KORROOSIO KORROOSIOKENNO

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "KORROOSIO KORROOSIOKENNO"

Lotta Lehtinen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 MT Korroosionestotekniikan perusteet osa 1 Perusideoiden kertausta Yleinen ja paikallinen korroosio Yleinen tai tasainen korroosio Eroosiokorroosio 2 KORROOSIO KORROOSIOKENNO Korroosio fysikaalis-kemiallinen reaktio metallin ja sen ympäristön kanssa, mikä aiheuttaa muutoksia metallin ominaisuuksiin ja mikä voi johtaa metallin, sen ympäristön tai teknisen järjestelmän, johon ne kuuluvat, toiminnan merkittävään heikentymiseen. Korroosiojärjestelmä järjestelmä, joka koostuu yhdestä tai useammasta metallista ja ympäristön osista, jotka vaikuttavat korroosioon. Ympäristön osana voi olla myös esimerkiksi pinnoite, pintakerros, ylimääräinen elektrodi

metallin, sen ympäristön tai teknisen järjestelmän, johon ne kuuluvat, toiminnan merkittävään heikentymiseen.

2 Korroosiokenno SEKAPOTENTIAALITEORIA Wagner & Traud (1938) Über die Deutung von Korrosionsvorgängen durch Überlagerung von elektrochemischen Teilvorgängen und über die Potentialbildung an Mischelektroden. Sekapotentiaaliteorian mukaan korroosiokennossa vähintään yksi anodinen ja yksi katodinen reaktio asettuu keskenään tasapainoon, jolloin niiden kuluttamat anodiset ja katodiset virrat ovat yhtä suuria. 5 6 SEKAPOTENTIAALITEORIA EVANSIN DIAGRAMMIT Ec Ec Potentiaali Potentiaali Ecorr Ecorr Ea Ea Icorr Virta Icorr Virta 7 8 2

Sekapotentiaaliteorian mukaan korroosiokennossa vähintään yksi anodinen ja yksi katodinen reaktio asettuu keskenään tasapainoon,

3 PASSIVOITUMINEN PASSIVOITUMINEN O 2 O 2 O 2 O 2 Adsorboitunut kerros Anodi Katodi Hapetin adsorboituu liuoksesta Passiivifilmi Fe Fe Anodi 4 e - Katodi O 2 Fe = Fe e- O 2 + H 2O + 4e - = 4 OH - Varauksensiirtoreaktio, elektronit siirtyvät anodialueelta katodille. RUOSTUMATON TERÄS KUPARI Patinakerros Oksidikerros OH OH - - OH - Fe Fe Anodi OH - Katodi Reaktiotuotteet reagoivat keskenään muodostaen yhdisteen ALUMIINI Huokoinen hydroksidikerros Oksidinen sulkukerros 9 10 Korroosiomuodot KORROOSIO YLEINEN PAIKALLINEN MAKROSKOOPPINEN MIKROSKOOPPINEN Raerajakorroosio Eroosio Jännityskorroosio Rakokorroosio Korroosioväsyminen Pistekorroosio Valikoiva liukeneminen SFS-EN ISO 8044 Metallien ja metalliseosten korroosio. Termit ja määrittelyt 37 korroosiomuotoa: Sähkökemiallinen, kemiallinen Kaasutila, ilmasto, meri, maaperä, elektrolyyttinen, hajavirta Saostuma, vesiraja, hitsi, sularaja Mikrobiologinen, bakteerien aiheuttama Yleinen, paikallinen 20 erilaista korroosion tai vaurion ulkonäköön liittyvää 1 termi, jonka käytöstä kehotetaan luopumaan

RUOSTUMATON TERÄS KUPARI Patinakerros Oksidikerros OH OH - - OH - Fe Fe Anodi OH - Katodi Reaktiotuotteet reagoivat keskenään muodostaen yhdisteen ALUMIINI Huokoinen hydroksidikerros Oksidinen

4 THE EIGHT FORMS OF CORROSION General corrosion, uniform corrosion galvanic corrosion bimetallic corrosion pitting corrosion, tasainen korroosio galvaaninen korroosio, bimetallikorroosio pistekorroosio Hapetin kulkeutuu tasaisesti koko pinnalle crevice corrosion rakokorroosio selective corrosion intergranular corrosion erosion corrosion valikoiva korroosio raerajakorroosio eroosiokorroosio, koko pinta syöpyy samalla nopeudella., korroosiovaurio keskittyy epäjalompaan metalliin liitoskohdan lähelle. Eroosiokorroosio, virtaava liuos kasvattaa korroosionopeutta lisäämällä hapettimen aineensiirtoa tai kuluttamalla pintaa mekaanisesti stress corrosion (cracking) jännityskorroosio(murtuma) Paikallinen, makroskooppinen Paikallinen, mikroskooppinen Pistekorroosio, passiivifilmissä on heikkoja kohtia. Rakokorroosio, raon sisällä on muuta ympäristöä ankarammat olosuhteet. Raerajokorroosio, epäjalojen raerajojen syöpyminen johtaa metallin heikkenemiseen ja rakeiden irtoamiseen. Valikoiva liukeneminen, yksi seoksen metalleista tai faaseista liukenee herkemmin kuin muu seos. Jännityskorroosiomurtuma, Yleensä haaroittunut metallin sisäinen murtuma, joka aiheutuu samanaikaisesta korroosiosta ja vetojännityksestä

eroosiokorroosio, koko pinta syöpyy samalla nopeudella., korroosiovaurio keskittyy epäjalompaan metalliin liitoskohdan lähelle.

5 Yleisessä korroosiossa materiaali syöpyy näennäisesti samalla nopeudella koko pinnaltaan, koska anodiset ja katodiset reaktiot tapahtuvat samalla pinnalla. Mikroskooppisesti tarkasteltuna korroosio ei kuitenkaan ole aivan tasaista, sillä pinta on jakautunut anodi- ja katodialueisiin ja vain anodialueet syöpyvät. Anodi- ja katodialueet vaihtavat jatkuvasti paikkaa, mistä johtuen korroosio näyttää tasaiselta. Pinnalle muodostuu rakeiden välille potentiaalieroja, jotka käynnistävät paikallisia mikroskooppisia korroosiokennoja Cathode Anode Anode Cathode Anodic areas corrode Formation of corrosion products results in reversal of corrosion cell polarity Original cathodic areas being now anodic corrode resulting in uniform thinning

Anodi- ja katodialueet vaihtavat jatkuvasti paikkaa, mistä johtuen korroosio näyttää tasaiselta.

6 21 22 D. Tromans, Corrosion 55(1999) 10,

7 Korroosionopeus ilmoitetaan tavallisesti painohäviönä pinta-alayksikköä kohti tiettynä ajanjaksona esimerkiksi g/(m 2 a) tai keskimääräisenä syöpymisnopeutena mm/a. Yleisen korroosion aiheuttamat ongelmat voidaan usein estää lisäämällä ainesvahvuuteen korroosiovaraa. Ainesvahvuus = kuormaa kantava vahvuus + varmuuskerroin + korroosionopeus käyttöikä Seinämänvahvuus, johon otettu mukaan korroosiovara. Vesirajassa happipitoisuusero kasvattaa korroosionopeutta, korroosiovaran käyttö ei ole riittävä. Eroosio kasvattaa korroosionopeutta, korroosiovaran käyttö ei ole riittävä. Vesiraja Yleisen korroosion nopeutta säätelevät tavallisesti: Katodisen reaktion nopeus. Aineensiirto pinnalla olevan reaktiotuotekerroksen läpi. Korroosion ulkonäköön vaikuttavat: Materiaalin homogeenisuus. Ympäristön johtokyky. Ohutlevyjen korroosionsuojaominaisuudet

Ainesvahvuus = kuormaa kantava vahvuus + varmuuskerroin + korroosionopeus käyttöikä 25 26 Seinämänvahvuus, johon otettu mukaan korroosiovara.

8 29 30 Yleistä korroosiota vastaavalla mekanismilla tapahtuvat galvaaninen korroosio sekä eroosiokorroosio. Galvaanisessa korroosiossa kaikki anodireaktio keskittyy epäjalompaan metalliin liitoskohdan lähelle. Eroosiokorroosiossa mahdolliset suojaavat reaktiotuotekerrokset kuluvat pois virtauksen takia paljastaen uutta metallia korroosiolle. Galvaanisessa korroosiossa kaksi tai useampia metalleja on kytketty toisiinsa ja upotettu samaan elektrolyyttiin. Periaatteessa molemmat metallit syöpyvät, mutta metallien välinen jalousaste-ero aiheuttaa ylimääräisen jännitteen metallien välille, jolloin reaktiot voivat tapahtua eri nopeuksilla. Epäjalompi metalli muodostuu anodiksi ja syöpyy. Jalommasta metallista muodostuu katodi, jolloin sen syöpyminen hidastuu tai loppuu kokonaan

Eroosiokorroosiossa mahdolliset suojaavat reaktiotuotekerrokset kuluvat pois virtauksen takia paljastaen uutta metallia korroosiolle.

9 33 34 Galvaaninen sarja Grafiitti Titaani "haponkestävä" Monel "ruostumaton" 70/30 CuNi Lyijy 90/10 CuNi Piipronssi Kupari Messinki Alumiinipronssi Hiiliteräs, valurauta Alumiiniseokset Sinkki Magnesium POTENTIAALI E 0 katodi E corr jalo E 0 jalo galv E co rr E epäjalo corr E 0 epäjalo Katodireaktio Epäjalo Jalo Jalon ja epäjalon katodireaktioiden summa -2,0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 Korroosiopotentiaali [V vs. Ag/AgCl] I co rr jalo I co rr epäjalo VIRTA (logaritminen) I co rr galv

E 0 jalo galv E co rr E epäjalo corr E 0 epäjalo Katodireaktio Epäjalo Jalo Jalon ja epäjalon katodireaktioiden summa

10 Katodireaktio Jalon ja epäjalon katodireaktioiden summa E 0 katodi E corr jalo Suuri anodi Pieni katodi pientä korroosiota Liuos on huonosti johtava, syvä ja kapea syöpymä. POTENTIAALI E corr galv E 0 jalo E corr epäjalo Jalo Anodi Katodi Epäjalo Suuri katodi Pieni anodi voimakasta korroosiota Liuos on hyvin johtava, leveä ja matala syöpymä. E 0 epäjalo I corr jalo I corr epäjalo I corr galv Anodi Katodi VIRTA (logaritminen) E x = DE-I*d*x I x = E x /R p d R p R p R p R p R p R p R p ANODI KATODI Anodin ja katodin välinen potentiaaliero eli ajava voima pienenee liuosvastuksen takia. Polarisaatiovastus on vakio, joten ajavan voiman pienentyessä virta pienenee. Insulating washer and sleeve over bolt shank Stainless steel bolt and nut Carbon steel Insulating gasket Stainless steel Insulating washer

E 0 epäjalo I corr jalo I corr epäjalo I corr galv Anodi Katodi VIRTA (logaritminen) 37 38 E x = DE-I*d*x I x = E x /R p d R p R p R p R p R p R p R p ANODI KATODI Anodin ja katodin välinen

11 Eroosiokorroosio Eroosiokorroosio Eroosiokorroosiolla tarkoitetaan virtauksen aiheuttamaa korroosiota olosuhteissa, joissa materiaali muutoin olisi korroosionkestävää. Virtaus voi myös mekaanisesti kuluttaa suojaavat kerrokset pois. Eroosiokorroosio on siis virtaavan liuoksen aiheuttamaa mekaanisen kulumisen ja kemiallisen tai sähkökemiallisen syöpymisen yhteisvaikutusta. Liuenneet metalli-ionit poistuvat pinnalta virtauksen mukana eivätkä ne muodosta suojaavaa korroosiotuotekerrosta. KORROOSIONOPEUS Aineensiirto kontrolloi Kriittinen leikkausvoima ylittyy Suojakalvo murtuu Ei suojakalvoa, varauksensiirto kontrolloi VIRTAUSNOPEUS Eroosiokorroosio Eroosiokorroosio

Eroosiokorroosio on siis virtaavan liuoksen aiheuttamaa mekaanisen kulumisen ja kemiallisen tai sähkökemiallisen syöpymisen yhteisvaikutusta.

12 Eroosiokorroosio Kavitaatio Too small radius Too large, too small, or misaligned gasket Kavitaatio Kavitaatio

13 Eroosiokorroosio ja kavitaatio Eroosiokorroosion mekanismia ei voida selittää yksinkertaisella mallilla, sillä vaikuttavia tekijöitä on runsaasti kuten; virtauksen aiheuttamat mekaaninen kuormitus, kuten vesipisaroiden ja korroosiotuotteiden iskut höyrykuplien luhistumisen (kavitaatio) aiheuttama kuormitus, korroosioreaktiot, muodostuvan oksidikerroksen ominaisuudet sekä materiaalin ominaisuudet. Sähkökemiallinen sarja Zn Fe H 2 Korroosioympäristö + Materiaali Korroosiomuoto O 2 E / V Korroosiokenno Reaktiot Reaktiotuotteet (E-pH-diagrammi) Korroosionopeus

(kavitaatio) aiheuttama kuormitus, korroosioreaktiot, muodostuvan oksidikerroksen ominaisuudet sekä materiaalin ominaisuudet.

Samankaltaiset tiedostot

Korroosiomuodot KORROOSIOMUODOT 11/6/2015. MT Korroosionestotekniikan perusteet KORROOSIOMUODOT osa 2 KORROOSIO

Korroosiomuodot KORROOSIOMUODOT 11/6/2015. MT Korroosionestotekniikan perusteet KORROOSIOMUODOT osa 2 KORROOSIO MT-0.3301 Korroosionestotekniikan perusteet osa 2 Yleinen ja paikallinen korroosio Piste- ja rakokorroosio Raerajakorroosio Valikoiva liukeneminen Jännityskorroosio ja korroosioväsyminen Vetyhauraus 2