Korozija metala i ostalih materijala

[Boro Prodanic]

Korozija metala

Korozija je proces dezintegracije metalnih i drugih konstrukcija u atome odnosno hemijska jedinjenja zbog hemijske reakcije materijala konstrukcije sa okolinom. Pitanjima korozije prvi se naučno bavio ruski naučnik Mihail Vasiljevič Lomonosov, 1756. godine. Međutim, u to vreme se malo šta moglo preduzeti na zaštiti od korozije, zbog niskog nivoa tehnološke razvijenosti tadašnje industrije.

Rečeno drugim rečima, korozija je elektro-hemijska oksidacija metala u reakciji sa oksidantima, najčešće kiseonikom. Najčešća i najpoznatija je korozija gvožđa i čelika, koja proizvodi rđu, oksid gvožđa karakteristične crvenkaste boje. Ova vrsta oštećenja metalnih konstrukcija najčešće ima za rezultat stvaranje naslaga oksida i/ili soli metala na površini.

Korozija napada i druge materijale, ne samo metale. Tako postoji korozija keramičkih materijala, polimera, betona, plastike i stakla. Razgradnja ovih materijala usled korozije je mnogo sporija od razgradnje metala, zbog manje podložnosti tih materijala oksidaciji.

Mnoge legure metala korodiraju samo kada su izložene vlagi iz vazduha, ali taj proces može da bude znatno ubrzan ako su prisutne određene hemijske materije, na primer kiseline i lužine. Koroziona oštećenja konstrukcija mogu da budu lokalnog karaktera, u kom slučaju se stvaraju lokalne pukotine i degradirana mesta na konstrukciji, ili mogu da budu zahvaćene cele izložene površine konstrukcija.

Elektro-hemijska korozija prikazana je na sledećim slikama:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Uobičajena pojava korozije koju možemo da vidimo na gotovo svim metalnim, posebno čeličnim i gvozdenim strukturama:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

U savremenoj industriji, korozija je ozbiljan problem. Na zaštitu od korozije troše se znatna sredstva u industrijskim postrojenjima. Na slici je prikazano saniranje korozije u jednom industrijskom rezervoaru za tečnost:
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

U mašinskim postrojenjima, u prisustvu fluida pod pritiskom i na visokoj temperaturi, korozija često izaziva ozbiljna oštećenja pojedinih delova postrojenja i sa tim u vezi znatne troškove zaštite od korozije i održavanja. Na slici je prikazana korozija statora centrifugalne pumpe:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
I najveća i najskuplja industrijska postrojenja, uprkos činjenici da se za njihovu izgradnju koriste dobri i skupi materijali, nisu imuna na koroziju. Korozija lopatica statora vodene turbine u hidroelektrani:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Kada je u kontaktu sa vodom i kiseonikom ili drugim jakim oksidantima - kiselinama i lužinama, gvožde i sve njegove legure će oksidirati. Ako je u okolini prisutna so, kao što je to slučaj u morskoj vodi, proces oksidacije biće znatno brži jer so iz morske vode deluje kao katalizator na elektro-hemijsku reakciju oksidacije. Interesantno je da su gvožđe i njegove legure otporne na dejstvo same vode ili samog kiseonika, a korozija nastaje tek kad su prisutna oba uslova - i voda i kiseonik. Prisustvo nekih drugih hemijskih jedinjenja u vodi, kao što su sumpor-dioksid ili ugljen-dioksid ubrzavaju proces oksidacije, jer u vodi vrlo brzo stvaraju sumpornu odnosno ugljeničnu kiselinu koje su izrazito agresivne prema metalima, posebno gvožđu i aluminijumu.

Treba napomenuti da nisu svi metali i njihove legure jednako sklone oksidaciji, odnosno koroziji. Takozvani plemeniti metali - zlato, srebro i platina praktično su potpuno otporni na uobičajenu oksidaciju - koroziju. Čak i kada u ekstremno nepovoljnim uslovima dođe do površinske korozije - oksidacije zlata i platine, čim uslovi postanu povoljniji, oksidi ovih metala imaju tendenciju da otpuštaju vezane atome kiseonika i time se vraćaju u stanje čistog metala. Zbog toga se ova dva metala često u prirodi mogu naći u praktično 100 % čistom obliku. Postoji još nekoliko metala koji su izrazito otporni na koroziju, ali ih u prirodi ima vrlo malo, zbog toga su vrlo skupi i nisu u širokoj upotrebi, već se koriste za sredstva posebne namene - u avioindustriji, kosmičkoj industriji i uopšte za vojne primene. Primeri su iridijum i titanijum. Cink, magnezijum i kadmijum su isto tako manje podložni koroziji, ali se ne upotrebljavaju u širem dijapazonu primena zbog drugih ograničavajućih faktora - cinkovi oksidi su vrlo otrovni, magnezijum je zapaljiv, kadmijuma nema mnogo u prirodi, a sva tri nemaju potrebne mehaničke osobine koje zahteva moderna industrijska primena i korišćenje metala. Hrom, nikal i vanadijum su takođe vrlo otporni na koroziju, ali retki i skupi metali pa se koriste za legiranje - poboljšavanje osobina čelika, a veoma retko u čistom stanju.

Bakar i aluminijum kao i njihove legure, mesing, bronza i razne vrste legura aluminijuma manje su podložni delovanju korozije od gvožđa. Zbog toga se ovi metali i njihove legure dosta koriste u industriji i građevinarstvu. Ipak, i ta dva metala korodiraju. Primer za koroziju bakra:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Aluminijum, koji je kod primene u građevinarstvu izuzetno zahvalan metal - lagan je a ima veliku čvrstoću, a neke njegove legure i tvrdoću, zbog tih karakteristika se često primenjuje i na brodovima. Međutim, u prisustvu morske vode, aluminijum više nije tako otporan na koroziju - poznata je pojava takozvane aluminijumske kuge - ispod površinskog sloja aluminijumovog oksida koji na kopnu zaustavlja dalju koroziju, na brodovima se dešava da ceo profil materijala bude "pojeden" - kada dodirnete takav deo, pod pritiskom ljudske ruke se pretvara u sivkasti prah. Prilikom pregleda brodskog trupa, imao sam priliku da otkrijem nekoliko rebara, koji su vrlo važan element brodske konstrukcije, koje je kuga dosta oštetila te su morala da budu podvrgnuta popravkama.

Ekonomski uticaj korozije

Već smo rekli da korozija metala, posebno gvožđa i njegovih legura, veoma mnogo košta savremeni svet. Troškovi zaštite od korozije i uklanjanje posledica su neophodni - ako se ne preduzmu, cela konstrukcija/postrojenje u vrlo kratkom periodu dolazi u situaciju da postaje neupotrebljiva za svoju namenu.

Studija pod nazivom "Troškovi zbog korozije i strategije preventive" koja je urađena u SAD 2002. godine, ukazala je da su procenjeni troškovi zbog korozije samo u SAD tokom 1998. godine bili oko 276 milijardi dolara! Ova suma predstavlja 3,1 % od godišnjeg bruto nacionalnog proizvoda SAD za tu godinu. Druga studija (autor: Jones) tvrdi da godišnji troškovi samo zbog elektro-hemijske korozije u SAD iznose između 8 i 128 milijardi dolara.

Prema procenama svetskih autoriteta u ovoj oblasti, korozija gvžđa i njegovih legura u celom svetu, za godinu dana, "pojede" trećinu svetske ukupne godišnje proizvodnje gvožđa i čelika. Iz ovih nekoliko brojki, lako je uočiti koliko je značajno ovu pojavu poznavati do detalja, i koliko je značajno stalno razvijati nove, sve efikasnije mere i metode zaštite od korozije.

[Boro Prodanic]

Vrste korozije

Već je rečeno da je svaka korozija, u suštini hemijska ili elektro-hemijska reakcija u kojoj atomi metala reaguju sa kiseonikom (ili kiselinom/lužinom) stvarajući metalni oksid ili so konkretnog metala. Sve podele korozije na vrste izvedene su prema efektima korozije na metalne strukture i na njihov uticaj na pouzdanost konstrukcije, dok suštinskih razlika u hemijskom smislu nema.

Prema mehanizmu odvijanja, korozioni procesi se dele na hemijske i elektro-hemijske. Prema uslovima u kojima teku procesi korozije se dele na procese u vodi, u gasovima, u vazduhu, u tlu itd.

Postoje spoljni i unutrašnji faktori korozije. Spoljni faktori su prisustvo kiseonika, vode, broj anjona, temperatura, kretanje materijala, a unutrašnji karakteristike samog metala od kojeg je konstrukcija izgrađena.

Proces korozije odvija se i ispod jedne jedine kapi vode na metalnoj površini:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Korozija ne napreduje jednakom brzinom na materijalu koji je na primer, uronjen u vodu, pri površini vode i u većoj dubini. Pri površini vode ima mnogo više kiseonika otopljenog u vodi, pa je tu proces korozije mnogo brži. Sa porastom dubine vode, procenat kiseonika se smanjuje a time i stepen napredovanja korozije:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Pitting korozija (tačkasta korozija)

Svi metali u početnom stadijumu korozije na površini stvaraju zaštitni film oksida, koji usporava, a ponekad (kod aluminijuma i bakra) i potpuno onemogućava dalje napredovanje procesa. Međutim, posebni uslovi - niska koncentracija kiseonika, ali visoka koncentracija drugih hemijskih supstanci, kao što je hlor na primer, mogu dovesti do mestimične erozije tog površinskog zaštitnog sloja oksida. Obično se ova pojava dešava na kritičnim mestima - zavarenim spojevima, mestima dodira dva metala, mestima na kojima je metalna konstrukcija savijena, spojena zakovicama i slično. Na takvim mestima dolazi do takozvane pitting ili tačkaste korozije, koja može da prodre veoma duboko u strukturu konstrukcije i na taj način da je ugrozi, a da spolja bude vrlo teško uočljivo. Čak i u slučaju promene spoljnih uslova - na primer zaštite konstrukcije farbanjem, takva mesta ostaju duboko u materijalu, zaštitna prevlaka ubrzo puca i proces se nastavlja. Ova vrsta korozije spada u grupu opasnijih, jer stvara duboke pukotine u materijalu koje je vrlo teško uočiti, pa se često desi da budu otkrivene tek kada konstrukcija pukne, izazivajući materijalne štete, a ponekad i ljudske žrtve.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Potpuna korozija

Veće metalne površine često se štite od korozije još u procesu izgradnje, galvanizacijom metalima koji su manje podložni koroziji ili bojadisanjem. Međutim, u svim industrijskim zemljama, u kiši koja pada ima mnogo ugljen-dioksida, koji još dok pada sa kišnim kapima- vodom gradi ugljeničnu kiselinu. Ovo jedinjenje je vrlo agresivno (poznat je slučaj pustih šuma u Nemačkoj i Češkoj izazvanih "kiselim kišama") kako prema organskim materijama, tako i prema neorganskim. Vremenom, ugljenična kiselina postepeno nagriza zaštitni sloj i time izlaže osnovnu konstrukciju potpunom dejstvu korozije. Zbog toga se mogu videti velike metalne, posebno gvozdene površine koje su potpuno korodirale. Te površine treba ponovo premazivati bojom ili na drugi način štititi od dalje korozije, što opet izaziva značajne finansijske troškove.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Korozija oko zavarenih spojeva (inter-kristalna korozija)

Nerđajući čelik (inoks, rostrfraj...) je manje podložan koroziji od običnog, nelegiranog čelika zbog "pasivizacije" postignute legiranjem čelika metalima koji su izuzetno otporni na koroziju - hromom, niklom i vanadijumom. Dakle, konstrukcije izrađene od legiranih čelika su mnogo otpornije na koroziju od struktura izgrađenih od običnih ugljeničnih čelika.

Međutim, ni jedna metalna konstrukcija se ne izrađuje iz jednog komada metala, sve se grade spajanjem komada raznih oblika i veličina. Spajanje metalnih delova danas se najčešće vrši zavarivanjem. Zavarivanje je proces topljenja metala na dodirnoj površini, koja se nakon hlađenja spoji u čvrstu celinu, ali visoke temperature na kojima se zavaruje narušavaju strukturu osnovnog materijala - uz zavareni spoj stvara se sloj hrom-karbida koji se formira uglavnom na granicama kristala u leguri. Ova pojava većinu legirajućeg elementa iz zavarene metalne strukture "povlači" u granične zone između kristala (zrna) u strukturi metala, čineći tako zone kristala u kojima nema legirajućeg elementa mnogo manje otpornim prema dejstvu korozije. Osim toga, praktično je to spoj dva metala različitog elektro-hemijskog potencijala, zbog čega se među njima pojavljuje slaba električna struja, koja pogoduje stvaranju takozvane inter-kristalne mikro korozije, koja kasnije prerasta u pitting oblik korozije i ugrožava konstrukciju. Krajnji rezultat ove pojave je da metalna konstrukcija puca neposredno uz zavareni spoj, kao da je odrezana nožem - sa vrlo pravilnom i "čistom" pukotinom.

Ovu pojavu moguće je sprečiti izradom metalnih elemenata koji će biti zavarivani, od čelika legiranog titanijumom ili niobijumom, vrlo retkim i skupim metalima.

Korozija uz zavareni spoj prikazana je na sledećoj slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Nastanak pukotina usled korozije

Pukotine usled korozije su lokalizovana forma ove pojave do koje dolazi u zonama sa različitim koncentracijama kiseonika i zonama koje su naročito izložene dejstvu radnih fluida ili uticaja okoline. Takve zone će imati mnogo veći stepen korozije od ostatka metalne konstrukcije, u njima će najčešće nastajati pukotine izazvane korozijom. Primeri za takva mesta su naslage blata i mulja koje nisu očišćene, prazni prostori u kojima se zadržava voda, prostori ispod zaptivki i brtvi i ranije nastale pukotine.

Zbog pukotina nastalih usled korozije, često dolazi do lomova:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Mikrobiološka korozija

Mikrobiološka ili bakterijska korozija je izazvana desjtvom određenih vrsta mikroorganizama na metalnu površinu. Ova vrsta korozije može se javiti čak i tamo gde uopšte nema kiseonika i vode kao osnovnih uslova za koroziju (anaerobne bakterije - one koje žive i bez kiseonika). Jedna vrsta bakterije u svojim izlučevinama stvara dosta sulfata - soli sumporne kiseline, posebno u atmosferi u kojoj ima malo kiseonika ili ga uopšte nema. Od sulfata dalje nastaje vodonik-sulfid, hemijsko jedinjenje koje vrlo agresivno napada metale. U okolini u kojoj ima dovoljno kiseonika, pojedine vrste bakterija direktno napadaju metale potpomažući njihovu oksidaciju, druge stvaraju sumporne okside iz kojih sa vodom nastaju sumporna i sumporasta kiselina koje opet vrlo agresivno nagrizaju metal. Zaštita od ove vrste korozije je često obnavljanje zaštitnih prevlaka na konstrukcijama.

Korozija na mestu dodira dva različita metala (galvanska korozija)

U savemenim uslovima, većina industrijskih postrojenja gradi se tako da se kombinuju elementi od različitih metala. Tako dolazi do dodira metala koji imaju veoma različite elektro-hemijske potencijale, zbog čega dolazi do konstantnog toka slabe električne struje između njih. Struja potpomaže koroziju bez obzira na ostale faktore rizika od nastanka korozije, posebno u prisustvu elektrolita koji poboljšava provodljivost, te se zaštiti takvih mesta od korozije ukazuje posebna pažnja u cilju izbegavanja oštećenja metala nižeg elektro-hemijskog potencijala. Najčešća zaštita od ove vrste korozije je ugradnja takozvanih "žrtvenih" anoda koje se troše umesto osnovnih materijala. Na slici je prikazana korozija na mestu dodira čelika i bakra.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Korozija na visokim temperaturama

Ova vrsta korozije je hemijsko razaranje metala na vrlo visokim temperaturama, posebno ako u okruženju ima kiseonika, sumpora ili drugih oksidanata ili materija koje potpomažu oksidaciju kao katalizatori, zbog mnogo veće reaktivnosti metala na povišenim temperaturama. Ova forma korozije često se javlja na motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, jer je u njihovoj blizini uvek i određena koncentracija sumpora, ugljen-dioksida i drugih katalizatora korozije. Međutim produkti korozije na visokim temperaturama mogu čak da budu i korisni - stvaraju vrlo otporni i homogeni zaštitni sloj oksida po površini metala, koji je vrlo kompaktan i tako sprečava dalju i dublju koroziju. Ujedno, ovaj zaštitni sloj često potpomaže podmazivanje i smanjuje trenje između pokretnih delova motora.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Pasivizacija metala

Ako je metal određeno vreme izložen odgovarajućim uslovima okoline, na njegovoj površini se može stvoriti zaštitni film - mikrometarski sloj oksida koji služi kao barijera daljem napredovanju korozije. Ova pojava naziva se pasivizacija metala. Sklonost ka pasivizaciji posebno imaju nerđajući čelici, aluminijum, titanijum i još neki metali. Ovako "pripremljeni", metali mogu se čuvati duže vreme pre ugradnje, bez opasnosti od dalje korozije. Međutim, nakon ugradnje se najčešće zbog transporta, sečenja, zavarivanja i slično, zaštitni film narušava, te je potrebno metal ponovo zaštiti od dalje korozije. Zbog toga se pasivizaciji metala ne može baš u potpunosti pokloniti poverenje kao metodi zaštite od korozije, osim kao privremenoj meri za čuvanje metala do ugradnje.

[Boro Prodanic]

Korozija nemetala

Korozija betona

Beton je jedan od najčešće korišćenih građevinskih materijala. Manje je poznato da je i beton sklon koroziji, doduše korodira mnogo sporije od većine metala. Verujem da je svako imao priliku da vidi neku staru betonsku konstrukciju koja je sva ispucala, orunjena i nema više onu konzistenciju i čvrstoću koju ima novi beton.

Korozija betona nastaje kombinovanim dejstvom mraza (smrzavanja), sunčeve svetlosti, kiseonika i vlage iz vazduha, a najviše zbog već pomenutih kiselih kiša. Naime, ugljenična kiselina koja nastaje vezivanjem ugljen dioksida iz vazduha sa kapima kiše i vlagom u atmosferi - oblacima, vrlo je agresivna prema kalcijum karbonatu, jednom od gradivnih jedinjenja kamena. Brzina korozije betona zavisi od "marke" betona - sadržaja cementa u suvoj betonskoj smeši prilikom spravljanja betona, kao i od vrste i granulacije upotrebljenog kamena. U novije vreme postoje određene hemikalije koje se dodaju betonu radi postizanja veće otpornosti na koroziju.

Evo kako izgleda betonski element u kojem je proces korozije već poodmakao, potpomognut korozijom izloženih gvozdenih armaturnih elemenata:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Ukoliko se na vreme ne preduzme mere sanacije - skidanje korodiranog sloja betona i izrada novog, betonski objekat može da izgleda i ovako:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Radi izbegavanja pojave korozije betona i armaturnih gvozdenih elemenata u betonu, primenjuje se sistem izlivanja betona u "kalupe (oplate) kontrolisane propusnosti". Naime, neposredno uz standardne oplate za izlivanje betona formira se sloj betona koji ima povećan vodo-cementni faktor (odnos vode i cementa), dakle manje cementa u odnosu na unutrašnjost izlivenog betona, što mu daje slabije mehaničke karakteristike i manju otpornost ka koroziji. Proces betoniranja u oplatama kontrolisane propusnosti, zbog karakteristika materijala oplate, dozvoljava da mehurići vazduha i vode koji se formiraju uz oplatu slobodno izađu kroz oplatu, tako da nakon skidanja oplate nema karakterističnih mehurića - šupljina u betonu. Na taj način, na prvoj liniji odbrane betona od korozije formira se kompaktniji sloj, sa istim vodo-cementnim faktorom koji ima i unutrašnja masa betona.

Ova vrsta oplate proizvodi se od tkanog sloja polipropilenskog fiber vlakna debljine 0,7 milimetara, nakon kojeg je postavljena plastična mreža da obezbedi drenažu vazduha i vode, pa klasična oplata na kraju. Nakon sazrevanja betona, ova vrsta oplate skida se lakše od klasične.

Korozija keramičkih materijala

Većina keramičkih materijala je gotovo potpuno imuna na dejstvo uobičajene korozije. Ako se na takvim materijalima korozija desi, ona je rezultat dejstva neke kiseline na materijal, dakle hemijska reakcija.

Degradacija polimera - plastičnih materijala

Propadanje polimernih materijala ili plastike, rezultat je složenog delovanja istih faktora kao kod betona, te se ne može smatrati korozijom u klasičnom smislu, a odvija se mnogo sporije nego kod betona. Zbog toga imamo problem sa odlaganjem plastičnog otpada - ta vrsta otpada ne raspada se uobičajenim, prirodnim tempom. Na primer, za prirodno raspadanje obične plastične kese u kojoj nosimo stvari iz prodavnice, potrebno je 400 godina! Ova činjenica predstavlja veliki problem i uzrok je nagomilavanja ogromnih količina plastičnih masa na deponijama otpada.

Korozija stakla

Do korozije silikatnog stakla koje se danas najviše koristi, dolazi zbog hemijskih procesa na nivou jona stakla u prisustvu vode i najviše zavisi od Ph vrednosti sredine (kiselosti) u kojoj se staklo nalazi. Ni degradacija stakla ne može se smatrati korozijom u klasičnom smislu reči, ali je pominjemo jer staklo ipak pod dejstvom kombinacije faktora navedenih kod korozije betona, vremenom, iako sporo, korodira.

Korozija u svemiru

Obzirom na relativnu mladost svemirske tehnologije, verujem da će biti interesantna činjenica da se i u vakuumu svemira, gde dakle nema ni kiseonika ni vode, ipak dešava korozija metala i ostalih materijala. Umesto kiseonika i vode, faktori koji u svemiru prouzrokuju koroziju su vakuum, bombardovanje ultra-ljubičastom svetlošću Sunca, X-zraci i bombardovanje česticama veoma visoke energije (elektroni i protoni iz tzv "Sunčevog vetra"). I stručnjaci NASA bili su pomalo iznenađeni kada je ova pojava utvrđena na delovima svemirskih letelica koje su provele neko vreme u svemiru - na slici:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Već nakon povratka prvih satelita na Zemlju, utvrđeno je da su najviše korodirali njihovi pokretni delovi, posebno ležajevi. Zbog toga se danas svi pokretni delovi svemirskih letelica prevlače tankim slojem zlata, za koje je eksperimentalno utvrđeno da je uz platinu, najotporniji metal na svemirsku koroziju.

Interesantno je da su plastični materijali korišćeni za svemirske letelice mnogo osetljiviji na koroziju u svemiru, nego na Zemlji, te da neuporedivo brže korodiraju i gube svoju funkciju pod dejstvom gore nabrojanih činioca.

Lom metalnih konstrukcija usled korozije

Kako korozija kod nemetalnih konstrukcija postoji, ali nije tako veliki problem kao kod metalnih, vratićemo se problemima koje korozija prouzrokuje na velikim i važnim metalnim konstrukcijama. Lom metalnih konstrukcija usled povećanih naprezanja uzrokovanih korozijom uočen je od strane naučnika vrlo brzo nakon izrade prvih većih metalnih konstrukcija, posebno na primeru mostova. Metalni delovi konstrukcije mogu spolja izgledati dobro, čak imati i metalni sjaj, a onda, pod dejstvom nekog dodatnog faktora kao što je na primer niska temperatura, mikrokorozija u pukotinama može dovesti do pucanja i pada cele konstrukcije.

Poznatiji slučajevi loma konstrukcija usled korozije su padovi krovova bazena za plivanje u gradu Uster u Švajcarskoj 1985. i gradu Steenwijk, Holandija, 2001. godine. Jedan od najčešće navođenih slučajeva ove vrste loma, prema kome je snimljen i film "Čovek-moljac" sa Ričardom Girom, je pad mosta Silver Bridge u gradu Point Pleasant u američkoj saveznoj državi Ohajo, na samo Badnje veče 1967. godine. Pad konstrukcije mosta je u hladnu reku Ohajo povuklo 46 ljudi koji su se našli u svojim automobilima na mostu u trenutku pucanja. Kasnije je utvrđeno da je niska temperatura bila "okidač" za pucanje konstrukcije mosta napadnute pukotinama korozije.

Izgled mosta nakon pada:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Sezonski lom metalnih delova usled korozije

Dakle, korozija na metalnim delovima pravi mikroskopske pukotine, koje se veoma teško zapažaju a još teže otklanjaju kada su već nastale. Ako se sa pukotinama kombinuje još neki uticaj, dolazi do "čudnih", "neobjašnjivih" lomova i oštećenja konstrukcija i metalnih predmeta, i to samo u sezoni kada se javlja taj novi uticaj-na primer povećana temperatura leti ili niska temperatura zimi.

Jedan od najbizarnijih slučajeva sezonskog loma metalnih predmeta zapažen je u britanskoj armiji u Indiji početkom XIX veka. Naime, tokom proleća i leta dolazilo je do neobjašnjivog, spontanog pucanja mesinganih čaura metaka i granata, što je izazivalo sujeverni strah kod vojnika. Ispitivanjem je utvrđeno da je uzrok ove pojave bila veća koncentracija amonijaka u vazduhu, koji se tokom toplijih dana oslobađao iz izmeta i urina konja koji su vukli kare sa municijom, i zaostala naprezanja u mesinganim čaurama koje su izrađivane hladnim postupkom. Problem je rešen termičkom obradom mesinganih čaura.

[Boro Prodanic]

Korozija metala u morskoj vodi

Već je rečeno u prethodnim postovima da korozija ima brži tok što je više vlage na metalu. Ovo se posebno odnosi na morsku vodu, u kojoj joni otopljenih soli omogućavaju mnogo bržu koroziju metalnih delova.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Pojavu pojačane korozije u morskoj vodi potpomažu i razna morska bića, koja nalaze dom na brodskoj oplati i svojim izlučevinama nagrizaju i uništavaju zaštitne antikorozivne prevlake. Zbog toga posade brodova imaju pune ruke posla na održavanju brodova, uklanjanju tragova korozije i premazivanju brodskih površina zaštitnim premazima. Brodovi se u propisanim razmacima vremena izvlače na suvo (sinhro liftom, u plutajući dok ili suhi dok - videti: https://www.paluba.info/smf/pomorstvo/dok-(suhi-i-plutajuci)/), čiste, menjaju se zaštitne anode i premazuju se sa nekoliko slojeva antikorozivne boje. Obično je završi sloj boje na podvodnom delu broda otrovan, da bi se što manje algi i raznih morskih životinjica naselilo na trupu broda i uništavalo premaze, čime se otvara put pojačanoj koroziji.

Ukoliko se brodovi ne održavaju na propisani način, proces korozije za nekoliko godina u stanju je da toliko nagrize oplatu i druge elemente brodske konstrukcije da brod postaje rizičan za upotrebu. U tom slučaju, na brodu se javljaju iznenandi i neočekivani prodori vode kroz oplatu podvodnog dela, što može da ima dalekosežne posledice, čak i potapanje broda.

Nekoliko primera dejstva korozije na brodski trup i priveske trupa:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Osim podvodnog dela brodskog trupa, na brodovima je pojačana korozija i u unutrašnjosti zbog povećanog prisustva soli u atmosferi sa jedne strane, i zbog dodira raznih vrsta metala na brodskom trupu a posebno u brodskim pogonskim prostorima. Već je rečeno da se na mestima dodira dva različita metala dolazi do stvaranja slabih, takozvanih "lutajućih" struja zbog različitog elektro-hemijskog potencijala različitih metala. Bez suvišnog ulaženja u fiziku i hemiju, ove struje uzrokuju stalni tok elektrona između različitih metala, koji izuzetno snažno ubrzavaju i pojačavaju efekte korozije.

Zbog ove pojave, posebno su neki elementi brodske opreme izloženi pojačanoj koroziji, na primer brodski cevovodi (videti: https://www.paluba.info/smf/brodomasinstvo-za-neupucene/brodski-sistemi-cevovoda-(drenaza)/).

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Osim brodova, mostovi i morske platforme za eksploataciju nafte kao velike konstrukcije izložene uticaju vode i izgrađene od različitih metala podložne su pojačanoj koroziji:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Troškovi i štete prouzrokovani korozijom su ogromni. Da bi se izbegli, preduzimaju se razne mere za sprečavanje ili ublažavanje efekata korozije. Posebno su dobro razvijene mere i postupci zaštite tamo gde je korozija najizraženija - na brodovima i drugim postrojenjima uz more i na moru.

[Boro Prodanic]

Zaštita od korozije

Obzirom na velike štete i troškove koje izaziva korozija, ne čudi činjenica da postoji veoma mnogo načina, sredstava i metoda za zaštitu i smanjenje uticaja korozije na metalne konstrukcije. Zaštita od korozije je najrazvijenija u oblasti gde je korozija najštetnija - na brodovima i ostalim morskim postrojenjima.

Postoji mnogo podela zaštite od korozije - na aktivne i pasivne metode, presvlačenje metalom ili galvanizaciju, bojadisanje zaštitnim bojama, anodnu i katodnu zaštitu... Reći ćemo po nekoliko reči o najčešće korišćenim metodama i sredstvima.

Elektrohemijska metoda zaštite

Elektrohemijskim metodama zaštite metal se narinutom električnom strujom održava ili u pasivnom ili u imunom stanju pri potencijalima nižim od ravnotežnih kada ne korodira, s tehnološkog stajališta prihvatljivom brzinom. Primer aktivne elektrohemijske zaštite brodskog trupa:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Elektro-hemijska zaštita manjeg broda:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Anodna zaštita

Anodna polarizacija ili kontakt s plemenitijim metalom može osnovni metal prevesti u pasivno stanje. Održavanjem pasivnog sloja osnovni je metal zaštićen od daljeg razvoja procesa korozije. Ova metoda se vrlo često koristi za zaštitu velikih metalnih konstrukcija, kao što su kopneni cevovodi, naftovodi, naftne platforme i brodovi. Suština dejstva metode jeste da se u procesu korozije troši "žrtvena" anoda, koja ima veći afinitet prema koroziji od metala osnovne konstrukcije. Nakon istrošenja, žrtvena anoda se menja, a osnovna konstrukcija je u velikoj meri zaštićena od korozije. Uslov za uspeh svih oblika elektrohemijske, anodne i katodne zaštite jeste održavanje dobrog metalnog kontakta radi provođenja električnih struja između osnovne konstrukcije i anoda/katoda. Na slici je prikazan model anodne zaštite cevovoda.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Ovaj način zaštite posebno je dobro razvijen u pomorstvu i zaštiti brodova od korozije u morskoj vodi. Svaki brod vezan uz obalu, spojen je sa spoljnim napajanjem električnom strujom, a čak i bez toga, javlja se tok električne struje između broda i metalnih elemenata u obali, koji pojačava efekat korozije:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Da se ova pojava spreči, obično se na strane broda okače takozvane viseće anode - valjci od cinka, koje su spojene na metalnu ogradu broda tako da kroz njih mogu teći struje koje se javljaju. Tako se troše te anode, a ne elementi brodskog trupa.

Naftne platforme štite se od korozije u atmosferi zasićenoj morskom soli postavljanjem aluminijumskih anoda na metalnu konstrukciju platforme:
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

U prisustvu morske vode, obojeni metali kao aluminijum i bakar, koji su inače relativno otporni na koroziju zbog stvaranja površinskog zaštitnog sloja, korodiraju mnogo brže nego kod primene na kopnu. Zbog toga pre ugradnje na brodove, delovi od ovih metala prolaze kroz površinski tretman tokom kojeg se na zaštitnom površinskom sloju namerno otvaraju mikro pore, koje omogućavaju stvaranje mnogo debljeg zaštitnog sloja oksida, a na kraju se i one zatvore. Tako je deo od aluminijuma pripremljen za teške uslove eksploatacije na brodu.

Osim aktivnih, na brodove se postavljaju i pasivne zaštitne anode, najčešće od cinka (takozvani cink-protektori), koje se troše u procesu korozije i time štite osnovni materijal. Kada se pri remontu broda utvrdi da neka od cink-anoda nije radila (nije nimalo istrošena), to nikako ne znači da u njenoj okolini nije bilo korozije, već da nije bilo metalnog kontakta između anode i trupa ili je anoda "previše tvrda" - nije dobro izlivena, tako da cink nije mogao da odrađuje svoju zaštitnu funkciju.

Nekoliko primera zaštitnih cink-protektora na brodskom trupu.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Katodna zaštita

Katodna zaštita je tehnika zaštite metala od korozije čiji je osnovni princip polarizacija metalne konstrukcije na potencijal kod kojeg proces razaranja metala prestaje ili se odvija prihvatljivo malenom brzinom, odnosno dovođenje metala osnovne konstrukcije u poziciju da u električnom krugu ima ulogu katode. Katodna zaštita se može sprovesti na dva načina:

1. Potencijal metala pomoću spoljnjeg izvora, povezanog za inertnu elektrodu, održava se na potencijalu nižem od ravnotežnog, tj. pri uslovima kod kojih ne dolazi do njegova razaranja.
2. Metal koji se štiti dovede se u kontakt sa metalom nižeg potencijala (protektorom) koji će se u električnom kolu ponašati kao anoda.

Katodna zaštita je efikasna jedino ako je materijal između protektora, odnosno inertne elektrode, i objekta koji se štiti provodljiv - ako postoji metalni kontakt. Katodna zaštita se obično koristi kao sekundarni zaštitni sistem, i veoma je slična elektrohemijskoj zaštiti koja je već opisana.

Zaštita inhibitorima korozije

Inhibitori su materije koje dodane u korozivnu okolinu smanjuju brzinu korozije do tehnološki prihvatljivih iznosa. Dodaju se povremeno ili kontinuirano u zatvorene ili ređe u otvorene prostore. Prema hemijskom sastavu inhibitori su anorganska ili organska jedinjenja. Inhibitorima korozije smanjuje se efekat korozije na sistem. Najčešće se koriste u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem - tačnije dodaju se u rashladnu tečnost motora, gde pokazuju efikasnost od 90-99 %. Naime, u savremenim motorima prisutni su različiti metali, deo su većih konstrukcija, kroz njih teku slabe struje, prisutne su visoke temperature, ima zavarenih spojeva -svi uslovi za pojačanu koroziju su tu, pa je zbog toga vrlo izražena potreba za zaštitu delova motora od korozije.

Za zaštitu od korozije izazvane mikro-organizmima, koriste se antiseptička sredstva, kao benz-alkon-hlorid i slična.

Osim u rashladnu tečnost, inhibitori korozije dodaju se i u goriva, hidraulične fluide, vodu koja se koristi u parnim kotlovima, motorno ulje za motore i mašine i mnoge druge fluide koji se koriste u industriji. Isto tako, dodaju se i u boje kojima se u cilju zaštite premazuju metalne konstrukcije. Za ovu svrhu najčešće se koristi cink-fosfat.

Zaštita prevlakama i premazima

Metalne i nemetalne zaštitne prevlake i premazi su najčešći oblik zaštite od korozije. Metalne prevlake mogu imati galvansko delovanje ili su otpornije na koroziju od osnovnog materijala pa deluje kao barijera prema uticajima okoline. Nemetalne prevlaku mogu biti oksidi npr. aluminijuma, netopljive soli na gvožđu i čeliku te keramika i organski premazi.

Komponente zaštitnog premaza su: vezivo, otapalo, pigmenti (daju boju i neprovidnost), punila i ostalo (sikativi - ubrzivači sušenja i slično). Razvrstavanje premaza može se sprovesti prema broju komponenata, trajnosti, načinu sušenja, generičkim tipovima itd. Premazi mogu biti jednokomponentni ili dvokomponentni. Obzirom na način sušenja premaza možemo ih podeliti na: konvertibilne premaze - premazi koji se suše oksidacijom ili polimerizacijom; nekonvertibilne premaze - premazi koji se suše isparavanjem otapala i koji nakon nanošenja ne prolaze kroz neke značajnije hemijske promene. Prevlakama i premazima razdvaja se materijal konstrukcije od agresivnog delovanja okoline i tako štiti od korozije.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Galvanizacija

Proces galvanizacije patentirao je u Parizu 1837. godine Stanislav Sorel. Galvanizacija je elektro-hemijski proces nazvan po italijanskom naučniku Luiđiju Galvaniju, u kojem se na metalni deo (najčešće od gvožđa i čelika) nanosi elektrolizom tanak sloj nekog drugog metala koji je otporniji na koroziju - najčešće cinka, mada se često koriste i plemenitiji metali - srebro, zlato platina, kao i drugi.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Zaštita metalizacijom

Ovaj način zaštite od korozije koristi se već duže od 150 godina, a podrazumeva vrelu galvanizaciju cinkom, kojim postupkom se osim fizičke barijere od cinka, otpornijeg na koroziju, galvanizovano gvožđe ili čelik štiti i u smislu katodne zaštite (cink odrađuje ulogu žrtvene anode u slučaju da sloj cinka bude oštećen). Proces nije skup, lako se izvodi a galvanizovani deo nije potrebno dalje održavati. Kada je izložen korozivnom uticaju, cink prvo formira sa kiseonikom cink-oksid, koji sa vodom gradi cink-hidroksid. Na kraju, cink-hidroksid reaguje sa ugljen-dioksidom iz vazduha gradeći cink-karbonat, koji je žilav, nerastvorljiv i nepropustvljiv za dalji prodor kiseonika i vode prema osnovnom materijalu.

U zavisnosti od namene i mesta upotrebe metaliziranog dela, sloj cinka može biti sastavljen od mikroskopskih, nevidljivih zrnaca, do vidljivih "bradavica" od cinka:

[attachment=10]
Osim cinka, u postupku metalizacije mogu se koristiti i drugi metali otporni na koroziju: zlato, platina, srebro i neki drugi. Ipak se najčešće koristi cink, kao najjeftiniji od nabrojanih metala.

Pored navedenih metoda i sredstava zaštite od korozije, postoje još mnoge koje ovde nisu opisane, jer savremena nauka stalno pronalazi nove materijale i sredstva za smanjenje troškova uzrokovanih korozijom.

[Boro Prodanic]

Poređenje stanja korozije brodskog trupa bez aktivne anti-korozivne zaštite i sa njom:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Elektro-šema zaštite broda cink-protektorima:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Razne vrste, oblici i veličine cink-protektora koji se koriste na brodovma:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Zaštita brodske propelerske osovine:

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[Boro Prodanic]

Korozija nerđajućeg čelika - primeri:

<iframe width="720" height="420" src="//www.youtube.com/embed/zQ3wMLZGGFQ?fs=1&start=" frameborder="0" allowfullscreen="true"></iframe>

Mikrobiološka korozija saća rashladnika:

<iframe width="720" height="420" src="//www.youtube.com/embed/4O5_lY_4Yo0?fs=1&start=" frameborder="0" allowfullscreen="true"></iframe>

Galvanska korozija - uzrok i posledice:

http://www.5min.com/Video/Boating-Tips---Galvanic-Corrosion-161782436

[Boro Prodanic]

Reaktivne prevlake (premazi) i IT tehnologije u zaštiti od korozije

Zbog vrlo visokih troškova nastalih na otklanjanju posledica korozije, u svetu se zaštiti od korozije pridaje veliki značaj. U tom smislu, koriste se sve najmodernije naučne metode, najnovije tehnologije i materijali. Jedan od primera je premazivanje takozvanim reaktivnim premazima delova koji se nalaze u koroziono aktivnom okruženju, ali kontrolisanom, dakle u zatvorenim cirkulacionim sistemima. Dodavanjem određenih inhibitora korozije, koji su naravno industrijska tajna, premazi na delovima izloženim koroziji u reakciji sa inhibitorom korozije dobijaju elektro-izolacioni sloj koji sprečava pojavu elektro-hemijske korozije (ne dozvoljava zatvaranje električnog kruga korozije). Ovo ujedno čini delove manje osetljivim na ogrebotine i mikro oštećenja, jer inhibitor korozije iz radnog fluida odmah pravi novi elektro-izolacioni sloj.

Isto tako, savremene informacione tehnologije našle su svoje mesto u rešavanju problema korozije. Na slici su propeler i skrok američkog nosača aviona USN Nimitz, obrađeni kompjuterskom metodom konačnih elemenata radi utvrđivanja mesta koja će biti najviše ugrožena korozijom na osnovu određivanja mesta sa najvećim elektro-hemijskim potencijalom. Nakon definisanja kritičnih mesta, ista se posebno zaštite koliko je to god moguće.

[ Attachment: You are not allowed to view attachments ]

[brodarski]

Jači si od Antikorozije i antikorozivnih premaza. Bravo!!!!

[Boro Prodanic]

Jači si od Antikorozije i antikorozivnih premaza. Bravo!!!!

Hvala Brodarski!