Naziv predmeta: MATERIJALI I NJIHOVO

PONAANJE PRI ZAVARIVANJU

Broj dok.: 2.15. Datum:oktobar, 2005.

Autor: Mr Antun Fertilio,dipl.ing. Uvod u koroziju Revizija: 1

P R O G R A M

Osnovi elektrohemije, elektrohemijski potencijal, pasivizacija, opta korozija, diferencijalna aeracija, katodna i anodna zatita, vrste korozije (interkristalna, transkristalna, tipa otrice noa, takasta, zarezna, naponska), ispitivanje korozije.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 1 od 33

1. U V O D

Pod korozijom se podrazumeva neeljeno razaranje materijala koje nastaje pri fiziko-hemijskom ili elektrohemijskom dejstvu sa okolnom sredinom. Pod dejstvom spoljne sredine odreena

svojstva metala naglo se smanjuju bez vidljivih promena na povrini. Re korozija potie od latinske rei "CORRODERE" to znai nagrizati.

Pored metala korozivnom razaranju podleu nemetali (beton, keramika, staklo i dr.) i materijali

organskog porekla (drvo, plastine mase, tekstil itd.). Korozija nemetala je obino povezana sa drugim pojavama razaranja (starenje, drobljenje,

bubrenje) i zove se degradacija ili razaranje nemetala. Ra je termin rezervisan za koroziju elika i gvoa kada nastaju razliiti oblici njihovih oksida. Pod odreenim uslovima pri fiziko-hemijskom delovanju agenasa, svaki materijal moe

obrazovati neeljene produkte koji nastaju protiv nae volje i predstavljaju koroziju. Korozija se

esto javlja istovremeno ili nakon mehanikog smanjenja upotrebne vrednosti metalnih predmeta. Metalni predmet gubi masu (abrazija i erozija) a druga pojava je da se masa metala ne smanjuje ali mu se pogoravaju svojstva ili menja oblik (zamor od dinamikih optereenja, trajne

deformacije zbog puzanja na povienim temperaturama, pri zateznom optereenju idr.). U uslovima proizvodnje, pojava korozije materijala je vrlo esta i prisutna je svuda. tete koje

nastaju usled korozije su ogromne i po proceni dostie 10% od ukupne proizvodnje metala, a u

industrijski razvijenim zemljama dostie 4-5 % nacionalnog dohotka. Korozija se moe odvijati sporo ili brzo, lokalno ili po celom predmetu, na spoljanjoj ili unutranjoj

povrini kao i po dubini materijala. Uspena zatita materijala od delovanja korozione sredine izvodi se na vie naina i to: legiranjem metala, prevlakom, obradom korozivne sredine, elektrohemijskom zatitom. Koroziona otpornost ili hemijska otpornost zavisi od vie faktora. Njeno prouavanje zahteva

poznavanje vie oblasti nauke i to prvenstveno fiziku, hemiju, elektrohemiju, termodinamiku i metalurgiju. Termodinamika i elektrohemija su od velike vanosti za razumevanje i kontrolu

korozije. Termodinamika prouavanja i prorauni ukazuju na spontani pravac reakcije. Za sluaj korozije,

termodinamikim proraunima moe se teorijski odrediti da li je ili nije mogua pojava korozije. Metalurki faktori esto imaju jako izraen uticaj na korozionu otpornost. U puno sluajeva

metalurka struktura legure se moe kontrolisati u cilju smanjenja korozionog napada.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 2 od 33

2. OSNOVE HEMIJSKE I ELEKTROHEMIJSKE KOROZIJE Korozija se javlja kao posledica fiziko-hemijskih procesa: - pri dodiru metala i agresivne sredine (npr. kiselina, vazduh, voda, zemlja itd.) - pri dodiru raznorodnih metala - na dodirnoj povrini metalnih zrna sa razliitim sastavom ili razliitim naponskim stanjem.

Zavisno od karaktera fiziko hemijskih procesa, razlikuju se dva vida korozije: hemijska korozija i

elektrohemijska korozija.

2.1. Hemijska korozija Po definiciji, hemijska korozija podrazumeva uklanjanje atoma materijala posredstvom hemijske reakcije izmeu materijala i okoline.

Pri dejstvu suvih gasova ili para (kiseonika, vodonika, azotnih oksida, hlora, hlorovodonika, sumpora, sumporvodonika itd.) i nevodenih tenosti (nafta, benzin, benzol itd.) na metalnu povrinu, nastaje hemijska korozija. Hemijska korozija koja se deava na dodiru metalnih povrina sa gasnom fazom, pri povienim temperaturama naziva se gasna korozija. Produkti hemijske korozije obino su oksidi i sulfidi metala u sluaju kada gasovi sadre sumpor.

Specifinost hemijske korozije je obrazovanje i vezivanje produkata korozije na metalnim

povrinama. Debljine obrazovanog sloja mogu biti i do 500 mm. Produkti korozije na povrini metala mogu formirati kompaktnu opnu. Samo kompaktne i neporozne opne koje pokrivaju celu povrinu metala poseduju dobra zatitna svojstva i usporavaju ili zaustavljaju dalju koroziju (npr. oksidna opna Al, Cr i Zn). Uslov kompaktnosti i neporoznosti oksidne opne definisan je Priling-Bedvordovim odnosom (P.B.), koji opisuje vrstu oksidnog sloja koji se formira na povrini metala za vreme oksidacije.

oksidacijiu utroena metala zapremina oksidacijeprocesu u dobijena oksida zapremina

.. =BP

Kod metala koji imaju: - P.B. < 1: opna je porozna i ne titi metal - P.B. = 1 i neto vei: opna je kompaktna i titi metal - P.B. > 2-3 : pritisni naponi u opni izazivaju njeno pucanje i drobljenje ime se u procesu

korozije metala, izlau nove nezatiene povrine

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 3 od 33

Pored uslova da opna bude kompaktna, moraju biti zadovoljeni uslovi fiziko-hemijske stabilnosti i to:

- da opna bude nerastvorljiva u okolini, - da se pri datim uslovima ne topi ili ne sublimuje - da ne stvara sa okolnim medijumom eutektike smee i da ne prelazi u drugu polimorfnu

modifikaciju - da temperaura topljenja produkata korozije bude via od temperature topljenja metala

Kompaktne opne osetljive na spoljne uticaje, koje slabo prijanjaju za metal, pri najmanjem optereenju mogu da se otete i pri tome gube svoju zatitnu funkciju. Za dobro prijanjanje potrebno je da koeficijenti linearnog irenja metala i produkta korozije budu slini, jer pri povienim temperaturama mogu izazvati pojavu mikropora, pucanje i ljuenje opne od

produkata korozije. Kompletne opne bez mehanikih oteenja i vrsto spojene sa metalom poseduju zatitne osobine, odnosno oteavaju difuziju agresivnih gasova.

Brzina gasne korozije zavisi od: - porasta temperature - hrapavosti povrine - deformacionog ojaanja metala

- brzine kretanja agresivne sredine - debljine kompaktne opne

2.2. Elektrohemijska korozija

Termodinamika nepostojanost metala u elektrolitima je osnovni uzrok elektrohemijske korozije metala . Ona nastaje kada se razliiti metali, koji su u elektrinom kontaktu potope u elektrolit, pomou kojeg se elektrina struja moe prenostiti kretajem jona. Metal u dodiru sa elektrolitom prelazi u rastvor u jonskom stanju i otputa elektrone. Proces elektrohemijske korozije sastoji se od istovremene jonizacije (oksidacije) i redukcije (depolarizacije) oksidansa. Pojava i odvijanje procesa elektrohemijske korozije zavisi od: - postojanja podruja sa razliitim elektrinim potencijalom,

- elektrinog kontakta izmeu tih podruja

- dodira anodnih i katodnih podruja sa elektrolitom

- postojanja slobodnih jona u elektrolitu.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 4 od 33

2.2.1. Anodna reakcija Anodna reakcija je proces oksidacije, koji se odigrava na anodi, pri emu anoda korodira, a metal sa niim elektrinim potencijalom sa povrine anode daje u elektrolit pozitivno

naelektrisane jone i otputa elektrone.

+ + neMM n 1

Naprimer:

+

+

+

eAlAleFeFe

32

3

2

pri emu je: M= metal, Mn+1= pozitivno naelektrisan jon, ne- = n elektrona. Pozitivno naelektrisani joni metala sa negativno naelektrisanim jonima elektrolita obrazuju neutralne molekule.

2.2.2. Katodna reakcija

Katoda je metalna elektroda u galvanskom elelemntu na kojoj se dogaa reakcija redukcije. Otputeni elektroni pri anodnoj reakciji dolaze na katodu, delove sa veim potencijalom i

stupaju u drugu hemijsku reakciju koja se naziva redukcija, pri kojoj se kao uzgredni produkt obrazuje gas, tena ili vrsta faza.

Tipine reakcije redukcije koje se odigravaju u procesu elektrohemijske korozije metala su: - proces redukcije vodonika ( 222 HeH + + ), kada su pojedini metali izloeni koroziji u

rastvoru kiselina sa visokom koncentracijom jona vodonika pri emu se razvija gasoviti vodonik,

- kiseonikov proces u vodi ( OHeHO 22 244 ++ + ), kada je metal izloen koroziji u rastvoru kiselina sa rastvorenim kiseonikom, i

- proces redukcije u vodenom rastvoru ( ++ OHeOHO 442 22 ) kada je metal izloen neutralnom vodenom rastvoru baza i soli u kojima je rastvoren kiseonik.

Kada se u rastvoru nalaze joni metala, dolazi do njihove redukcije i taloenja na povrini katode, to

se tretira kao galvanizacija (prevlaenje metala metalom), a ne kao proces elektrohemijske korozije. Kao agensi elektrohemijske korozije po pravilu deluju oksidaciona sredstva iji je elektrodni potencijal

pozitivniji od elektrodnog potencijala metala. Agensi elektrohemijske korozije metala mogu biti joni, neutralni molekuli, nerastvorne opne i odreena organska jedinjenja, kao i sve one supstance koje se u reakciji sa metalom mogu redukovati uz obrazovanje jona i jedinjenja metala.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 5 od 33

Proces elektrohemijske korozije sastoji se od jonizacije (oksidacije) metala i redukcije (depolarizacije) oksidanasa, koje se deavaju istovremeno i u istom odnosu.

a) b) Slika 1 ema elektrohemijskih reakcija (oksidacije i redukcije) koje izazivaju koroziju

a) Oksidacija - cink u rastvoru kiseline b) Redukcija - eljezo u vodi zasienoj kiseonikom

Na slici 1 ematski je prikazana elektrohemijska reakcija (oksidacija i redukcija) koja dovodi do korozije kod cinka i eljeza

- cink potopljen u rastvor kiseline koja sadri jone H+, na povrini poinje da oksidie ( Zn Zn2+ + 2e-), pri emu se osloboeni elektroni premetaju u susednu oblast gde redukuju jone vodonika )22( 2_ HeH ++ i ako nema druge oksidacije i redukcije, ukupna elektrohemijska reakcija se odvija po jednaini 222 HZnHZn ++ ++ .

- eljezo potopljeno u vodu koja je zasiena kiseonikom, na povrini poinje da oksidie

)2( 2 + + eFeFe , a zatim dolazi do reakcije sa kiseonikom ))(442( 22 ++ OHeOHO . Ukupna elektrohemijska reakcija koja se odvijala na anodi

i katodi je po jednaini 22

22 )(24222 OHFeOHFeOHOFe +++ + - Nestabilan talog ferohidroksid Fe(OH)2 dalje oksidie u ferihidroksid Fe (OH)3, talog poznat

kao ra, po jednaini:

2 Fe(OH)2 +H2O + O2 2 Fe(OH)3

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 6 od 33

2.2.3 Diferencijalna aeracija

Aeracija ili prisustvo rastvorenog kiseonika u tenom okruenju moe imati jak uticaj na brzinu

korozije. Uopteno govorei, neki metali i legure mnogo bre su napadnuti u prisustvu kiseonika dok

drugi mogu imati veu korozionu otpornost. Jedna od osnovnih metoda kontrole korozije sastoji se od deaeracije kotlovske vode jer je evidentan uticaj kiseonika na koroziju elika i livenog gvoa.

Efekat aeracije na liniji dve faze (vazduh, tenost) moe u odreenim sluajevima da izazove koroziju.

Pri koroziji cinka u rastvoru hlorovodonine kiseline koja je zasiena kiseonikom pri aeraciji, mogue

su dve katodne reakcije, pri kojima nastaje vodonik i dolazi do redukcije kiseonika. Sledi da je rasvor kiseline zasien kiseonikom korozivniji od rastvora kiseline bez kiseonika.

3. OKSIDOREDUKCIONI (ELEKTRODNI) POTENCIJAL METALA

Razlika u potencijalu obino postoji izmeu dva razliita metala kada su oni uronjeni u korozioni ili

provodni rastvor. Ako su ti metali doli u dodir (odnosno elektrino povezani), potencijalna razlika proizvodi tok elektrona izmeu njih. Korozija manje otpornog metala obino raste i on se ponaa

kao anoda za razliku od metala koji je otporniji i ponaa se kao katoda. Pokretaka snaga za protok struje i koroziju je razlika u potencijalu izmeu dva metala.

Oksidacioni (elektrodni) potencijal je napon koji se stvara izmeu metala i standardne (referentne)

elektrode i predstavlja karakteristiku svakog metala. Zavisno od sposobnosti za jonizaciju, metal se moe ponaati kao anoda ili katoda. Vea sklonost metala da otputa elektrone u odnosu na vodonik, znai da je potencijal metala negativan i da se

on ponaa kao anoda. Odreivanje sklonosti metala da daje svoje elektrone vri se merenjem potencijalne razlike (napona) izmeu metala i referentne elektrode (vodonina elektroda iji je potencijal

internacionalno usvojen kao nula) korienjem poluelije.

Kao primer na slici 2. prikazana je ema poluelije za merenje potencijala eleza u standardnim uslovima. Elektrodni potencijal eleza je nii (- 0,44V) u poreenju sa potencijalom vodonikove

elektrode (0,00V) i ponaa se kao anoda.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 7 od 33

Slika 2. ema poluelije za merenje potencijala eleza u standardnim uslovima.

U tabeli 1. data je lista elemenata sa njihovim elektromotornim silama, EMS- serija (Electromotive force or EMS series), odnosno redokspotencijal, dobijen uporeivanjem potencijala metala sa

referentnom vodonikovom elektrodom u standardnim uslovima (jednomolarni rastvor elektrolita na temperaturi od 25C.). Potencijali poluelija za navedene elektrohemijske reakcije su u skladu sa Stokholmskom konvencijom i odgovara elektrodama kod kojih su sve reakcije pri jedininim

aktivnostima i temperaturi od 25C.

Iz tabele 1 sledi da su metali sa manjim potencijalom (Mg,Al, Zn, Fe) od referentnog vodonikovog potencijala skloni elektrohemijskoj koroziji, za razliku od metala sa veim potencijalom ( Cu, Ag, Pt,

An). U tabeli 2 data je galvanska struja odreenih komercijalnih metala i legura u morskoj vodi, koja je bazirana na merenju potencijala i ispitivanjau galvanske korozije izvrene u kompaniji

INTERNATIONAL NICKEL Co na ostrvu Harbor, N.C. U principu pozicija metala i legura u galvanskoj seriji je bliska konstutivnom elementu prema tabeli 1. Iz tabele 2 se moe uoiti da je kod narajuih elika, plemenitije ponaanje kada su u pasivnom (katodnom) stanju nego u aktivnom (anodnom)

stanju.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 8 od 33

TABELA 1.- LISTA ELEMENATA SA ELEKTROMOTORNIM SILAMA STANJE ELEKTRODE

JEDNAINA METAL-METALNI JON (JEDININA AKTIVNOST)

ELEKTRODNI POTENCIJAL

(V) Au = Au3+ + 3 e- + 1,498 2 H2O= O2 +4H+ + 4e- + 1,229 Pt= Pt2+ +2e- + 1,200 Pd = Pd2+ + 2e- + 0,987 Ag = Ag+ + e- + 0,799 2Hg = Hg2+ +2e- + 0,788 Fe3+ + e- = Fe2+ + 0,771 O2 + 2H2O +4e- = 4 OH- + 0,401 Cu = Cu2+ +2e- + 0,337

KATODNA ILI PASIVNA (PLEMENITI)

Sn4+ + 2e- = Sn2+ + 0,150 REFERENTNA H2 = 2H+ + 2e- 0,00

Pb = Pb2+ +2e- - 0,126 Sn = Sn2+ +2e- - 0,136 Ni = Ni2+ +2e- - 0,250 Co = Co2+ +2e- - 0,277 Cd = Cd2+ +2e- - 0,403 Fe = Fe2+ +2e- - 0,440 Cr = Cr3+ +3e- - 0,744 Zn = Zn2+ +2e- - 0,763 Mn = Mn2+ +2e- - 1,630 Ti = Ti2+ +2e- -1,630 Al = Al3+ +3e- - 1,662 Mg = Mg2+ +2e- - 2,363 Na = Na+ + e- - 2,714 K = K+ + e- - 2,925

ANODNA ILI AKTIVNA (neplemenito)

Li = Li+ +e- - 3,350

NAPOMENA: -Standardni redoks potencijal je dat u voltima pri 25C ,u odnosu na vodoninu elektrodu -Date vrednosti elektrodnog potencijala su identine u oba toka (na pr. Zn = Zn2+ +2e- i Zn2+ +2e- = Zn, potencijal iznosi 0,763 V)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 9 od 33

TABELA 2- GALVANSKA SERIJA ODREENIH METALA I LEGURA U MORSKOJ VODI

STANJE ELEKTRODE METAL I LEGURA Platina (Pt) Zlato (Au) Grafit Titan (Ti) Srebro (Ag) Chlorimet 3 (62Ni,18Cr,18Mo) Hastelloy C (62Ni,17Cr,15Mo) 18-8 Mo nerajui elik (pasivan) 18-8 nerajui elik (pasivan) hromni nerajui elik 11-30% Cr (pasivan) Inconel (80Ni,13Cr,7Fe) (pasivan) Nikl (pasivan) Srebrni lem Monel (70Ni,30Cu) Cupronickel (60-90Cu, 40-10 Ni) Bronze (Cu-Sn) Bakar (Cu) Mesing (Cu-Zn) Chlorimet 2 (66 Ni,32 Mo,1Fe) Hastelloy B (60Ni,30Mo,6Fe,1Mn) Inconel (aktivan) Nikl (aktivan) Kalaj Olovo Kalajno-olovni lem 18-8 Mo nerajui elik (aktivan) 18-8 nerajui elik (aktivan) Ni resist (liveno gvoe sa visokim sadrajem Ni)

Hromni nerajui elik, 13%Cr (aktivan)

Liveno gvoe elik ili gvoe

KATODNA ILI

PASIVNA (PLEMENITA)

ANODNA ILI

AKTIVNA

2024 aluminijum (4,5Cu, 1,5Mg,0,6Mn) Kadmijum Komercijalno isti aluminijum (1100)

Cink Magnezijum i njegove legure

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 10 od 33

4. BRZINA KOROZIJE, POLARIZACIJA I PASIVIZACIJA

4.1. Brzina korozije

Brzina hemijske odnosno gasne korozije zavisi od: - porasta temperature - hrapavosti povrine - deformacionog ojaanja metala

- brzine kretanja agresivne sredine - debljine kompaktne opne

Brzina elektrohemijske korozije predstavlja koliinu metala koja korodira sa anode u vodeni rastvor za

odreeno vreme i odreuje se Faradejevom jednainom:

nFItMW =

gde je : W (g/s) = masa korodiranog metala I (A) = jaina struje

M (g/Gmol)= atomska masa metala n = valentnost metalnog jona t (s) = vreme F = Faradejeva konstanta 96500 C Gubitak mase sa odreene povrine u jedinici vremena obino se rauna po jednaini:

nFiAtMW =

gde je: i (A/cm2) = gustina sruje A (cm2) = povrina izloena koroziji

4.2. Polarizacija (aktivaciona i koncentraciona)

Brzina elektrohemijske reakcije limitirana je razliitim fizikim i hemijskim faktorima kao i uticajem

okoline. Pri tome dolazi do promene potencijala anode i katode odnosno do polarizacije to dovodi do usporavanja toka struje.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 11 od 33

Polarizacija je konvencionalno podeljena u dva tipa i to: aktivacionu i koncentracionu polarizaciju. Aktivaciona polarizacija je prvenstveno fizika ili elektrina barijera za razliku od koncentracione

polarizacije kod koje je barijera hemijskog tipa. Po pravilu oba tipa polarizacije smanjuju protok struje kroz galvanski elemenat a sa tim smanjuju i brzinu korozije. Efekti polariacije na anodi i katodi nisu jednaki, pa je za brzinu korozije merodavna ona gde je mnogo vea polarizacija.

4.2.1. Aktivaciona polarizacija odgovara elektrohemijskom pocesu koji zavisi od sekvenci reakcija na dodirnoj povrini metala i elekrolita. Tipian primer je reakcija evolucije vodonika na

povrini cinka pri koroziji u rastvoru kiseline. Na slici 3a su uproeno prikazane mogue faze reakcije pri emu najsporija faza odreuje

brzinu redukcije jona vodonika. -faza 1: Na povrini metala dolazi do adsorpcije ili vezivanja estica (H+) -faza 2: Sledi oslobaanje elektrona ( e- ) i njihov tok, a istovremeno se odigrava redukcija

estica metala (Zn+2 ) - faza 3.: Dva atoma vodonika (H) se vezuju u molekul (H2) - faza 4: Vie molekula vodonika (H2 ) se udruuju i formiraju mehur gasovitog vodonika.

a) b)

Slika 3. ematski prikaz polarizacije a) aktivaciona polarizacija pri reakciji redukcije vodonika na povrini cinka b) koncentraciona polarizacija pri redukciji vodonika

Aktivaciona polarizacija obino je uticajni faktor pri koroziji u sredinama koje sadre veliku

koncentraciju aktivnih estica (npr koncentrovana kiselina)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 12 od 33

4.2.2. Koncentraciona polarizacija odgovara elektrohemijskim redukcijama koje zavise od difuzije u elektrolitu. Radi ilustracije na slici 3b ematski je prikazana koncentraciona polarizacija pri redukciji vodonika, u sluaju evolucije vodonika. Pri tome broj jona vodonika u rastvoru je vrlo mali i brzina redukcije je u zavisnosti od difuzije jona vodonika ka povrini metala. U tom sluaju brzina redukcije zavisi od procesa koji nastaju veinom u rastvoru , a manje na

povrini metala. Koncentraciona polarizacija u principu preovlauje kada je koncentracija estica za redukciju mala (npr. Razblaene kiseline, aerisani rastvori soli).

4.3. Pasivizacija Pasivizacija predstavlja opadanje hemijske reaktivnosti kod pojedinih metala i legura u odreenim sredinama i uslovima kada oni postaju inertni i ponaaju se kao plemeniti metali. Pasivno ponaanje je rezultat formiranja tankog i jako privrenog oksidnog sloja koji predstavlja barijeru

za dalju koroziju. Pasivizacija je izraena kod aluminijuma, titana, nikla, hroma i njihovih legura (npr Al2 O3, TiO2). Kod nerajuih elika, kada je sadraj hroma vei od 12% rastvoren u reetki eleza formira se zatitni sloj na povrini. U sluaju oteenja oksidnog sloja, na oteenim

mestima veoma brzo se obnavlja oksidni sloj. Promena karaktera korozione sredine moe pasivno stanje metala vratiti u aktivno stanje podlono koroziji.

Pasivizacija se moe kvantitativno opisati karakterizacijom ponaanja metala. Na slici 4a prikazan

je dijagram brzine korozije metala u funkciji oksidacione energije (elektrodnog potencijala) rastvora. Kada je metal uronjen u rastvor kiseline bez vazduha sa elektrodnim potencijalom koji odgovara taki A, definisana je i brzina korozije. Ako oksidaciona energija tog rastvora raste,

dodatkom kiseonika ili jona eleza, brzina korozije metala raste naglo. Porast brzine korozije je

eksponencijalan, a u semilogaritamskoj skali se pokazuje kao prava linija. Oksidaciona energija rastvora zavisi od specifine energije rastvora i koncentracije reagenta.

a) b) Slika 4. Korozione karakteristike metala a) Brzina korozije metala u funkciji oksidacione energije rastvora (Elektrodni potencijal) b) Aktivno i pasivno stanje metala u funkciji oksidacione energije rastvora (Elektrodni potencijal)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 13 od 33

Na slici 4b prikazano je tipino ponaanje metala koje daje efekat pasivizacije. Ponaanje tih

metala ili legura moe se podeliti u tri zone: aktivnu, pasivnu i transpasivnu. U aktivnoj zoni

ponaanje materijala je identino obinom metalu. Blagi porast oksidacione energije rastvora izaziva porast brzine korozije. Kada se doda vie oksidacionih agenasa brzina korozije pokazuje nagli pad, to odgovara poetku zone pasivizacije. Dalje poveanje oksidacionih agenasa daje

neznatne promene brzine korozije materijala u pasivnoj zoni. Konano pri jako visokoj koncentraciji oksidanasa, brzina korozije ponovo raste. Ova zona se naziva transpasivna.

5. VRSTE (TIPOVI) KOROZIJE Koroziona oteenja se pojavljuju u razliitim vidovima i mogu se najee identifikovati vizuelnim pregledom. Vidovi korozije su specifini ali svi su manje ili vie povezani meusobno.

Postoji vie razliitih naina klasifikacije korozije metala i legura. Najee se korozija svrstava na: - Visoko temperaturnu i nisko temperaturnu koroziju, - Direktno spajanje (oksidaciju) i elektrohemijsku koroziju, - Mokru koroziju i suvu koroziju.

Mokra korozija nastupa u prisustvu tenosti, to su obino vodeni rastvor, ili elektroliti, koji u najveem

broju sluajeva izazivaju koroziju. Tipian primer je korozija elika u vodi. Suva korozija nastaje u

odsustvu tene faze ili iznad take rose okoline. Pare i gasovi su obino koroziona sredstva. Suva

korozija je najee vezana za visoke temperature (npr.korozija elika od gasova u pei). Prisustvo

malih koliina vlage moe u potpunosti da promeni korozionu sliku (npr obian ugljenini elik je

otporan na suvi hlor, ali vlani hlor ili vodeni rastvor hlora je ekstra korozivan i napada najvei broj

metala i legura. Suprotan sluaj je sa titanom koji je koroziono otporniji u vlanom nego u suvom hloru.

Osnovni tipovi korozije su: - opta ili ravnomerna korozija (general or uniform corrosion) - galvanska ili korozija dva metala (galvanic or two metal corrosion) - takasta korozija (pitting corrosion)

- korozija u zazoru (crevice corrosion) - meukristalna korozija (intergranular corrosion)

- Selektivno odstranjivanje jednog elementa iz legure (selective leaching, or parting) - Naponska korozija (stress corrosion) - Eroziona korozija (erosion corrosion) - Vodonina oteenja

U realnim uslovima eksploatacije pored datih vrsta korozije navode se dodatno i sledei tipovi korozije:

- kraterska korozija (crater corrosion) - korozija kao otrica noa (knife-line corrosion)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 14 od 33

- prsline od naponske korozije i korozioni zamor (stress corrosion cracking and corrosion fatigue)

- korozija od poveanog napona (stress enhanced corrosion)

- povrinsko ljuspanje (exfoliation) - korozija od tla ili izolacije (corrosion by sail or insulation) - ljutenje i oksidacija (sealing and oxidation)

Radi boljeg razumevanja naziva vrsta odnosno tipova korozije, u zgradi su dati i nazivi na engleskom.

5.1. Opta ili ravnomerna korozija Nastaje pri hemijskoj ili elektrohemijskoj reakciji koja se odigrava ravnomerno po celoj povrini ili preko veeg dela povrine izloene korodivnom mediju. Kod opte elektrohemijske korozije potencijal meren na

bilo kom mestu metalne povrine uvek je jednak i odgovara potencijalu kako anodne tako i katodne reakcije. Opta korozija se moe spreiti ili smanjiti :

- izborom odgovarajuih meterijala - zatitnim premazima - inhibitorima - katodnom zatitom

5.2. Galvanska korozija ili korozija dva metala Nastaje obrazovanjem galvanskog elementa. Razlika potencijala obino postoji izmeu dva

raznorodna materijala kada su oni uronjeni u rastvor koji je korodivan ili provodi struju. Manje otporan metal ponaa se kao anoda a otporniji metal kao katoda.Kod zavarenih spojeva galvanska korozija se pojavljuje kada je dodatni materijal razliit od sastava osnovnog materijala i kada se

zavaruju raznorodni materijali. Galvanska korozija prema uslovima u kojoj nastaje moe se podeliti u tri grupe:

- strukturni galvanski element - formira se kod metala i legura usled razlike potencijala strukturnih komponenti

- naponski galvanski element - nastaje kada u metalu postoje oblasti sa razliitim naponskim stanjem. U prisustvu elektrolita oblast u metalu sa veim naponima je anoda a oblast sa

manjim naponima je katoda galvanskog elementa. - koncentracioni galvanski element pojavljuje se usled razlike u sastavu elektrolita koji je u

kontaktu sa povrinom metala. Metal u kontaktu sa elektrolitom vee koncentracije je katoda a

manje koncentracije je anoda. Susree se na mestima gde je veliko strujanje elektrolita (npr u

cevovodima ili u kanalima gde je veliko strujanje elektrolita). Spreavanje ili smanjenje galvanske korozije praktino se izvodi:

- izborom kombinacije metala koji su bliskog elektrohemijskog potencijala

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 15 od 33

- izbegavanjem lokalnog uticaja male anode i velike katode - izolovanjem dodira dva metalna elementa u spoju - paljivim unoenjem odgovarajuih premaza

- dodavanjem inhibitora u cilju smanjenja odnosno eliminisanja agresivnosti okolne sredine - izbegavanjem veze navojem dva raznorodna materijala - projektovanjem zamenljivih anodnih delova ili poveanjem debljine za dui vek trajanja - ugradnjom treeg metala koji je anoda u galvanskom kontaktu sa druga dva metala.

Na slici 5 ematski je prikazana galvanska korozija elemenata, elika na oteenom mestu

zatitne prevlake od cinka (5a) i kalaja (5b), a na slici 6 je dat ematski prikaz mikroelemenata, (6a) elika perlitne strukture (ferit + cementit) i (6b) meukristalne korozije kod nerajueg elika

austenitne strukture.

Slika 5 - Galvanska korozija elemenata na oteenom mestu a) elik zatien prevlakom cinka b) elik zatien prevlakom kalaja ili nikla

Slika 6 - Galvanski mikroelementi a) Perlitna struktura elika ( ferit + cementit) b) Meukristalna korozija kod nerajueg elika

austenitne strukture

5.3. Takasta korozija Takasta (piting) korozija se pojavljuje na povrini, lokalno u vidu jamica malih dubina i pojedniano ili grupno ( lii na hrapavu povrinu ). Ona je tip anodne reakcije autokatalitikog

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 16 od 33

procesa, pri kome se stvaraju uslovi za nastanak i razvoj takaste korozije. Na slici 7 ematski je prikazan autokatalitiki proces koji se odvija u korozionoj jamici.

Slika 7 Autokatalitiki proces koji se odvija u korozionoj jamici

Metal (M) u dodiru sa rastvorom NaCl koji je zasien (vazduhom i kiseonikom) na povrini korodira tako to u jamici brzo prelazi u jon metala (M+), dok se ma povrini metala istovremeno odvija redukcija kiseonika. Nastanak i razvoj takaste korozije zavisi od:

- sastava i koncentracije hlorida i drugih halogenida - brzine protoka fluida - poveanja temperature ( iznad vrednosti kritine temperature pitinga )

- stanja materijala i povrine ( homogena, nehomogena)

Spreavanje i smanjenje takaste korozije se postie:

- izborom odgovarajueg materijala

- dodatkom inhibitora - zatitnim premazima - uklanjanje vlanog agresivnog vrstog materijala sa povrine materijala i opreme

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 17 od 33

- konstruktivnim reenjem spojeva elemenata zavarivanjem

5.4. Korozija u zazoru odnosno na povrini metala koja je pokrivena, nastaje lokalno u dodiru sa korozionim agensima. Ovaj tip korozije je obino vezan za malu koliinu nepokretnog rastvora koji se nalazi u rupama, na dodirnoj povrini sa zaptivaem, preklopnim spojevima, na povrini ispod depozita itd. Na slici 8. prikazan je ematski mehanizam korozije u zazoru, elika ili eljeza potopljenog u aerizovanu morsku vodu. Korozija ispod zatitnog filma (under film corrosion) ili vlaknasta korozija (filiform corrosion),su poseban vid korozije u zazoru. Korozija u zazoru nastaje zbog pojave diferencijalne aeracije tako to se u oblastima sa veom koncentracijom kiseonika odvija katodna reakcija a na mestima sa manjom koncentracijom kiseonika anodna reakcija. Hidrolizom jona metala u zazorima nastaje kisela sredina, to ubrzava korozioni proces razaranja metala. Korozija u zazoru podlee slinim zakonitostima kao i takasta korozija.

Korozija u zazoru je intezivnija: - sa poveanjem elektrine provodljivosti elektrolita

- kada je vea povrina metala van zazora

- kada su u zavarenom spoju prisutne greke I oteenja (mikroprsline, tople I hladne prsline, zazori, neprovaren koren, zarezi sa troskom) u kojima zaostaje elektrolit - kod austenitnih nerajuih elika kada je sadraj hroma i molibdena manji od kritinih vrednosti

- kada je kompaktni oksidni sloj na povrini oteen ili je onemogueno njegovo formiranje. Korozija u zazoru se moe spreiti ili smanjiti:

- zavarivanjem sueonih spojeva umesto preklopnih spojeva izvedenih mestiminim zavarivanjem ili zavrtnjima - kontinualnim zavarivanjem ili lemljenjem preklopnih slojeva - projektovanjem posuda tako da se mogu u potpunosti oistit, oprati i osuiti, a na dnu onemoguiti taloenje vrstih materija

- zavarivanjem cevi za cevni zid umesto uvaljivanja (valcovanja).

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 18 od 33

a) poetna faza b) kasnija faza

Slika 8 Korozija u zazoru elika i eljeza u aerizovanoj morskoj vodi

5.5 Meukristalna korozija

Meukristalna (interkristalna) korozija se u principu vezuje za nerajue austenitne materijale koji su lagano

zagrejani i drani na temperaturi od 482 do 816o C, a istovremeno izloeni korozionoj sredini koja u odreenom stepenu intezivno napada po granicama zrna. Osetljivost na meukristalnu koroziju je izazvana stvaranjem kompleksnog karbida hroma, usled ega se smanjuje sadraj hroma na granicama zrna. Najmanje

12% Cr je potrebno za odravanje zatitnog pasivnog filma. Meukristalna korozija dovodi do velikog pogoranja mehanikih karakteristika metala.

Kod zavarenih spojeva dolazi do senzibilizacije u ZUTu ili pri neadekvatnoj termikoj obradi u cilju uklanjanja zaostalih napona. Interkristalna korozija se moe smanjiti: - arenjem austenitnih nerajuih elika na temperaturi veoj od 1030oC, pri emu dolazi do potpunog

rastvaranja karbida hroma i brzim hlaenjem kroz kritini temperaturni interval

- smanjenjem sadraja ugljenika ispod 0,03%C - dodavanjem elemenata (Nb,Ti) koji grade stabilnije carbide od hroma.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 19 od 33

5.6 Naponska korozija

Naponska korozija, praena pojavom I razvojem prslina, nastaje istovremenim dejstvom zateuih napona I

agresivne sredine. Pri ciklinom naprezanju process korozije se obino opisuje kao korozioni zamor. Naponskom korozijom na povrini metala praktino nema vidnih oteenja jer fine prsline prodiru kroz metal.

Naponi mogu biti unutranji ili od spoljanjih optereenja.

Unutranji naponi mogu nastati: - pri zavarivanju - pri neodgovarajuem hlaenju sa povienih temperatura

- pri unutranjim metalurkim transformacijama sa promenom zapremine - pri toploj ili hladnoj fabrikaciji (oblikovanje, savijanje, buenje, pritiskanje) Spoljanji naponi I optereenja definisani su projektom a u eksploatacionim uslovima mogu varirati. Zajedniko dejstvo unutranjih i spoljanjih napona, po pravilu dovodi do razaranja metala i oteenja

konstrukcije. Povrinski zarezi I druge greke I oteenja mogu biti kritina zbog koncentracije napona, kao I inicijalna mesta za nastanak I razvoj prslina. Naponsku koroziju obino izazivaju vodeni rastvori agenasa

korozije ili vlani talozi.

Tipini primeri pojave prslina zbog naponske korozije su:

- kod ugljeninih materijala kada su izloeni dejstvu toplih rastvora nitrata i karbonata kao i sumporne i azotne kiseline

- kod austenitnih nerajuih elika pod uticajem toplih hlorida

- kod legura bakra u prisustvu amonijaka.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 20 od 33

a. b.

Slika 9 Tipini primeri prslina od napnske korozije i korozionog zamora a. kod sueono zavarenih spojeva

b. kod ugaonih spojeva prikljuaka i nosaa cevi

Na slici 9a ematski su prikazane tipine prsline od naponske korozije i korozionog zamora kod sueono

zavarenih spojeva: - poprene prsline (9A) koje prvenstveno nastaju zbog produenog skupljanja ava

- podune prsline (9B), zbog poprenog skupljanja ava

- podune prsline uz zavareni spoj (9C) u principu nastaju zbog zajeda i tvrdih metalurkih struktura - podune prsline u sredinjoj zoni ava (9D) koje nastaju obino zbog nedostatka provara ava

Na slici 9b ematski su prikazane tipine prsline od naponske korozije i korozionog zamora kod ugaonih spojeva prikljuaka i nosaa cevi. Obzirom da je korozioni medijum obino sa unutranje strane posuda i cevi, nastajanje prsline je sa unutranje strane. Naponska korozija i korozioni zamor se moe smanjiti:

- smanjenjem napona na kritinim mestima i u celini (otputanje zaostalih napona, poveanje debljine

materijala ili smanjenje optereenja)

- eliminacijom kritinog sastava okoline (degasifikacija, demineralizacija ili destilacija) - promenom legure metala (npr. Inconel umesto nerajueg austenitnog materijala) - primenom katodne zatite (spoljanji izvor struje ili anode koja se troi) - dodavanjem inhibitora u sistem (fosfati i drugi neagresivni i agresivni inhibitori)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 21 od 33

- premazima - samarenjem (na povrini zaostaju naponi pritiskivanja)

5.7 Selektivna korozija

Selektivnom korozijom dolazi do selektivnog odstranjivanja jednog elementa iz legure. Tipian primer je selektivno uklanjanje Zn iz legure lema (decinkifikacija). Slian proces nastaje i u drugim legurama iz kojih se ukljanja Al, Fe, Co, Cr i drugi elementi.

5.8 Eroziona korozija

Erozija predstavlja razaranje metala abrazivnim delovanjem tenosti ili pare. Prisustvo vrstih estica u

suspenziji ili prisustvo tenosti u pari moe ubrzati ovaj tip oteenja, koji se dodatno pojaava korozijom.

Metal se ukljanja sa povrine kao rastvoreni jon ili u obliku vrstog korozionog proizvoda koji se mehaniki odnosi sa povrine. Eroziona korozija je karakteristina pojava kod pumpi, cevovoda, cevnih kolena, cevnih

lukova, prikljuaka, cevi izmenjivaa, turbina i dr.

Posebni vid erozione korozije je kavitaciono oteenje koje nastaje stvaranjem i udarom mehura pare u tenosti na povrini metala. Kavitaciona oteenja nastaju na vodenim turbinama, brodskim propelerima,

rotorima pumpi i drugim povrinama gde se susreu protok tenosti velike brzine i promena pritiska. Smanjenje oteenja od erozione korozije se postie:

- izborom odgovarajueg materijala koji je otporan prema erozionoj koroziji - boljim projektovanjem kritinih mesta

- promenom okoline (deaeracija, inhibiranje, taloenje, filtriranje, snienje temperature)

- povrinskom zatitom odgovarajuim premazima

- metalizacijom i navarivanjem povrina - katodnom zatitom

5.9 Vodonina oteenja

Vodonino oteenje nje je opti naziv za mehanika oteenja metala u pristustvu ili interakciji sa vodonikom. Vodonina oteenja se mogu klasifikovati u etiri razliita tipa:

- stvaranje vodoninih gasnih mehurova (Hydrogen blystering) - vodonina krtost (Hydrogen embrittlement)

- dekarbonizacija (Decarburization) - vodonini korozioni napad (Hydrogen attack) Stvaranje vodoninih gasnih mehurova je rezultat penetriranja atomskog vodonika u metal, koje je praeno lokalnim deformisanjem a u ekstremnim sluajevima potpunim razaranjem zidova posude.

Mehanizam stvaranja vodoninih gasnih mehurova ematski je prikazan na slici 10. Joni vodonika (H+) sa elektronima formiraju atome vodonika (H) na povrini, koji delom difunduju u metal, delom se rekombinuju u

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 22 od 33

molekule vodonika (H2). U upljinama po poprenom preseku metala, a delom prolaze kroz metal i na spoljanjoj povrini se rekombinuju u molekule vodonika. Obzirom da molekuli vodonika ne mogu da difunduju dalje kroz metal, u upljinama koncentracija vodonika i pritisak rastu do vrednosti (stotina hiljada bara) kada dolazi do lokalnog razaranja metala.

Slika 10 Mehanizam stvaranja vodoninih gasnih mehurova

Na stvaranje vodoninih gasnih mehurova moe se uticati preventivnim merama i to:

- korienjem istih elika bez pora i ukljuaka

- korienjem premaza, kladiranjem austenitnim elicima ili Niklom, oblaganjem gumom i plastikom - korienjem inhibitora u zatvorenim sistemima

- uklanjanjem tetnih korozionih produtaka koji utiu na stvaranje vodonika

- zamena legura korienjem elika sa Niklom kod kojih je brzina difuzije vodonika vrlo mala

Vodonina krtost nastaje takoe zbog penetriranja atomskog vodonika u metal, pri emu dolazi do smanjenja

ilavosti i zatezne vrstoe metala. Atomski vodonik nastaje pri:

- visokoj temperaturi vlane atmosfere

- korozionom procesu - elektrolizi - redukciji jona vodonika (H+) u atom vodonika (H)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 23 od 33

Za mehanizam nastajanja vodonine krtosti ima vie tumaenja. Za titan i druge metale koji su skloni jakom

formiranju hidrida, rastvoreni vodonik reaguje pri emu se formiraju krta hibridna jedinjenja. Kod drugih materijala, kao na primer gvoe i elik reakcija izmeu rastvorenih atoma vodonika i metala nije u potpunosti razjanjena. Vodonina krtost dovodi do: nastajanja i rasta prslina, obrazovanja mehurova, obrazovanja hibrida i smanjenja duktilnosti. Na slici 11 ematski je prikazana razlika pri nastajanju prslina, izmeu anodne naponske korozije i katodne

vodonine krtosti, a na slici 12 je prikazan mehanizam koji se odigrava pri pojavi vodonine krtosti i oteenja

kotlovskih cevi.

Slika 11 ematski prikaz pojave i razvoja prslina pri Anodnoj naponskoj koroziji ( ++ + eMM 2 )

Katodnoj vodoninoj krtosti ( + + He 22 )

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 24 od 33

Slika 12 ematski prikaz mehanizma vodonine krtosti i oteenja kotlovskih cevi

Preventivne mere protiv vodonine krtosti su: - smanjenje brzine korozije dodavanjem inhibitora - kontrolisani uslovi pri oblaganju i metalizaciji kada se razvija vodonik - zagrevanjem na temperature 93 - 149C ime se omoguuje uklanjanje vodonika iz elika - zamenom legure metala koja je otpornija - primenom postupaka zavarivanja i dodatnog materijala sa oblogama koje imaju mali sadraj vodonika. Dekarbonizacija odnosno uklanjanje ugljenika iz elika odvija se esto sa vlanim vodonikom pri visokim

temperaturama. Dekarbonizacijom elika dolazi do smanjenja vrednosti vrstoe na zatezanje. Kod kotlovskih cevi u eksploatacionim uslovima, dekarbonizacije se odvijatako to estice karbida eljeza (Fe3C) u eliku sa vodonikom (H) formiraju metan (CH4). Dekompozicijom karbida eljeza atomi ugljenika

difunduju na granice zrna gde reaguju sa atomima vodonika i formiraju metan. Ova reakcija je reverzibilna i zavisi od temperature i pritiska. Poveanjem pritiska metana dolazi do nastanka i razvoja prslina po granicama

zrna i nepovratnog vodoninog oteenja.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 25 od 33

Vodonini korozioni napad predstavlja reakciju izmeu vodonika i komponente legure metala pri visokim

temperaturama. Tipian primer je raspad oksida bakra u prisustvu vodonika. Penetracija vodonika u metal

moe izazvati raspadanje oksidne ljuske i lom metala ili kidanje kao rezultat formiranja molekula vodonika u unutranjim upljinama pri hlaenju.

6. ZATITA OD KOROZIJE

Zatita od korozije metala i legure moe se postii na vie naina i to:

Elektrohemijskom zatitom Obradom korozione sredine Zatitnim prevlakama Legiranjem metala Racionalnim konstruisanjem

6.1 Elektrohemijska zatita

Elektrohemijska zatita se primenjuje iskljuivo za metale i legure. U zavisnosti od naina polarizacije

elektrohemijska zatita metala moe biti katodna i anodna. Katodna zatita metalnih konstrukcija zasniva se na katodnoj polarizaciji tako to se iz izvora dovode elektroni na metalnu konstrukciju koja se titi. Katodna zatita se primenjuje za zatitu podzemnih cevovoda i rezervoara, brodova, grejaa vode itd, a izvodi se na dva naina:

Protektornom zatitom formiranjem galvanskog elementa tako to se metalna konstrukcija koja se titi spoji elektrinim provodnicima sa metalom iji je elektrini potencijal negativniji (anoda), koji u prisustvu elektrolita korodira i emituje elektrone. Za rtvovanu anodu koja se mora povremeno zamenjivati, koriste se metali (cink, alumnijum ili magnezijum) koji imaju vrlo negativan elektrini potencijal.

Katodnom zatitom ili elektrozatitom koja koristi spoljni izvor jednosmerne struje pri emu se negativni pol vezuje za matalnu konstrukciju (katoda), a pozitivan pol se vezuje sa rtvovanu anodu koja se vremenom

troi.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 26 od 33

Na slici 13 ematski je prikazana katodna zatita podzemnih cevovoda.

Slika 13 ematski prikaz katodne zatite podzemnih cevovoda a) Protektornom zatitom sa anodom od magnezijuma

b) Korienjem spoljnog izvora jednosmerne struje

Anodna zatita metalnih konstrukcija od korozije zasniva se na anodnoj polarizaciji pri emu dolazi do pasivizacije. Anodna zatita metala se izvodi na dva naina:

vezivanjem metalne konstrukcije za pozitivan pol izvora jednosmerene struje, metal moe da se prevede iz

aktivnog stanja u pasivno stanje ili transpasivno stanje zavisno od anodne polarizacije. U cilju realizacije anodne zatite metala najvanije je odrediti oblast potencijala u kojoj se metal nalazi u pasivnom stanju i preko spoljnog izvora jednosmerne struje, metal odrava u oblasti pasivnog stanja

Vezivanjem metalne konstrukcije koja se zatiuje za elektropozitivniji metal koji se naziva katodni protektor. Za njih mogu se koristiti plemeniti metali (Pt, Pd, Ag, Cn), ugljene ili grafitne elektrode i elektro provodni oksidi metala (Fe3O4, MnO2)

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 27 od 33

Na slici 14 prikazana je ema anodne zatite na kojoj su naznaena: 1. Oprema koja se titi 2. Katoda 3. Referentna elektroda 4. Instrument za merenje potencijala

Slika 14 ema anodne zatite

6.2 Obrada korozione sredine

Pri eksploataciji metalnih konstrukcija (posude izmenjivaa toplote, parni kotlovi, kondezatori i dr.), brzina korozije se moe smanjiti obradom korozione sredine i to:

- uklanjanjem agenasa korozije iz agresivne sredine - uvoenjem inhibitora korozije metala u agresivnu sredinu

Uklanjanje agenasa korozije i sastojaka izvode se:

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 28 od 33

- neutralizacijom kiselina u vodenim rastvorima - uklanjanjem kiseonika iz vode jonskim izmenjivaima

- uklanjanjem soli iz vode joknskimizmenjivaima

- odstranjivanjem vlage iz vazduha (npr. silika gel) - snienjem relativne vlanosti sa poveanjem temperature

- uklanjanjem, filtriranjem vrstih estica iz vode, vazduha ili dima

Inhibitori su hemijske supstance koje se dodaju elektrolitu u malim koliinama i koji smanjuju brzinu korozije polarizacijom katode ili anode. Izbor inhibitora zavisi od vrste metala i korozione sredine. Mehanizmi zatitnog delovanja inhibitora su: - reakcija pri kojoj se u potpunosti odstranjuju hemijski aktivne supstance u rastvoru (npr. kiseonik) - dovoenje molekula inhibitora u vezu sa povrinom koja korodira pri emu se blokiraju oksidacione i

redukcione reakcije - formiranjem veoma tanke zatitne prevlake na povrini metala izloenu dejstvu agresivne sredine

6.3 Zatita prevlakama

Zatita metala od korozije postie se nanoenjem prevlaka na povrinu izloenu agresivnoj sredini. Prevlake

se mogu klasifikovati na : -metalne prevlake (katodne i anodne) - konverzione prevlake (nemetalne prevlake obrazovane na povrini metala pri odigravanju hemijskih i elektrohemijskih reakcija) - nemetalne prevlake (organske i neorganske)

Katodne metalne prevlake su prevlake metala (Au, Ag, Cr, Pb) iji je elektrodni potencijal u posmatranim uslovima pozitivniji od elektrodnog potencijala metala koji se zatiuje (npr. ugljenini i niskolegirani elik). U

uslovima eksploatacije neporozne katodne metalne prevlake zatiuju osnovni metal od korozije mehanikim odvajanjem od neposrednog kontakta sa spoljnom agresivnom sredinom. Kada je katodna metalna prevlaka porozna, nekompletna i oteena, anodni proces na osnovnom metal se odigrava bre nego u odsustvu

katodne metalne prevlake.

Anodne metalne prevlake su prevlake metala (Zn, Cd i dr.) iji je elektrodni potencijal u posmatranoj sredini negativniji od elektrodnog potencijala metala koji se zatiuje (npr. ugljenini i niskolegirani elik). Anodne

metalne prevlake zatiuju osnovni metal od korozije mehaniki i elektrohemijski.

Konverzione prevlake su prevlake na bazi hemijskih jedinjenja (oksidne, hromatne, fosfatne, sulfidne, desalatne i sl.), ije zatitno delovanje se objanjava smanjenjem aktivne povrine metala ili poveanjem

povrine katodnih delova na metalu. Konverzione prevlake elektrolacionog karaktera smanjuju aktivnu

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 29 od 33

povrinu metala to utie na smanjenje brzine korozije metala i poveanu hemijsku otpornost dok konverzione prevlake odravaju metal u pasivnom stanju.

Nemetalne prevlake za zatitu metala od korozije su najee na bazi polimera. Usporavanje i ubrzavanje anodne reakcije u korozionom procesu ( + + neMM n ) se postie: - nanoenjem premaza koji ine elektrodni potencijal metala dovoljno negativnim (katodna zatita) - nanoenjem premaza koji su nepropustljivi za prelaz jona metala u rastvor (anodna pasivizacija)

Katodna zatita metala moe se postii nanoenjem premaza koji sadre pigmente i to:

- pigment u premazu je metal elektronegativniji od metala koji se zatiuje

- estice pigmenata u premazu su u elektronskoj vezi sa metalom koji se premazuje.

Anodna pasivizacija metala pri premazivanju ostvaruje se: - premazima sredstvom sa baznim pigmentima (olovokarbonat, olovosulfat, minijum i cinkoksid) koji sa lanenim uljem mogu da grade sapune koji u prisustvu vode ili kiseonika oksdiu i grade rastvorne produkte svojstvene inhibitorima korozije. - premazima sa pigmentima ograniene rastvorljivosti (CrO3) koji deluju kao inhibitori korozije

Zatita metala od korozije sa hemijski postojanim premazima zasiva se na protektornom i inhibitorskom delovanju pigmenata iz primesa i na maloj propustljivosti gasova i elektrolita. Zatita metala od korozije sa ostalim hemijski postojanim nemetalnim prevlakama ili oblogama od polimera, elastomera, emajla i dr., baziraju se na njihovoj sposobnosti prijanjanja za metal i nepropustljivosti gasova i elektrolita. Izbor vrste i naina nanoenja prevlaka za zatitu metala i legura od korozije i ekonominost su u zavisnosti od: - vrste i sastava korozione sredine - tipa osnovnog metala - oblika i veliine predmeta

- pripreme povrine metala za zatitu premazima - mehanikih naprezanja prevlaka

- veka trajanja zatitnog premaza

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 30 od 33

6.4 Legiranjem metala

Pravilan izbor metala i legura za izradu delova konstrukcija koje su u toku eksploatacije izloene dejstvu

agresivne sredine predstavlja osnovni nain preventivne zatite od korozije. Izbor metala se vri na osnovu kataloga proizvoaa, rezultata korozionih ispitivanja u laboratorijskim i eksploatacionim uslovima itd.

Otpornost metala prema elektrohemijskoj koroziji se poveava legiranjem ime se smanjuje termodinamika nestabilnost legure ili usporava anodna odnosno katodna reakcija korozionog procesa u elektrolitima. Legirajui elelmenti (Cr, Ni, Mo, Si, Nb, V, Ti i W) uglavnom poveavaju sklonost legura eljea prema

pasiviziranju, mada je karakter uticaja svakog elementa razliit. Na primer Hrom deluje pozitivno na pasivizaciju elika i otpornost prema koroziji.

6.5 Racionalno konstruisanje

Racionalno i adekvatno konstruisanje delova konstrukcija i detalja treba da zadovolji optimalna reenja vezano za smanjenje i eliminisanje pojave i razvoja korozionih oteenja. Bitni zahtevi su: - Dva raznorodna metala ne smeju se dodoirivati u agresivnoj sredini jer se formira galvanski element i pojavljuje korozija. Na mestu dodira treba ih razdvojiti nemetalnim materijalima (zaptivai, podmetai) otpornim na koroziju i time spreiti elektrini kontakt - Da se izbegnu veliki naponi i izvori koncentracije napona na delovima koji su u eksploataciji izloeni

agresivnoj sredini i time spreila pojava naponske korozije praena prslinama. Ovaj zahtev je od posebne

vanosti pri izboru materijala sklonih naponskoj koroziji (npr. Nerajui elici, mesing idr.)

- Da se izbegnu zarezi izmeu delova konstrukcije koji se spajaju, jer se u njima zadravaju vlaga ili elektrolit.

Spajanje delova treba izvriti zavarivanjem, a izbegavati lemljenjem zbog pojave strukturnog galvanskog elementa, i zakivanjem ili zavrtnjima zbog koncentracionog galvanskog elementa u zazorima. Da se kod konstruisanja rezervoara i drugih sudova za tenosti omogui lako ienje i suenje jer

zadravanje lokvica (barica) agresivne tenosti i taloga stvara koncentracioni galvanski element i izaziva

pojavu korozije Da se na kritinim mestima, gde je korozija izraenija, pri projektovanju predvidi vea debljina (dodatak na

koroziju) metala kao i mogunost lake i brze zamene korozijom oteenih delova.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 31 od 33

Na slici 15 dati su ematski primeri spajanja dva elementa eline konstrukcije.

Slika 15 Spajanje dva elementa eline konstrukcije a) Zakivanjem (koncentracioni galvanski element)

b) Lemljenjem (strukturni galvanski element) c) Zavarivanjem (spreena korozija u zazoru)

7. ISPITIVANJE KOROZIJE

Ispitivanje korozije je u zavisnosti od niza fatora od kojih kao najvanije treba istai reproduktivnost i

pouzdanost. Mnoga koroziona ispitivanja se izvode za izbor materijala procesne opreme i konstrukcija pri emu je od posebne vanosti da se uslovi ispitivanja priblie realnim uslovima eksploatacije.

Koroziona ispitivanja se mogu svrstati u sledee grupe:

- Laboratorijska ispitivanja koja ukljuuju u prihvatanje kvalifikacionim testiranjem - Ispitivanje u probnom poluindustijskom pogonu (pilot plant) - Ispitivanje pogona u proizvodnim uslovima do postizanja projektovanih kapaciteta (plant test) - Ispitivanje terena (vazduh, voda, zemlja) u okruenju proizvodnih pogona (field test)

Laboratorijska ispitivanja se izvode na malim uzorcima i u maloj koliini rastvora simulisanjem realnih uslova pri radu.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 32 od 33

Ispitivanja u pilot pogonu su obino poeljna jer se u njima postiu priblino isti parametri kao u proizvodnom pogonu, a u vremenskim intervalima vri posmatranje i ispitivanje uticaja korozije i otkrivanje kritinih mesta na kojima je korozija izraenija.

Ispitivanje pogona u probnom periodu do postizanja projektnih kapaciteta je vreme u kome se vri provera funkcionalnosti i integriteta procesne opreme, cevovoda, konstrukcije itd., tehnolokih parametara, kvaliteta intermedijera i finalnih proizvoda, pojave i razvoja korozionih oteenja i otkrivanja kritinih mesta u cilju odreivanja korektivnih mera.

Terenska ispitivanja se izvode kod postojeih pogona u eksploataciji. Cilj je da se sa korozionog aspekta ocene bolji i ekonominiji materijali. Kada se promene procesni uslovi treba utvrditi korozionu otpornost i po

potrebi predloiti korektivne mere koje se mogu realizovati nakon usaglaavanja sa procesnim osobljem. Glavni razlozi za izvoenje korozionih ispitivanja su:

- Ocena i izbor materijala za specifinu okolinu ili definisanu primenu. Na primer u postojeem pogonu u cilju

poveanja kapaciteta i smanjenja odnosno eliminisanja korozionih oteenja, rekonstrukcijom se ugrauju

novo razvijene generacije legura metala - Ocena novih ili postojeih legura zavisno od okolnih fluida, dodatka inhibitora ili dearacije

- Kontrola korozione otpornosti standardnim ispitivanjem (npr. Huey test) - Prouavanje korozionih mehanizama. Ova ispitivanja obino obuhvataju specijalne tehnike, precizna

merenja i strogu kontrolu.

U toku eksploatacije koroziona oteenja na kritinim mestima se mogu otkriti ispitivanjem metodama bez razaranja i primenom odgovarajuih tehnika (RT, UT, PT, MT, VT, LT). U zavisnosti od oekivanog tipa korozije vri se izbor metode i tehnike IBR. Registrovana inicijalna oteenja i njihov razvoj tokom dalje

eksploatacije se mogu pratiti do kritinih veliina kada se mora pristupiti sanaciji popravkom lokalnog oteenja navarivanjem ili zamenom oteenog dela i zavarivanjem.

Naziv dokumenta:

Uvod u koroziju Broj dok.: 2.15.

Strana 33 od 33

8. LITERATURA

Fontana M.G. : Corrosion Engineering, Third Edition, Mc Graw-Hill book company, NewYork, 1986 Thielsch K. : Defects and failures in pressure vessels and piping, Reinhold publishing corporation, NewYork, 1965 Mladenovi S., Petrovi M., Rikovski G. : Korozija i zatita materijala, IRO RAD, Beograd,

1985 orevi V. : Mainski materijali, prvi deo, Mainski fakultet, Beograd, 1999 Sedmak S., ijaki-eravi V., Milosavljevi A., orevi V., Vukievi M. : Mainski

materijali, drugi deo, Mainski fakultet, Beograd, 2000 ijaki eravi V., Milosavljevi A., Sedmak A. : Prirunik za mainske materijale, zavarivanje, lemljenje i livenje, Mainski fakultet, Beograd, 1996 Bobi B., Jegdi B. : Korozija zavarenih spojeva, deo I, vidovi korozije zavarenih spojeva,

zavarivanje i zavarene konstrukcije 1/2005, str 33-39