Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- koroze:kdegradace [2023/12/15 23:18] – vytvořeno - upraveno mimo DokuWiki 127.0.0.1
+++ koroze:kdegradace [2023/12/16 20:29] (aktuální) – upraveno mimo DokuWiki 127.0.0.1
@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
+====== Korozní charakteristiky vybraných kovů ======
+[[koroze:literatura|[4]]]
+Reakce kovu s okolní agresivní atmosférou závisí na celé řadě faktorů,
+mimo jiné i na vlastním kovu. V  této stati budou probrány z korozního hle
+diska  všechny kovy,  mající uplatnění  v elektrotechnice.
+===== Cín a jeho slitiny =====
+Cín a slitina cín-olovo se  velmi rychle pokrývají vrstvou oxidů (<chem>SnO</chem>,
+<chem>SnO2</chem>). Tyto  vrstvy mají dobrou  korozní odolnost a  jsou stálé. Znečištění
+chlórem  a chloridy  napadá oxidové  vrstvy
+a urychluje  korozi  základního  kovu. Fáze
+olova v povlacích  slitin cín-olovo je citlivá na  zkondenzovanou vlhkost a  ve velmi
+vlhkých prostředích dochází  na těchto povlacích k rychlé korozi.
+Dominantním  degradačním  mechanizmem povlaků  s cínem  nebo cín-olovem  je fretting. Cín a cín-olovo by neměl být používán
+v kombinacích s ušlechtilými  kovy, jako je zlato nebo stříbro a s tvrdými kovy jako je
+např. nikl nebo tvrdé zlato. Tyto kombinace
+materiálů mohou vyvolat bimetalickou korozi  nebo zvýšit nebezpečí frettingové koroze.
+Užití  galvanických  cínových povlaků přináší  riziko  tvorby  whiskerů.  K  tomu
+dochází u  povlaků cínu přímo  na mědi nebo
+slitinách  mědi (speciálně  mosazi). Lesklý cín, vzhledem k  vyššímu vnitřnímu pnutí je
+více náchylný ke vzniku whiskerů než  matný cín. Nebezpečí může být sníženo
+přetavením cínu, legováním olova nebo  použitím niklu jako mezivrstvy. Kontakty s povlaky cínu nebo slitiny  cín-olovo by neměly být vystaveny zvýšeným teplotám, neboť měď ze substrátu  v těchto podmínkách difunduje do povlaku a  skrz povlak se dostává  na povrch, kde oxiduje.  Také nikl není při vyšších teplotách vhodným barierovým materiálem.
+Korozní rozrušení cínu může být někdy zaměňováno s tzv. cínovým morem,
+jevem při kterém dochází k přeměně čtverečné krystalické soustavy v soustavu kubickou. Dochází k němu při poklesu teploty pod 13,2 <sup>o</sup>C.
+===== Hliník =====
+Hliník patří mezi málo ušlechtilé kovy, ale v řadě prostředí se uplatňuje jeho schopnost přecházet rychle do  pasivního stavu. Je to dáno velkou
+chemickou reakční schopností hliníku vytvořit na svém povrchu stabilní oxidové vrstvičky.
+V suchém prostředí dochází na povrchu hliníku v průběhu několika minut
+k vytvoření vrstvičky <chem>Al2O3</chem>  o tloušťce 1010 m. Po  několika dnech naroste
+oxidová vrstvička do tloušťky 3.109 m.  Potom se zvyšuje jen velmi pomalu.
+Za  přítomnosti  vzdušné  vlhkosti  a  ostatních  atmosférických faktorů je
+tloušťka pasivní  vrstvičky řádově 106 m.  O vlastnostech oxidové ochranné
+vrstvy rozhoduje okolní atmosféra. V prostředí s chloridovými ionty dochází
+k lokálnímu koroznímu napadení (pittingu).
+Samotný hliník má silnou tendenci ke koroznímu praskání. Pokud je hliník používán  v integrovaných obvodech, může  vlivem penetrace vlhkosti pod
+pouzdro  docházet vedle  pittingové koroze  i k  elektrolytické, nebo je-li
+hliník spojen se zlatem i k  bimetalické korozi. Korozní napadení je urychlováno přítomností chloridů či jiných agresivních složek atmosféry.
+===== Chrom =====
+Chrom je pro svou vysokou  korozní odolnost používán především v mnoha
+prostředích jako kov pro povrchové  úpravy. Chromové povlaky se vytváří buď
+jako dekorativní a ochranné, nebo technické.
+Ozdobně ochranné  povlaky se aplikují  v systému NiCr  nebo CuNiCr.
+Tloušťka chromu v těchto systémech je vždy velmi nízká (pod 1 µm). Ochranná
+účinnost je  zajišťovaná podkladovými vrstvami.  Druhým typem povlaků  jsou
+povlaky funkční. Tento  typ povlaku se vytváří v  tloušťkách řádově větších
+(až několik mm) a používá se pro funkční plochy, kde je třeba dosáhnout vysoké tvrdosti a otěruvzdornosti povrchu.
+Chrom má vysokou korozní  odolnost ve všech atmosférických prostředích
+a všech kategoriích umístění.  Dobrou korozní odolnost má vůči  <chem>H2S</chem> a organickým sloučeninám a  to i za vyšších teplot.  Korozní chování ozdobně ochranných  povlaků je  dáno skladbou  vrstev, jejich  tloušťkou a technologií
+provedení (bezporézní, mikrotrhlinkový chromový povlak atp).
+Technické povlaky se provádějí  bez mezivrstev. Zvýšená tloušťka zaručuje odolnost povlaku proti opotřebení a zajišťuje zároveň optimální proti
+korozní ochranu. Dominantní postavení v tomto provedení povrchové úpravy má
+ale technická funkce povlaku.
+===== Kadmium =====
+Kadmium je kov, který se v minulosti uplatňoval v technické praxi jako
+ochranný povlak  oceli. Základní korozní  vlastnosti a projevy  kadmia jsou
+velmi  blízké zinku.  Stejně jako  zinek má  anodické vlastnosti  a korozní
+odolnost závisí na vlastnostech korozních produktů. V současnosti se z ekonomických a  hlavně ekologických důvodů od  užití kadmia ustupuje. Kadmiové
+povlaky  se používají  jen ve  specifických případech  (letecká a  vojenská
+technika).
+Korozní odolnost kadmiových povlaků ve  vnější atmosféře se mění podle
+podmínek prostředí (podle druhu znečištění a režimu ovlhčování). Méně odolné jsou  kadmiové povlaky v průmyslových  atmosférách s rozhodujícím vlivem
+oxidu  siřičitého. Naopak  odolné jsou  v prostředích  uzavřených prostorů,
+vlhkých a teplých provozních  podmínkách. Relativně dobrou korozní odolnost
+mají kadmiové  povlaky v atmosférách  znečištěných formaldehydem, kyselinou
+mravenčí nebo octovou.
+===== Měď =====
+Měď  má  pro  své  elektrické  a  tepelné  vlastnosti široké uplatnění
+v elektrotechnice. Korozní odolnost mědi  je dána její elektrochemickou ušlechtilostí. K odolnosti přispívá i to, že měď vytváří na svém povrchu tuhé
+korozní produkty. Tato vlastnost se vyskytuje u všech slitin mědi.
+Atmosférická koroze mědi a jejich slitin může probíhat jak při nadkritických relativních  vlhkostech vzduchu, kdy  se tvoří již  viditelné tenké
+vrstvy elektrolytu, tak i v relativně suchém prostředí. Při působení čisté
+ho suchého vzduchu se pokrývá měď a její slitiny tenkou vrstvou oxidů, která se s časem zvětšuje. Jestliže je suchý vzduch znečištěn <chem>H2S</chem>, roste tenká
+vrstva korozních zplodin mnohem rychleji.
+Měď  je citlivá  na široké  spektrum znečištění.  Výrazně korozi  mědi
+urychluje roztok elektrolytu na povrchu. Rychlost závisí na době a intenzitě  ovlhčení povrchu,  teplotě vzduchu  a obsahu  stimulátorů koroze  (<chem>SO2</chem>, Cl). V prostředí znečištěném oxidem siřičitým může koroze mědi začínat již při relativních vlhkostech nad 75 %.
+Oxid siřičitý reaguje  za přítomnosti vody a vzdušného  kyslíku s mědí
+a vytváří na  jejím povrchu oxid měďnatý  a bazický síran měďnatý.  To jsou
+základní složky korozních produktů. V atmosférách, které obsahují chloridy,
+se na povrchu tvoří zásadité  soli, které zvyšují korozní působení atmosféry. Většinou v těchto podmínkách dochází  k rovnoměrné korozi. U slitin mědi, např. mosazi může docházet ke koroznímu praskání.
+Rovnoměrná rychlost koroze mědi a většiny jejích slitin se pohybuje ve
+venkovní atmosféře v  rozmezí 0,2 až 0,6 µm za rok.  V městské atmosféře je
+korozní rychlost mědi  2,2 µm za rok a v mořské  atmosféře 0,6 až 1,1 µm za
+rok.
+Dalším korozním mechanizmem,  s kterým se setkáváme u  slitin mědi, je
+odzinkování. K  odzinkování dochází i  u mosazí s  obsahem mědi přes  90 %.
+U elektronických součástek a prvků je  měď obvykle používána s povlaky. Měď
+v tomto případě může  difundovat póry povlaku a korodovat  na jeho povrchu.
+Koroznímu působení může být měď vystavena nejen v místech pórů ale i nesouvislých místech povlaku. U mědi se stříbrnými nebo zlatými povlaky se můžeme setkat s  plížením korozních produktů mědi. Rychlost  koroze slitin mědi
+a rychlost  plížení přes  zlato roste  s růstem  obsahu mědi.  Měď je  také
+náchylná k elektrolytické korozi.
+V silně agresivních prostředích může souvislá koroze mědi přivodit po
+ruchy  na deskách  plošných spojů.  Tlustý film  korozních produktů se může
+uvolnit, vytvořit můstky  mezi vodiči a tak způsobit  zkraty nebo nežádoucí
+vzrůst proudu izolační částí.
+===== Nikl =====
+Nikl  je v  elektrotechnice používán  jako čistý  kov nebo jako složka
+slitin. Z  korozního hlediska jsou  slitiny niklu jedním  z nejvýhodnějších
+konstrukčních materiálů, protože se jejich vlastnosti dají vhodnou kombinací legovacích prvků upravit tak,  aby odolávaly nejrůznějším silně agresivním prostředím.
+S  čistým niklem  se v  elektrotechnice setkáváme  ve formě ochranných
+povlaků korozně méně odolných nosných materiálů. V těchto případech je nikl
+používán buď jako mezivrstva, která omezuje korozi, nebo jako vrstva, která
+má dekorativní  účel. Mezivrstva v galvanickém  povlaku plní funkci bariéry
+proti difuzi nosného kovu (obvykle  mědi nebo zinku). Mezivrstvy niklu jsou
+také aplikovány jako ochrana proti tvorbě cínových whiskerů.
+V běžných  vnitřních atmosférách mají niklové  povlaky vysokou korozní
+odolnost a  zachovávají si i svůj  lesklý vzhled. Pokud dochází  ke korozi,
+pak  v těchto  prostředích převládá  rovnoměrná koroze  a pitting. V těchto
+podmínkách  je nikl  pokryt vrstvou  oxidů, která  ho v mírných prostředích
+chrání proti dalšímu napadení. Oxidový film má ale charakter nevodivé (izolační) vrstvy.
+Na  vnější atmosféře  je stálost  niklových povlaků  výrazně snižována
+znečištěním atmosféry, s  níž nikl reaguje a vytváří  na svém povrchu tmavé
+a jinak zbarvené korozní produkty (většinou  různé sloučeniny s obsahem síry). Ve  velkém rozsahu je  atmosférická koroze niklových  povlaku určována
+obsahem oxidu siřičitého a vlhkosti v provozním prostředí.
+===== Ocel =====
+Uhlíková ocel  je pro vhodné mechanické  vlastnosti a dobrou zpracovatelnost nejrozšířenějším konstrukčním materiálem. Z korozního hlediska však
+patří mezi méně odolné materiály.
+<WRAP center 50%>
+^   Atmosféra       ^  Hmotnostní úbytek (g.m<sup>2</sup>)  ^
+|  venkovská        |        300          |
+|  městská          |     300  500       |
+|  průmyslová       |     500  700       |
+|  průmyslová silně znečištěná  |       700              |
+Tab. 1. Hmotnostní úbytky oceli v prvním roce působení vnějších atmosfér mírného pásma.
+</WRAP>
+Ocel spontánně vytváří na svém  povrchu oxidy a další korozní produkty
+s omezenou ochrannou schopností. Ve většině venkovních prostředí a ve vnitřních průmyslových  prostředích dochází ke koroznímu  napadnutí oceli i při
+nižších relativních vlhkostech vzduchu než je kritická vlhkost.
+Základní příčinou  atmosférické koroze oceli  je vlhkost, která  spolu
+s agresivními složkami atmosféry vytváří  na povrchu vrstvu elektrolytu, ve
+které dochází  ke korozi. Hlavním stimulátorem  atmosférické koroze je oxid
+siřičitý. V elektrolytu na povrchu oceli dochází k rychlé oxidaci oxidu siřičitého na oxid sírový, který tvoří ve vodě síranové ionty.
+Síranové ionty se pak aktivně podílejí na anodické reakci železa, která probíhá v několika základních stádiích. Konečným produktem těchto procesů je  hydratovaný oxid železitý  (rez). Obdobný průběh  má koroze vyvolaná chloridovými ionty.
+Průběh atmosférické koroze oceli ovlivňuje řada faktorů (vlhkost, teplota, znečištění,  proudění vzduchu), které  se v jednotlivých  prostředích
+uplatňují v různé míře. Vždy má ale dominantní postavení oxid siřičitý.   Časem se korozní rychlost oceli snižuje. Ustálený roční  korozní úbytek v málo znečištěné vnější
+atmosféře je 5 až 30 µm  a v silně znečištěné atmosféře  dosahuje hodnot až
+µm. To je nutné brát v úvahu při konstrukčním návrhu zařízení.
+===== Palladium a slitiny palladia =====
+Palladium a  slitiny palladia jsou považovány  za alternativní náhradu
+zlata, především  pro aplikace v  konektorech. Zlato je  v těchto případech
+používáno jen jako tenká vrstva na palladiu.
+Z  korozního hlediska  probíhá znehodnocování  palladia v  agresivních
+podmínkách  stejně jako  u zlata.  Palladium je  ušlechtilý kov  s omezeným
+trendem tvorby korozních produktů při  interakci s prostředím. Je však citlivé na chlór. Na rozdíl od zlata je méně náchylné k plížení korozních produktů. Slitiny  palladia jsou obvykle  méně ušlechtilé než  čisté palladium
+a proto   jsou   více   náchylné   k   rovnoměrné   korozi.  Např.  slitina
+palladium-stříbro je  citlivá na sirníky  a vytváří na  svém povrchu vrstvy
+sirníku stříbrného.
+Koroze palladiových  povlaků v pórech i  plížení korozních produktů po
+povrchu určuje korozní chování těchto povlaků. Na povrchu palladiových povlaků se  mohou vlivem působení  polymerů, nebo vlivem  vibrací či tepelných
+změn vytvářet  nevodivé (izolační) vrstvy. Palladium  se někdy chrání velmi
+tenkou vrstvou zlata. Zlato snižuje  nebezpečí vzniku třecích polymerů, působí jako tuhé mazadlo.
+===== Stříbro a slitiny legované stříbrem =====
+Stříbro má ze všech kovů používaných v elektrotechnice nejvyšší elektrickou a tepelnou vodivost. Je však velmi  měkké a má malou pevnost za tepla.
+V čistých atmosférách stříbro prakticky nekoroduje. Velmi silně je však
+napadáno sirným znečištěním (např.  sirovodíkem), které vyvolává na povrchu
+stříbra rovnoměrnou korozi a vytváří  elektricky málo vodivou vrstvu sulfidů. Růst  sirníku na stříbře v  závislosti na čase je  lineární. V omezeném
+rozsahu je tvorba sirníku stříbrného závislá na vlhkosti. Snížením relativní vlhkosti či zvýšením teploty můžeme někdy vyvolat snížení a jindy zvýšení korozní rychlosti stříbra. Tvorba  sirníků může být vyvolána i kontaktem
+stříbra s látkami obsahující sloučeniny síry (např. pryží). Filmy či vrstvy
+sirníku  stříbrného  vzniklé  při  rovnoměrné  korozi  jsou relativně měkké
+a snadno  se porušují.  Ve velmi  agresivních prostředích  může docházet ke
+vzniku a vývoji whiskerů sirníku stříbrného, které mohou v průběhu několika
+let narůstat do délky i několika  milimetrů. Protože sirník stříbrný je polovodivý, mohou  tyto whiskery způsobovat v  elektronickém zařízení zkraty.
+Tlusté vrstvy sirníku  stříbrného mohou z povrchu odpadat  a na jiných místech vytvářet vodivé cesty.
+Důvodem pro  omezování stříbra ve výrobě  elektronických prvků je celá
+řada.  Jedním z  nich je   migrace korozních  produktů stříbra  na izolační
+plochy. Při používání stříbra je  třeba počítat i s elektrolytickou korozí.
+Nebezpečí elektrolytické koroze je větší, jeli stříbro pod elektrickým za
+tížením v kontaktu s navlhavým izolantem.
+Tloušťka a  kvalita stříbrných galvanických povlaků  je velmi důležitá
+zejména s ohledem na korozní napadení  v pórech, zvláště jeli nosným materiálem měď. Korozní produkty mědi z hran či pórů mohou přelézat a tvořit na povrchu vrstvu znehodnocující jak kontaktní vlastnosti povlakového systému, tak popřípadě zhoršovat jeho pájitelnost.
+Protože stříbro je méně ušlechtilý  kov než zlato, pozlacování stříbrných kontaktů tenkými povlaky zlata  není nejvhodnější způsob zvyšování korozní odolnosti, dokonce ani ve středně agresivních prostředích. Zlaté povlaky jsou totiž velmi rychle  pokryty korozními produkty  sirníkem stříbrným.
+===== Zinek =====
+Zinek je  kov, který nemá  takové mechanické vlastnosti,  aby mohl být
+využíván jako konstrukční materiál. Má však velmi dobré korozní vlastnostmi
+ve většině atmosférických prostředí. Převážně  je proto aplikován jako povlakový materiál.
+Zinek je elektrochemicky méně ušlechtilý než většina používaných technických kovů.  Vytvářené ochranné povlaky  jsou anodického typu.  Důsledkem
+této vlastnosti zinkových povlaků je,  že při kontaktu zinku nebo zinkového
+povlaku s jinými kovy dochází  k elektrochemické korozi, kdy zinek koroduje
+rychleji.
+Přesto, že zinek  patří mezi neušlechtilé kovy, je  jeho korozní odolnost ve většině atmosfér velmi dobrá. Hlavní důvod je v odlišné funkci stimulátorů koroze, které přicházejí do styku s korodujícím povrchem. Na zinku
+se korozně aktivní látky váží  do nerozpustných či omezeně rozpustných složek korozních produktů, které vykazují ochranné vlastnosti.
+<WRAP center 50%>
+^  Atmosféra  ^  Korozní rychlost (µm.r<sup>-1</sup>)  ^
+| venkovská  |      0,4   5     |
+| městská    |      1,6   7     |
+| průmyslová |      3,4  11     |
+| přímořská  |      0,6  15     |
+| tropická   |      0,5  39     |
+Tab. 2. Korozní rychlost zinku v různých prostředích
+</WRAP>
+Koroze zinku probíhá většinou rovnoměrně. Charakter korozních produktů
+je závislý na prostředí, ve kterém ke korozi dochází. V čistých prostředích
+se tvoří na povrchu zinku vrstva hydroxidu zinečnatého s oxidem zinečnatým.
+Tato vrstva  má již během několika  dní dobré ochranné vlastnosti.  V různě
+znečištěných atmosférách  vznikají složité směsi látek,  které se liší svou
+rozpustností.  V extrémně  znečištěných atmosférách  a vysokých relativních
+vlhkostech se vytvářejí na povrchu zinku převážně rozpustné korozní produkty bez  ochranné schopnosti.
+===== Zlato =====
+Zlato je neoxidovatelný kov a  pro své elektrické a korozní vlastnosti
+má v elektronice nezastupitelné místo.  Z ekonomických důvodů se zlato používá především jako povlakový materiál  (na kontakty, stykové plochy) a při
+výrobě některých elektronických prvků.
+V normálních  podmínkách zlato prakticky nekoroduje.  Pokud dochází ke
+korozi zlatých povlaků je to způsobeno korozí podkladového materiálu.Korozní chování pozlacených povrchů je ovlivňováno znečištěním. Koroze
+v pórech je stimulovaná vysokou  hodnotou relativní vlhkosti, chlórem, oxidem siřičitým a sirovodíkem. Plížení korozních produktů je stimulováno zejména přítomností sirovodíku. Znečištěná  vnitřní průmyslová nebo zemědělská
+prostředí mají zásadně škodlivé účinky.
+Spolehlivost pozlacených kontaktů v  mírném prostředí je určena tvarem
+kontaktu, základním materiálem, mezivrstvou, čistotou a pórovitostí vrchní
+ho  povlaku. Důležitými  konstrukčními faktory  majícími vliv  na ochrannou
+účinnost zlatého povlaku je kontaktní  síla, odolnost povlaku proti opotřebení a ochranná účinnost krytí kontaktového svazku.
+Protože u pozlacených povrchů dochází  ke korozi převážně v pórech, je
+velmi důležitá jeho homogenita, odolnost povlaku proti opotřebení a korozní
+odolnost substrátu. V agresivních podmínkách je dominantním korozním mechanizmem plížení korozních produktů z pórů,  hran a oblastí se selektivně vyloučeným  zlatým povlakem,  což má  za následek  nespolehlivost pozlacených kontaktů v těchto podmínkách.
+[<8>]

EKP

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Rozdíly

Nástroje pro stránku