Rozdíly

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

--- koroze:mechanizmus [2023/12/16 14:33] – [Chemická koroze] kudlacek
+++ koroze:mechanizmus [2023/12/16 20:29] (aktuální) – upraveno mimo DokuWiki 127.0.0.1
@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
+===== Mechanizmus koroze =====
+[[koroze:literatura|[2]]], [[koroze:literatura|[4]]]
+Dominantním mechanizmem korozních dějů je chemické a fyzikálně chemické působení prostředí na materiál.
+Takto pojímaný degradační děj lze vztáhnout na všechny druhy materiálů (kovy, plastické hmoty, textil a pod.) reagujících s  prostředím. Korozním dějům  v atmosféře jsou  nejvíce vystaveny
+kovy.
+Objasňování principů korozních procesů  u technických výrobků je základní úlohou korozní vědy. V praxi se
+vychází ze zásady, že na povrchu kovu je přípustné  určité množství korozních  produktů. Tato zásada
+je odvozena z požadavku na mechanickou pevnost, jako jedno z funkčních kritérií strojírenských výrobků.
+U elektrotechnických zařízení je  takto pojaté kritérium nedostatečné, neboť určité (třeba nepatrné)
+množství korozních produktů nemusí být významné z hlediska mechanické pevnosti, může ale ztížit použitelnost elektronické součástky (např. zhoršená  pájitelnost) a nebo ji i zcela
+vyřadit z funkce  (např. zkraty vyvolané migrací na  deskách plošných spojů
+atp.).
+Při výkladu příčin a průběhu korozních pochodů budeme vycházet z toho,
+že kov  má snahu přeměnit se  na některou stabilnější sloučeninu,  v níž se
+vyskytuje v přírodě. Projevuje se to  jako samovolný děj, při kterém má materiál tendenci přecházet z
+formy kovu do stabilnější formy oxidů, hydroxidů, solí.  Každý kovový povrch má  větší nebo menší schopnost
+vstupovat do
+reakce  se složkami  prostředí. Při  takovéto reakci  dochází k výměně nebo
+sdružování elektronů příslušných reagujících složek.
+To dovoluje členit  korozní děje podle toho, dojde-li  k reakci přímým
+spojením dvou atomů, či dochází-li  k reakci prostřednictvím iontů reagujících složek korozního děje.
+Typickým představitelem prvního druhu korozního
+pochodu je **chemická  koroze**. Tato reakce probíhá u  většiny kovů samovolně.
+Na povrchu  kovu vytváří velmi  tenké povrchové (oxidové)  vrstvy, které se
+v běžné technické praxi nepokládají za  vrstvy korozních produktů. Jedná se
+o korozní mechanizmus sice významný, ale nikoliv rozhodující. V daleko větší míře mají  význam korozní děje spojené s  elektrochemickými pochody, kdy
+korodující systém představuje soustavu galvanických článků, kde elektrodový
+systém tvoří obvykle korodující kov  a korozní prostředí je původcem elektrolytu. Tento druh korozního
+děje se nazývá **elektrochemická koroze**.
+==== Chemická koroze ====
+Chemickou korozí označujeme korozní děj v elektricky nevodivých prostředích, kterými jsou některé plyny a
+nevodivé kapaliny. Nejčastějším případem chemické koroze je oxidace. Ve zjednodušeném schématu lze např.
+oxidaci železa vzdušným kyslíkem popsat rovnicí (~~rov.#~~):
+<WRAP center 30%>
+<chem>2Fe</chem> + <chem>O2</chem> —-> <chem>2FeO</chem> + 1/2 <chem>O2</chem> —-> <chem>Fe2O3</chem>
+</WRAP>
+Vzniklá korozní vrstva je velmi tenká. Při zvýšení teploty, nebo při zvýšených tlacích  kyslíku
+(i jiných  plynu) může docházet  k reakci pronikající
+i do větších hloubek. Tak např. vznikají na železe okuje.
+Charakteristickým rysem chemické koroze je, že při ní nastává mezi reagujícími složkami přeskupování
+elektronů.  Souvislá korozní vrstva nedovoluje přímý přístup  korozního média k povrchu kovu.  Jestliže ke
+styku kovu s korozním prostředím  dochází pouze difuzí oxidickou  vrstvou, korozní děj
+se postupně zpomaluje - vrstva má ochranný charakter (např. <chem>Al2O3</chem> na hliníku).  Nesouvislá,
+porézní  nebo  odpadávající  vrstva  kov nechrání. Má-li
+vzniknout ochranná  vrstva, musí být  objem zplodin koroze  větší než objem
+oxidujícího kovu. Poměr molekulového objemu korozní zplodiny **V<sub>m</sub>** ku atomovému objemu kovu
+**V<sub>a</sub>** vyjadřuje **Pilling-Bedworthovo číslo** (PBC) (~~rov.#~~):
+ <m 15>  PBC = V_m/V_a  </m>
+Je-li:
+|PCB < 1 |vzniklá vrstva nemá ochranný charakter |
+|PCB >=|vrstva má ochranný charakter |
+|PCB > >|vlivem vnitřního  pnutí se celistvost vrstvy narušuje a ochranná účinnost klesá |
+Hodnoty PBC pro vybrané kovy jsou v  této tab.  [[koroze:literatura||2|]]
+<WRAP center>
+|Kov |  K  |  Al  |  Pb  |  Zn  |  Cu  |  Ni  |    Fe  |   |  Cr  |
+|Oxid| <chem>K2O</chem> |<chem>Al2O3</chem>| PbO | ZnO | <chem>CuO2</chem>| NiO | FeO |<chem>Fe2O3</chem>|<chem>Cr2O3</chem>|
+|PBC | 0,45 | 1,28 | 1,31 | 1,55 | 1,64 |  1,65 |  1,8  |  2,14  |  2,07  |
+</WRAP>
+<BOOKMARK:cgal>
+==== Elektrochemická koroze ====
+Elektrochemickou korozí rozumíme korozi  ve vodivém prostředí - kapalném elektrolytu.  Tento typ koroze je
+důsledkem elektrochemických dějů obdobných dějům v galvanickém článku. Pro zjednodušení výkladu je třeba ujasnit některé pojmy.
+Nechť je kov  ponořen do roztoku, obsahující ionty  tohoto kovu. U povrchových atomů kovu nastane uvolňování valenčních elektronů. Vzniklé ionty
+začnou přecházet  do roztoku a  naopak ionty  z roztoku  přecházejí na kov.
+Je-li elektrolytický rozpouštěcí tlak větší než osmotický tlak, přecházejí kladné ionty kovu do
+roztoku  a kov  se nabíjí  na záporný potenciál.  Je-li naopak větší  osmotický tlak
+než tlak  rozpouštěcí, nabíjí se  kov na kladný potenciál.
+<BOOKMARK:elv>
+Na rozhraní  mezi kovem a  elektrolytem se začne  vytvářet elektrická  dvojvrstva. Po čase
+se ustaví dynamická rovnováha,  při níž se    počet   iontů
+uvolněných    kovem rovná  počtu  iontů dopadajících na povrch kovu.
+Pro každý kov má  takto vytvořený potenciálový rozdíl na rozhraní kov-elektrolyt určitou
+hodnotu, která se  nazývá absolutním (rovnovážným)  elektrodovým  potenciálem.  Jeho velikost
+nelze  přímo změřit,  nemá-li dojít  k porušení
+rovnovážného stavu. Proto se zjišťují relativní potenciály, tj.  potenciály mezi jednotlivými  elektrodami. Aby bylo  možné srovnání elektrod,  byla zavedena jako  standard [[slovnik:start#elv|vodíková elektroda]],  jejíž
+potenciál se  pokládá za nulový. Pro  jednotlivé kovy se potom  určuje tzv.
+standardní potenciál, definovaný jako relativní potenciál daného kovu ponořeného do roztoku jeho soli o jednotkové aktivitě při teplotě 18  <sup>o</sup>C, měřený
+proti standardní  vodíkové elektrodě. Standardní  potenciály některých kovů
+jsou v této tabulce  [[koroze:literatura|[2]]]
+<WRAP center 50%>
+|  Au  |  Pt  |  Ag  |  Cu  |  Pb  |  Sn  |  Ni  |  Co  |
+| 1,50| 1,19| 0,86| 0,34|-0,13|-0,14|-0,25|-0,28|
+|  Cd  |  Fe  |  Zn  |  Cr  |  Al  |  Mg  |  Na  |  K   |
+|-0,40|-0,44|-0,76|-0,91|-1,66|-2,34|-2,71|-2,92|
+</WRAP>
+Zanedbáme-li zatím ostatní faktory  ovlivňující korozi, je možno říci,
+že čím zápornější  je standardní potenciál kovu (čím  je kov **méně ušlechtilý**), tím pravděpodobnější je jeho napadení elektrochemickou korozí.
+Vznik elektrodového potenciálu je základem elektrochemických korozních
+dějů. Ten se ale může projevit jen tehdy je-li rovnováha na elektrodě porušována.  K tomu  dochází nastává-li  depolarizace. Kdyby  tomu tak  nebylo,
+přešla by část iontů z kovu do  roztoku a po ustavení rovnováhy by se další
+rozpouštění zastavilo - elektroda by se polarizovala.
+Nejčastějšími depolarizátory při korozních procesech jsou vzdušný kyslík, hydroxionové ionty a molekuly  vody. Při **kyslíkové depolarizaci** probíhají sumární reakce takto:
+<WRAP center 50%>
+''kyselé prostředí''
+<chem>O2</chem> + <chem>4 H+</chem> + <chem>4 e-</chem> —-> 2 <chem>H2O</chem>
+''zásadité prostředí''
+<chem>O2</chem> + <chem>2 H2O</chem> + <chem>4 e-</chem> —-> <chem>4 OH-</chem>
+</WRAP>
+**Vodíkovou depolarizaci** lze popsat následujícím způsobem:
+<WRAP center 50%>
+''zásadité prostředí''
+<chem>2 H+</chem> + <chem>2 e-</chem> —-> <chem>H2</chem>
+''kyselé prostředí''
+<chem>2 H2O</chem> + <chem>2 e-</chem> —-> <chem>H2</chem> + <chem>2 OH-</chem>
+</WRAP>
+Při vlastní  elektrochemické korozi se na  povrchu kovu průběžně uskutečňují obě dílčí, místně oddělené reakce:
+''anodická'' - vedoucí k oxidaci (ztrátě elektronu) **Me** ——> **Me**<sup>+n</sup> + n.<chem>e-</chem>
+''katodická'' - vedoucí k redukci (přijímání elektronu a porušení rovnováhy ustanovené na anodě) **Me**<sup>+n</sup> + n.<chem>e-</chem>  —-> **Me**
+[{{  :obr:4_65.jpg?nolink&150|~~Obr.#~~ Korozní článek s kyslíkovou depolarizaci}}]
+Místo, kde dochází k rozpouštění kovu nazýváme<BOOKMARK:aak> **[[slovnik:start#aak|anodou]]**, [{{:obr:4_811.jpg?nolink&200  |~~Obr.#~~  Rovnovážný potenciál kovu }}]místo na kterém
+dochází k neutralizaci přebytečných elektronu <BOOKMARK:aak>**[[slovnik:start##aak|katodou]]**. Schéma korozního děje s kyslíkovou depolarizací ukazuje obr.1. Prostorové rozdělení anodového a katodového  procesu není nutnou podmínkou
+pro vznik a rozvoj elektrochemických korozních dějů. Pokud však existuje, urychluje to průběh
+ anodových a  katodových reakcí. Elektrochemickou  korozi lze  tedy definovat  jako děj, při
+němž  dochází  současně  k  oxidaci  materiálu
+ a redukci některých ze složek roztoku. Soustava,  ve které  probíhají takovéto  děje, tvoří tzv. redox systém. ((Oxidačně-redukční (redox) potenciál je složený parametr celkové intenzity oxidačních nebo redukčních podmínek v systému a odráží stupeň vyváženosti mezi oxidačními a redukčními procesy.)) Grafické znázornění tohoto stavu je na obr.2. ((Výsledek potenciometrického měření. Podstatou rovnovážné potenciometrie je, že potenciál
+referenční elektrody zůstává konstantní, zatímco potenciál měřicí elektrody se mění
+podle koncentrace zkoumané látky v roztoku.))
+Vlastní  korozní proces  probíhá tak, že
+kov přechází ve formě  iontu do roztoku a některé složky roztoku se redukují elektrony, které po oxidaci zůstaly v kovu((Touto vlastností se vyznačuje zejména Fe)). Výsledkem  tohoto procesu  je vznik  korozních produktů,  které se  hromadí v těsné blízkosti povrchu kovu ([[http://enpedie.cz/wiki/Polariza%C4%8Dn%C3%AD_k%C5%99ivka|viz. polarizační křivka]]).
+==== Korozní články ====
+V praxi  dochází k elektrochemické korozi  vlivem korozních [{{  :obr:4_58.jpg?nolink&150|~~Obr.#~~ Princip korozního makročlánku}}][{{:obr:4_61.jpg?nolink&150  |~~Obr.#~~ Princip korozního mikročlánku}}](galvanických) článků. Vznikají buď kontaktem  dvou různých kovů (makročlánek), nebo
+kontaktem strukturních složek jednoho materiálu  (mikročlánek). Při
+spojení ušlechtilého a méně ušlechtilého kovu se anodická reakce soustředí na méně ušlechtilý kov a
+katodická probíhá  na obou.  Je-li anoda relativně malá proti katodě, bude korodovat podstatně
+intenzivněji. To může nastat při ochraně méně ušlechtilého základního materiálu (např. oceli) povlakem kovu
+ušlechtilejšího  (nikl, měď  apod.) v  místě porušení
+[{{  :obr:4_100.jpg?nolink&150|~~Obr.#~~ Koroze povlakového systému}}]povlaku  póru. Základní  kov na  dně póru vytváří malou anodu a okolní povlak velkou katodu.
+Podobné reakce vznikají při  bodové korozi a dalších typech lokální koroze pasivních kovů. Jako katoda
+pracuje celý povrch pasívního kovu, zatímco anodická reakce
+se soustřeďuje do malé plochy aktivního důlku, štěrbiny nebo dna trhliny.
+Kombinace dvou  kovů může být nepříznivá  i tím, že
+korozní produkty jednoho  kovu znečistí prostředí a  zhorší tak korozní  podmínky pro druhý
+kov. Jde o tzv. kontaminaci.  Např. kontaminace
+hliníku  sloučeninami  těžkých  kovů podstatně
+snižuje ochranné vlastnosti jeho pasívní vrstvy.
+[<8>]

EKP

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Rozdíly

Nástroje pro stránku