, do uwięzienia wewnątrz sieci krystalicznej dużych ilości wodoru cząsteczkowego (wzrost ciśnienia w przestrzeniach wewnątrzkrystalicznych). Umożliwia reakcje np. z węglikami w stali lub z tlenkami w stopach miedzi (choroba wodorowa miedzi), prowadzące do powstania metanu lub pary wodnej wewnątrz sieci krystalicznej. Lokalny wzrost ciśnienia powoduje jej odkształcenia i zmniejszenie plastyczności metalu. Niekorzystne jest też odwęglenie powierzchni krystalitów w strukturze stali (np. utrata wytrzymałości stali uzyskanej w wyniku obróbki cieplno-chemicznej).
Spośród procesów korozji chemicznej największe znaczenie ma korozja gazowa, np. zachodząca w gazach zawierających związki chemicznie czynne, np. O2, CO2, H2S, HCl. Najbardziej powszechne są procesy utleniania powierzchni metali w wysokich temperaturach. Ich szybkość jest zależna od właściwości powstających warstw tlenków – od możliwości migrowania cząsteczkowego tlenu w kierunku powierzchni metalu i jonów metalu w kierunku granicy tlenek–atmosfera[5][6].
Grupa procesów elektrochemicznych – będących główną przyczyną strat korozyjnych – jest dzielona na mniejsze klasy, np. według[10][9][11][12]:
Straty związane z korozją elektrochemiczną zmniejsza się stosując, np.[5][6][7][8]:
Powłoki ochronne są stosowane również do zabezpieczania przed korozją chemiczną. Stosowane są np. warstwy tlenkowe lub fosforanowe. Tę samą funkcję pełni powierzchnia metalu po jej wzbogaceniu w dodatki stopowe ulegające pasywacji. Dodatkami zwiększającymi żaroodporność i żarowytrzymałość stali są np. Cr, Si, Al oraz Ni, Mn, Zn, Cu[potrzebny przypis].
Beton i żelbet są popularnymi materiałami konstrukcyjnymi, które cechuje ogniotrwałość, wytrzymałość na znaczne obciążenia statyczne i dynamiczne oraz swoboda w kształtowaniu elementów. Beton koroduje wskutek wietrzenia, wymywania składników przez wodę (ługowanie) oraz reakcji chemicznych zachodzących wewnątrz materiału. Produkty reakcji są wymywane lub pozostają w strukturze betonu, co wpływa na jego wytrzymałość. Rodzaj chemicznej korozji betonu zależy od składu wody, migrującej przez porowatą strukturę, w tym od zawartości dwutlenku węgla. Ochrona betonu przed korozją polega przede wszystkim na zmniejszaniu porowatości. Odrębnym problemem jest ochrona prętów zbrojeniowych żelbetu przed korozją elektrochemiczną[13][14].
Skały ulegają korozji magmowej, zachodzącej w zbiornikach magmowych, czyli nadtapianiu już wydzielonych minerałów przez powtórnie rozgrzaną magmę (zobacz: skały magmowe)[9]. Jako materiały konstrukcyjne (np. kruszywo w betonie, płyty elewacyjne) skały korodują wskutek wietrzenia i wymywania składników przez wodę (ługowanie), zwłaszcza wtedy, gdy zawiera dwutlenek węgla. Dotyczy to przede wszystkim węglanowych porowatych skał osadowych (np. gips, wapienie, dolomity). W wyniku reakcji
powstaje lepiej rozpuszczalny wodorowęglan wapnia. Na płytach elewacyjnych pojawiają się plamy, nacieki i wykwity. W przypadku korozji skał zawierających związki żelaza (np. piryt) zachodzi utlenianie z utworzeniem kwasu siarkowego, który niszczy inne materiały budowlane, np. beton i żelazo.
Zabezpieczenie naturalnych materiałów kamiennych przed korozją polega przede wszystkim na zmniejszeniu porowatości i nadaniu właściwości hydrofobowych. Stosowane są np. mydła, woski, żywice, oleje, sole kwasu fluorokrzemowego, szkło wodne, silikony[15].
Szkło jest materiałem o odpornym na działanie większości czynników chemicznych, w tym mocnych kwasów, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego. Odporność na działanie ługów jest wielokrotnie mniejsza. Działanie czystej wody powoduje hydrolizę zawartych w szkle krzemianów z utworzeniem krzemionki w formie żelu (nalot). Zjawisko nie występuje w przypadku specjalnych gatunków szkła, takich jak szkło borowe (np. Pyrex, naczynia laboratoryjne)[15].
Tworzywa sztuczne są stosunkowo odporne na działanie kwasów, zasad i soli. Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych jest na ogół zgodna z zasadą podobnej polarności (dobra rozpuszczalność związku polarnego w rozpuszczalniku polarnym i niepolarnego w niepolarnym). Zdecydowana większość polimerów nie rozpuszcza się w wodzie, a tylko w różnym stopniu pęcznieje, co utrudnia biodegradację tworzyw odpadowych. Polimerem o największej chemicznej odporności jest policzterofluoroetylen (teflon)[15].
Drewno, jako materiał stosowany w technice, charakteryzuje brak odporności na roztwory alkaliów i kwasy nieorganiczne (pęcznienie i hydroliza). Pod działaniem stężonego kwasu siarkowego może następować zwęglenie celulozy. Większość soli mineralnych impregnuje i konserwuje drewno[15]. Przyczyną korozyjnej zgnilizny, niszczącej strukturę, jest porażenie przez grzyby[12]. Rozwój grzybów powoduje zakwaszenie otoczenia, co wywołuje korozję materiałów budowlanych, które kontaktują się ze zmurszałym drewnem[15].
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
