Koroze

Každý ji zná a musí se jí ve větší či menší míře zabývat. Nebýt koroze, současná světová ekonomika by vypadala úplně jinak – jen si představte průmysl nebo dopravu, které nejsou ovlivněny problémem koroze. Naše auta by nemusela být zajišťována nebo jejich celé části by nevyžadovaly pravidelnou výměnu. Zařízení každodenní potřeby by bez výpadků sloužila mnoho let a řada ekologických katastrof by se nestala. Jejich vlajkovým příkladem byla katastrofa ropného tankeru Erika u pobřeží Bretaně v roce 1999. Ocelářský průmysl by byl méně významný a elektrická zařízení by spotřebovala mnohem více mědi než nyní.

Podle zprávy NACE International se celosvětové ztráty spojené s korozí materiálu odhadují na 2,5 bilionu USD (ano, bilion má 12 nul) každý rok, což představuje přibližně 3,5 % celosvětového HDP. I když tyto sumy působí obrovským dojmem, bohužel nelze tuto konkrétní „nemoc materiálů“ zastavit – podle principů termodynamiky pokračuje bez přerušení a úsilí odborníků na metalurgii je zaměřeno pouze na zpomalení jejího postupu. Použitím opatření na ochranu proti korozi lze ztráty snížit o 15–35 %, což představuje celosvětově neuvěřitelné množství 375 až 875 miliard dolarů ročně. To nic nemění na skutečnosti, že tyto částky, i když nepředstavitelné, nezahrnují náklady spojené se znečištěním životního prostředí – mj. výše zmíněnou katastrofu tankeru Erika, při které vytekly tisíce tun ropy do vod Atlantiku a oblast kontaminace přesahovala 28 000 kilometrů čtverečních, nelze pro mnohé z nás odhadnout, právě kvůli obrovskému znečištění.

Co je to tedy za neviditelné monstrum, které se nebojí ani těch nejtvrdších materiálů? V případě kovů to lze definovat jako chemický nebo elektrochemický proces probíhající mezi povrchem a okolním prostředím, spojený s přírodním jevem změny, během níž rafinovaný kov pomalu nabývá chemicky stabilnější formy oxidů, hydroxidů nebo sulfidů.

Aby bylo možné s touto všežravou potvorou bojovat co nejefektivněji, je nutné se s ní důkladně seznámit. Proto byl fenomén koroze rozdělen do mnoha podskupin a typů.

Atmosférická koroze (ang. Atmospheric Corrosion) je možná nejvíce studovanou formou koroze a objevilo se o ní mnoho vědeckých publikací, počínaje prací E. Wilsona, který na počátku 20. století popsal svá pozorování změn probíhajících na povrchu elektrických drátů v Londýně. Atmosférická koroze je způsobena vzduchem a kontaminujícími látkami, které obsahuje, a její rychlost závisí na množství elektrolytu. Elektrolytem může být déšť, rosa nebo obecně vlhkost vzduchu – kvůli skutečnosti, že voda je univerzální rozpouštědlo, obsahující chloridy a oxid siřičitý. Chloridy obvykle pocházejí z mořské vody nebo posypové soli používané k odmrazováni silnic, zatímco oxid siřičitý je produktem spalování fosilních paliv, jako je uhlí (opět se objevuje otázka znečištění životního prostředí).

Atmosférická koroze je nejčastější příčinou degradace kovových prvků, což se odráží na skutečnosti, že 50 % všech opatření na protikorozní ochranu se používá k ochraně materiálů proti atmosférické korozi. Není divu, protože žádný jiný druh koroze nemá na materiál takový destruktivní účinek – ovlivňuje jak malé elementy, tak velké architektonické megastruktury, jako jsou mrakodrapy nebo mosty.

Titan pasivuje a na svém povrchu spontánně vytváří vrstvu oxidu titaničitého, která účinně chrání před korozí v přírodním prostředí.

Elektrochemická koroze (Galvanic Corrosion) je koroze, která se vyskytuje lokálně v blízkosti míst, kde dochází ke kontaktu dvou různých kovů. Čím dále od kontaktního bodu, tím intenzita koroze rychle klesá.

Tento typ koroze je způsoben různými elektrochemickými procesy (pravděpodobně proto má takový název 😉 ). Tyto procesy probíhají v důsledku výskytu rozdílů v potenciálech mezi fragmenty kovů – tvoří se tzv. galvanické články (nebo korozní články). Slitina s nižším potenciálem převezme roli anody, slitina s vyšším potenciálem roli katody a elektrolyt, který vykazuje iontovou vodivost, usnadňuje přenos elektronů mezi nimi a urychluje proces oxidace anody.

Elektrochemická koroze má však i některá použití – pro výrobu senzorů vlhkosti a pro některé vojenské aplikace, včetně výroby bezplamenných chemických ohřívačů, spočívající ve spuštění elektrochemické reakce mezi práškem hořčíku a železa. Fenomén elektrochemické koroze se používá také ve většině baterií, které napájejí elektronická zařízení pro každodenní použití.

Kontakt titanu s jiným kovem nezpůsobuje zvýšenou korozi toho prvního. Ve většině případů se titan stává katodou, což vede k tenké pasivní vrstvě vyrobené z hydridu titanu, která je obecně stabilní a nepředstavuje žádné problémy.

Výjimkou však je redukční prostředí, ve kterém titan není pasivován a stejně jako hliník, v případě spojení s ušlechtilejšími kovy, vykazuje zvýšenou tendenci ke korozi.

Důlková koroze (Pitting Corrosion) je tvorba lokálních dutin (jamek) na povrchu materiálu. Jsou jí vystavené kovy, které za normálních podmínek pasivují (vytvářejí vrstvu oxidu na povrchu). Jakékoli mechanické poškození povrchu, nedokonalosti struktury nebo působení chloridů může vést k rozbití pasivní vrstvy, což má za následek tvorbu jamek. Dno těchto dutin se stává anodou a zbytek povrchu převezme roli katody což více prohlubuje důlkovou korozi. Důlková koroze je nebezpečná především proto, že je její zjištění obtížné. Navíc vytvoření jediného důlku v nejkritičtějším bodě může ohrozit stabilitu celé konstrukce. Nejznámější nehodou způsobenou důlkovou korozí byla exploze kanalizace v Guadalajaře, druhém největším městě Mexika.

K důlkové korozi slitin titanu při teplotách prostředí nižších než 100 °C dochází velmi zřídka, i když v případě koncentrovaného chloru se může vyskytovat v teplotním rozmezí 100–200 °C.

Štěrbinová koroze (Crevice Corrosion) je typ elektrochemické koroze, ke které dochází na obtížně přístupných místech, například na spojích různých povrchů, na šroubových spojích nebo nýtech. Obvykle se objevuje tam, kde je malý zbytek elektrolytu.

Mezikrystalová koroze (Intergranular Corrosion) nastává na hranici zrn slitiny, což významně ovlivňuje pevnost a způsobuje její praskání a křehkost. Jedním ze způsobů ochrany proti korozi je přidání titanu nebo niobu jako legujícího prvku. Titan i niob jsou vysoce karbidotvorné prvky, čímž zabraňují vyčerpání chromu na povrchu zrna.

Exfoliační koroze (Exfoliation Corrosion) je sestrou mezikrystalové koroze, která se tvoří na hranicích zrn podél povrchu a vytváří ve struktuře odlupující se vrstvy připomínající listové těsto. Na tento druh koroze jsou obzvláště náchylné slitiny hliníku. Jak se proti tomu můžete chránit? S pomocí ochranných povlaků nebo vhodného tepelného zpracování slitiny, například srážením.

Koroze z vnitřního pnutí (Stress Corrosion Cracking) je praskání materiálu sestávajícího ze dvou současně se vyskytujících prvků: korozního faktoru a působení stálého mechanického namáhání. K tomuto jevu dochází v důsledku skutečnosti, že povrch není pod vlivem napětí energeticky homogenní.

Vláknová koroze (Filiform Corrosion) je speciální forma koroze, ke které dochází pod povrchem povlaku ve formě náhodně rozptýlených vláken. Nejčastěji se vyskytuje na povrchu s povlaky o tloušťce asi 1 mm. Tato vlákna nejsou nic jiného než tunely vytvořené mezi povrchem a povlakem vytvořeným produkty koroze. Elektrolyt přichází do styku s kovovým povrchem v důsledku osmózy způsobené velkým množstvím iontů železa.

Mikrobiologicky indukovaná koroze (Microbiologically Induced Corrosion) je způsobena přítomností nebo působením mikroorganismů, anaerobních bakterií, které redukují sírany nebo jiné sloučeniny síry v metabolickém procesu.

Existuje ještě Corrosion of Conformity, ale to je už úplně jiný příběh….

Další články