MT Korroosionestotekniikan perusteet



Samankaltaiset tiedostot
MT KORROOSIONESTOTEKNIIKAN PERUSTEET

METALLITEOLLISUUDEN PINTAKÄSITTELYN PERUSTEET - KORROOSIO

Korroosion estäminen KORROOSIOKENNO KORROOSIONESTO KORROOSIONESTO. MT Korroosionestotekniikan teoreettiset perusteet

Käytännön esimerkkejä on lukuisia.

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

MT KORROOSIONESTOTEKNIIKAN PERUSTEET

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Faradayn laki Korroosio

Pourbaix-diagrammit. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 4 - Luento 3

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

Sähkökemian perusteita, osa 1

Epäpuhtaudet vesi-höyrypiirissä lähteet ja vaikutukset

KORROOSIO KORROOSIOKENNO


1. Malmista metalliksi

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet, 4. luento, muut ominaisuudet

Evansin diagrammit. Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2016 Teema 4 - Luento 4

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Korroosio

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

2.1 Sähköä kemiallisesta energiasta

Normaalipotentiaalit

Kuparin korroosio hapettomissa olosuhteissa

Metallien kierrätys on RAUTAA!

Ilmastollinen korroosio

Elektrolyysi Anodilla tapahtuu aina hapettuminen ja katodilla pelkistyminen!

Workshop: Tekniikan kemia OAMK:ssa

Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa

Kestääkö kuparikapseli

Ympäristövaikutteinen murtuminen EAC

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Korroosio ja sähköinen korroosion esto

R A D. PAKKAUS Lämpöpatterit toimitetaan suojaavassa muovipakkauksessa.

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

Metallien ominaisuudet ja rakenne

Teollinen kaivostoiminta

METALLITUOTTEIDEN MAALAUS MAALATTAVAT METALLIT. Copyright Isto Jokinen. Käyttö opetuksessa tekijän luvalla

AvantGuard. aivan uudenlainen korroosionesto

Dislokaatiot - pikauusinta

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

AKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT

MT Korroosionestotekniikan perusteet

SATAMAT, TELAKAT JA MERENKULKUKALUSTO ZINGA GALVANOINTI YHTÄ HELPPOA KUIN MAALAUS

5.10 KEMIA OPETUKSEN TAVOITTEET

Kuparikapselin korroosio

Hitsin hyvä jo yli 4o vuotta

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

Kiteet kimpaleiksi (Veli-Matti Ikävalko)

OMAX VESILEIKKUUMATERIAALIT

Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa

5.10 Kemia. Opetuksen tavoitteet

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

Umpilähdekapselin ikääntyminen teollisuuden sovelluksissa

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

obaalit kierrätysmarkkinat usjaossa Kiina-ilmiö tehuoltopäivät to Pohjanpalo, yhteiskuntasuhteiden johtaja

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

Lukion kemian OPS 2016

Kuvioita Suomen ulkomaankaupasta TULLI Tilastointi 1

Nd-Fe-B magneettien korroosio

KOVAJUOTTEET Somotec Oy. fosforikupari. hopea. messinki. alumiini. juoksutteet.

Osio 1. Laskutehtävät

Metallien plastinen deformaatio on dislokaatioiden liikettä

Maapallon kehitystrendejä (1972=100)

Pintakäsittelyn huomioonottaminen teräsrakenteiden suunnittelussa

MT Korroosionestotekniikan perusteet. KORROOSIOYMPÄRISTÖT, Korroosio vedessä. Trends in metal use KORROOSIOYMPÄRISTÖT

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

b) Reaktio Zn(s) + 2 Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + 2 Ag (s) tapahtuu galvaanisessa kennossa. Kirjoita kennokaavio eli kennon lyhennetty esitys.

Harjoitustyö litiumioniakuista

Kemia. Kemia Tutkii luontoa, sen rakenteita. Tutkii ainetta, sen koostumusta. sekä reaktioita. Eli kuinka aine muuttuu toiseksi aineeksi.

Lämpöputkilämmönsiirtimet HPHE

METALLIMAALIEN AMMATTILAINEN. Opas täydelliseen metallinsuojaukseen!

3.10 Kemia. Opetuksen tavoitteet

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Suolasirotinlaitteiston korroosio ja materiaalivalinta. Kemian, bio- ja materiaalitekniikan maisteriohjelma Pääaine: Sustainable Metals Processing

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Talvivaara hyödyntää sivutuotteena saatavan uraanin

Ydinpolttoainekierto. Kaivamisesta hautaamiseen. Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio

Kuvioita Suomen ulkomaankaupasta TULLI Tilastointi 1

Ilmiö 7-9 Kemia OPS 2016

OMEGA kovametalliviilat

Seoksen pitoisuuslaskuja

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Alcoan taotut alumiinivanteet. Asiaa ja numerotietoja

Mauri Alitalo AUTOKLAAVIOLOSUHTEISSA KORROOSIOTESTAUKSEEN KÄYTETTÄVÄN NÄYTTEENPITIMEN SUUNNITTELU JA TESTAUS

METALLITASE, KOKONAISLIUOTUSSAANTI JA KANNATTAVUUS

Mak Sovellettu materiaalitiede

monivuotisen yhteistyön tulos

Chem-C2400 Luento 3: Faasidiagrammit Ville Jokinen

Puhtaamman tulevaisuuden rakentaja

SÄHKÖKEMIALLISTEN MITTAUSMENETELMIEN HYÖ- DYNTÄMINEN OPTIMAALISESSA KUNNOSSAPIDOSSA

Kuvioita Suomen ulkomaankaupasta TULLI Tilastointi 1

Mineraaliset raaka-aineet ja kestävä kehitys

Termodynaamisten tasapainotarkastelujen tulokset esitetään usein kuvaajina, joissa:

Voiko rautasiltaan luottaa?

KANDIDAATINTYÖ Erika Gröhn

Erilaisia entalpian muutoksia

Näkökulmia teräksen valmistusprosessien tutkimukseen ja kehitykseen

c) Mitkä alkuaineet ovat tärkeitä ravinteita kasveille?

Mustavaaran Kaivos Oy

Transkriptio:

Kurssin sisältö MT-0.3301 Korroosionestotekniikan perusteet dosentti Jari Aromaa Materiaalien, erityisesti metallien korroosioilmiöt sähkökemiallisen teorian pohjalta. Metallien liukenemisen perusteet ja kinetiikka. Korroosiota säätelevät ja ehkäisevät tekijät metalleissa ja korroosioympäristössä. Katsaus korkealämpötilakorroosioon 2 Kurssin tavoitteet Kurssin tavoite on opettaa opiskelijalle korroosion ja korroosioneston sähkökemiallinen tausta. Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa käyttää E-pH- ja Evansin diagrammeja korroosioilmiöiden aiheuttajien selvittämiseen, tietää metallin passivoitumisen merkityksen korroosionestossa, tietää tärkeimmät korroosioympäristöt ja niissä vaikuttavat tekijät, tietää korroosiomuodot ja niiden mekanismit, osaa oikealla suunnittelulla, materiaalinvalinnalla ja pinnoituksella estää korroosiovaurioita ja tuntee muut korroosionestomenetelmät. Yleisinä akateemisina valmiuksina opiskelija osaa laatia työselostuksen kokeellisesta tutkimuksesta. Turvallisuus Ulkonäkö Betoni halkeilee Kattopellit Yllättävä tilanne Raha Vantaan kaupunki palelee Riesa Putkiremontti Sinkitty kori Auto KORROOSIO Vakuutus ei korvaa korroosiovahinkoja Takuu Ruosteiset romulaivat Rauta ruostuu Sinkityt tolpat Muovi ei ruostu Maalia pintaan Ruostumaton teräs 1

TAUSTAA Metallien taipumus syöpyä on tunnettu varmasti yhtä kauan kuin ihmiskunta on hyödyntänyt metalleja. Jalometallien taipumus muuttaa väriään lienee vanhimpia esimerkkejä korroosiosta. Samaan luokkaan voidaan lukea myös patsaiden patinoituminen, jossa korroosio aiheutti lähinnä esteettisiä haittoja. Korroosion vaarallisempia vaikutuksia ei havaittu, ennen kuin metalleja alettiin käyttää rakenteisiin, koneisiin ja laitteisiin, korroosion yleistyminen ajoittuu teolliseen vallankumoukseen 1800-luvulla. 1. Ruostuminen materiaalien korroosio ja korroosionesto silta romahti jännityskorroosion takia 3. Hydrometallurgia metallien valmistus liuosten avulla kuparia tehdään liuottamalla kiveä Korroosion ja hydrometallurgian professuuri ennen Hydrometallurgian ja korroosion professuuri nyt 2. Pintakäsittelytekniikka maalaus ja muut pinnoitteet kemiallisesti värjätty kuparikatto 6 Ruoste 7 2

JOHDANTO Korroosio on luonnollinen tapahtuma, jossa materiaali pyrkii palaamaan energeettisesti edullisimpaan olomuotoon. Korroosio on metallin fysikaalis-kemiallinen reaktio ympäristönsä kanssa, mikä aiheuttaa muutoksia metallin ominaisuuksiin ja mikä usein voi johtaa metallin, sen ympäristön tai teknisen järjestelmän vaurioihin. Korroosio on välttämätön luonnonlakien mukainen tapahtuma, joka on pakko hyväksyä ja jota ei voida milloinkaan pysäyttää. Korroosionestotekniikan pyrkimyksenä ei ole toimia luonnonlakeja vastaan vaan hidastaa materiaalin tuhoutumista käyttäen hyväksi kaikkia toteuttamiskelpoisia ja taloudellisia keinoja. Korroosio on sähkökemiallinen ilmiö, jonka teoria on muotoutunut ajan kuluessa yksinkertaiseksi ja selkeäksi, mutta jonka käytäntö on vaikuttavien tekijöiden suuresta määrästä johtuen vaikeasti ennustettavissa. Korroosion teorian ymmärtäminen on oleellista toimivien korroosionestoratkaisujen löytämiseksi. 3

Korroosiotapahtumaan ja sen kulkuun vaikuttavat samanaikaisesti monet eri luonnonilmiöt ja lait. Korroosioilmiöiden selvittäminen ei ole vain yhden tieteen yksityisoikeus. Korroosioilmiöiden tieteellinen tutkimus on hyvin vaikeata tai suorastaan mahdotonta Ilmastollinen korroosio ja upotusrasituksessa tapahtuva korroosio vaikuttavat ensi silmäyksellä täysin eri asioilta, mutta niillä on aivan sama tausta. Ilmastollinen korroosio tapahtuu ohuessa nestekalvossa, joka muodostuu kun ilman suhteellinen kosteus on riittävän suuri, yleensä rajana pidetään 80 %. Upotusrasituksessa syöpyvä rakenne on upotettuna nesteeseen, jolloin aineensiirto on yleensä hyvä ja siten korroosionopeus suurempi kuin ilmastollisessa korroosiossa. Korkealämpötilan korroosiolla tarkoitetaan metallin tai metalliseosten syöpymistä kaasussa korkeassa lämpötilassa, eli toisin sanoen ympäristössä, jossa metallin pinnalle ei muodostu vettä. TAUSTAA Korroosio on väistämätön ilmiö, joka johtuu siitä, että metallin valmistuksessa käytetään suuri määrä energiaa, joka kasvattaa metallin energiasisältöä verrattuna malmiin. Metalli pyrkii vapautumaan tästä energiaylimäärästä reagoimalla ympäristönsä kanssa, itse asiassa muuttumaan takaisin malmiksi. 4

ENERGIASISÄLTÖ Materiaalin energiakaari KORROOSION TAUSTAA Metallituotteiden valmistus Malmi Sulatus Lopputuote Louhinta, jauhatus ja rikastus Kierrätys Romu Korroosiotuote 1949, The Cost of Corrosion in the United States (Uhlig), vuosikustannukset USA:ssa 5.5 mrd USD eli 2,1% BKT:sta 1970, Report of the Committee on Corrosion and Protection. (Hoar), vuosikustannukset UK:ssa 1365 milj. GBP eli 3,5% BKT:sta, 20-25% kustannuksista olisi vältettävissä. 1978, Battelle-NBS, metallien korroosion vuosikustannukset USA:ssa 70 mrd USD eli 4.2% vuoden 1975 BKT:sta, 15-40% kustannuksista olisi vältettävissä. 1999-2001, CC Technologies, suorat vuosikustannukset USA:ssa 279 mrd USD, eli 3,2% BKT:sta, välilliset kustannukset ainakin yhtä suuret. http://www.corrosioncost.com 18 UUTISIIN PÄÄSSEITÄ KORROOSIOTAPAUKSIA: Bhopalin kemiantehtaan kaasuvuoto Intiassa 1986. Aloha Airlinesin Boeing 737-matkustajakoneen katon irtoaminen 1988. Han-joen sillan romahtaminen Soulissa 1994. Vuotaneen kaasuputken räjähdys junaonnettomuuden yhteydessä Venäjällä 1994. Soodakattilaräjähdys Cellardennes-sellutehtaalla Belgiassa 1995. Uimahallin kattoromahdus, Uster 1985, Rauhalahti 2003. Prudhoe Bay, öljyputkivuoto Alaskassa 2006. UUTISIIN PÄÄSSEITÄ KORROOSIOTAPAUKSIA: Henkilöautot? Lain mukaan vaaditaan 6 vuoden suojaus. Takuumääräykset eivät ole aina selkeitä. On ehdotettu vaatimusta 10-12 vuoden takuuajasta ja jotkut valmistajat antavat jo nyt 12 vuoden takuun aivan tavallisillekin autoille. Kori ei aina ole pääongelma, pakoputket, jarrujärjestelmä, pyörien ripustus ja polttoainetankki syöpyvät usein. 19 5

UUTISIIN PÄÄSSEITÄ KORROOSIOTAPAUKSIA: Viemäriräjähdys, Guadalajara, Meksiko 1992. 215 kuollutta, 1500 loukkaantunutta, 1600 rakennusta vaurioitui. Vesijohtoputki vuoti, vettä bensiinilinjan päälle, joka syöpyi puhki, bensiiniä viemäriin, 9 räjähdystä. Tankkialus Erika, Ranskan rannikko 1999. Korroosiovaurioita todettu 1994, alus sai jatkaa ilman toimenpiteitä. Alus katkesi myrskyssä, 10 000 tonnia raakaöljyä mereen ja rannoille. 21 22 Jodanto TÄTÄ LUKIESSASI RAUTAA RUOSTUU 32 000 KILOA Ohessa Winston S. Churchillin suhtautuminen laivojen lauhduttimien korroosioon 1. maailmansodan ajalta. Lauhduttimien korroosio piti enemmän Englannin laivaston aluksia poissa toiminnasta kuin Saksan laivaston aiheuttamat vauriot. Churchill lienee jopa todennut näin jossakin tilaisuudessa ja tästä on muodostunut korroosioalan oma legenda. 23 6

Korroosion sähkökemiallinen perusta Korroosio perustuu metallin pinnalla tapahtuviin sähkökemiallisiin hapettumis- ja pelkistymisreaktioihin. Sähkökemiallisten korroosioilmiöiden kuvaamiseksi on usein käytetty korroosiokennoa. Korroosiossa syöpyvä metalli luovuttaa sähköenergiaa elektronien muodossa ja elektronit käytetään katodisessa reaktiossa. Käytännössä yleensä jokin liuoksessa oleva tekijä (hapetin) käynnistää katodisen reaktion, johon tarvittavat elektronit saadaan anodisesta reaktiosta. KORROOSIOKENNO Metallit ovat epähomogeenisia materiaaleja epähomogeenisessa ympäristössä, ja niiden pinnalle muodostuu aina luonnostaan korroosiopareja. Korroosiopari on mikroskooppisessa mittakaavassa havaittavissa oleva ilmiö, jota sellaisenaan ei juurikaan voi siirtää käytäntöön. Korroosioparin toiminnan ymmärtäminen helpottaa toimivien korroosionestoratkaisujen kehittämistä. PASSIVOITUMINEN Potentiaalierojen syntyyn johtavia tekijöitä. Monien metallien käyttö perustuu passivoitumiseen. Passivoitumisella tarkoitetaan metallin kykyä muodostaa pinnalleen suojaava reaktiotuotekerros, joka pystyy korjaamaan itsensä vaurioiduttuaan. Tyypillisiä passivoituvia metalleja ovat ruostumattomat teräkset, alumiini ja titaani. Passivoituvilla metalleilla yleisen korroosion nopeus laskee muodostuvan oksidisen reaktiotuotekerroksen ansiosta, mutta passiivisessa tilassa saattaa esiintyä paikallista korroosiota. Sisäiset: Pinta: Elektrolyyttiin liittyvät tekijät: METALLIIN LIITTYVÄT TEKIJÄT Metallin epähomogeenisuus Raerajojen erikoisominaisuudet Raerakenteen virheet Rakeiden erilainen orientoituminen Paikallisesti erilainen lämpö- tai muu käsittely Oksidi- tai muu pintakalvo ei ole aukoton Työstö (pinnan epätasaisuus, naarmut, kohonemat, terävät reunat ja kulmat) Kappaleen muoto Vaikuttavat mekaaniset jännitykset eivät ole kaikkialla saman suuruiset Liuenneen aineen väkevyys vaihtelee elektrolyytissä metallin pinnan eri kohdissa. Väkevyyseroja syntyy raoissa, koloissa, kuopissa ja kosketuskohdissa. Niitä saa edelleen aikaan elektrolyytin paikallinen sekoittaminen, kuumentaminen, valaiseminen ja haihduttaminen. 7

Erilaiset faasit Pintaan jäänyt partikkeli Erkauma raerajalla Sulkeuma KORROOSIOKENNO Merivesi Anodi Katodi Teräs Veteen liuennut happi kulkeutuu pinnalle, jossa se pelkistyy. Fe Fe Anodi Fe = Fe 2+ + 2 e - 4 e - Katodi O + 2 H 2 2O + 4e- = 4 OH- Sähkökemialliset reaktiot, elektronit siirtyvät anodialueelta katodille. Hitsisauma Syöpynyt pinta Fe 2+ Fe 2+ OH- OH- OH - OH - Jännityksen alla oleva alue HAZ Vaurio oksidikerroksessa Iskujälki Vanha osa Uusi osa Fe Fe Anodi Katodi Reaktiotuotteet poistuvat liuokseen, anodilta on liuennut rautaa, katodi ei ole muuttunut. e - Zn Cu ZnSO 4 CuSO 4 Zn = Zn 2+ + 2 e - anodinen liukeneminen Cu = Cu 2+ + 2 e - katodinen saostuminen 31 8

Korroosiokenno KORROOSIOKENNO Seuraavaksi Hankkikaa pruju Unigrafian kirjakaupasta Jari Aromaa: Korroosionestotekniikan perusteet 13. http://shop.unigrafia.fi/ Kurssissa on avoin kirjatentti, pruju ja luentokalvot saavat olla mukana. Kotilaskut ja labraharjoitukset II periodilla. Arviointiin vaikuttavat tentti 60%, laboratoriotyö 20% ja kotilaskut 20%. Seuratkaa MyCourses sivustoa, nopeat aikataulumuutokset mahdollisia. Varmistakaa, että Oodissa ja MyCourses-profiilissa on ajantasaiset yhteystiedot 9