Korozja elektrochemiczna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Skutki korozji atmosferycznej.
Stal (anoda) utlenia się wokół bardziej szlachetnych śrub (katody, redukcja tlenu). Rdza powstaje w wyniku wtórnej reakcji chemicznej między jonami powstającymi na obu elektrodach.
Schemat ogniwa korozyjnego z depolaryzacją tlenową

Korozja elektrochemicznakorozja metali spowodowana procesami elektrochemicznymi, zachodząca wskutek występowania różnych potencjałów na powierzchni korodującego obiektu znajdującego się w środowisku elektrolitu. W takiej sytuacji powstają ogniwa korozyjne, w których fragmenty powierzchni metalu o niższym potencjale są anodami – zachodzi na nich utlenianie metalu, przechodzącego do roztworu. Na katodach ogniw korozyjnych zachodzą reakcje redukcji tak zwanego depolaryzatora, którym jest często cząsteczkowy tlen z powietrza (depolaryzacja tlenowa) lub jony wodorowe (depolaryzacja wodorowa) ulegające redukcji do wodoru gazowego.

Elektryczna sieć trakcyjna – zespół urządzeń umożliwiających dostarczanie energii elektrycznej do pojazdów poruszanych silnikami elektrycznymi. Konstrukcje wsporcze są częścią składową sieci trakcyjnej, natomiast przewodów zasilaczy oraz kabli powrotnych nie zalicza się do sieci trakcyjnej.Detrytus, detryt (łac. detritus – roztarty, rozdrobniony) – drobnoszczątkowa, martwa materia organiczna, martwe szczątki roślin, zwierząt oraz ich odchodów występujące na powierzchni gleby (np. opadłe liście i gałązki w lesie), na dnie zbiorników wodnych lub unoszące się w toni wodnej. Gromadzi się również na drzewach – pochodzi z odchodów i ciał owadów (głównie mrówek) wędrujących po drzewach i budujących na nich gniazda (mrowiska). Stanowi ważne źródło pokarmu dla detrytusożerców. W niektórych ujęciach w skład detrytusu wchodzą również drobne cząstki mineralnego pochodzenia.

Różnice między potencjałami poszczególnych fragmentów korodującej powierzchni mogą być związane z różnicami:

  • chemicznego składu stopu
  • zagęszczenia i rodzaju defektów sieci krystalicznej stopu (naprężenia wewnętrzne)
  • wielkości i rodzaju naprężeń spowodowanych zewnętrznym obciążeniem
  • chemicznego składu elektrolitu (np. stopnia napowietrzenia i zasolenia wody gruntowej).
  • W wielu przypadkach kierunek przemian i ich szybkość zależą również od innych czynników, na przykład oddziaływań fizycznych (m.in. zewnętrznego pola elektrycznego, promieniowania) lub mikrobiologicznych.

    Korozja selektywna – rozpuszczenie jednej fazy lub składnika stopu pod wpływem działania środowiska korozyjnego. Składnik fazowy o niższym potencjale staje się anodą i ulega rozpuszczaniu. Katodą jest faza o wyższym potencjale. Najczęściej spotykanym rodzajem korozji selektywnej jest odcynkowanie mosiądzów. Inne przykłady to selektywne rozpuszczanie glinu, żelaza, kobaltu, chromu, niklu, lub węgla z ich stopów.Polaryzacja elektrody – zjawisko fizyczne związane ze zmianą potencjału elektrody w stosunku do jej potencjału równowagowego wywołanym przez przyłożenie zewnętrznego źródła prądu. Miarą polaryzacji elektrody jest nadnapięcie. Po zanurzeniu elektrody w elektrolicie ustala się stan równowagi dynamicznej polegający na wyrównaniu się szybkości procesów utleniania i redukcji zachodzących na granicy faz. Każdemu z tych procesów towarzyszy odpowiedni prąd t.j.: prąd utleniania ( i ox ) {displaystyle (i_{ ext{ox}}),} i prąd redukcji ( i red ) {displaystyle (i_{ ext{red}}),} . W stanie równowagi prądy te są równe co do wartości bezwzględnej (różnią się tylko znakiem) i określane są mianem prądu wymiany ( i 0 ) {displaystyle (i_{ ext{0}}),} .

    Mechanizm korozji elektrochemicznej[ | edytuj kod]

    Mechanizm korozji elektrochemicznej wynika z podstawowych cech dwóch kontaktujących się ośrodków:

    Ferryt – składnik fazowy i strukturalny stopów żelazo-węgiel, roztwór stały jednego lub więcej pierwiastków w żelazie α lub żelazie δ.Cementyt – metastabilny węglik żelaza o wzorze empirycznym Fe3C (25% atomów C, co stanowi 6,67% masowych C). Jest jednym ze składników strukturalnych występującym w stali i żeliwach.
  • korodujący metal jest przewodnikiem elektryczności, przy czym jego powierzchnia nigdy nie jest całkowicie jednorodna (zróżnicowane potencjały standardowe)
  • woda, w której metal koroduje (w tym wilgoć gleby i gazów, np. w powietrza atmosferycznego), nie jest chemicznie czysta – jest roztworem różnych elektrolitów, czyli wykazuje przewodnictwo jonowe, zależne od stężenia i ruchliwości zawartych w nim jonów
  • Rdza na stali
    Chińska moneta z I wieku pokryta patyną

    W przypadku wystąpienia różnicy między potencjałami fragmentów powierzchni metalu powstają ogniwa galwaniczne, nazywane ogniwami korozyjnymi, w których:

    Reakcja połówkowa - element formy zapisu reakcji redoks w konwencji jonowej. Reakcje połówkowe nie są rzeczywistymi reakcjami elementarnymi, zachodzącymi w ramach mechanizmu przebiegu reakcji redoks, lecz tylko wygodnym sposobem ich bilansowania. Dla odróżnienia zapisów reakcji połówkowych od reakcji rzeczywistych stosuje się w nich znak "=" zamiast znaku "→".Korozja cierna - rodzaj korozji, która występuje, gdy dociskane do siebie dwa elementy wzajemnie przemieszczają się, w niewielkim stopniu lecz powtarzalnie. Zjawisko występuje np. w połączeniach gwintowych, połączeniach śrubowych lub nitowych albo w łożyskach tocznych, zarówno między pierścieniami a ruchomą obudową, jak i między kulkami a bieżniami, kiedy łożyska podlegają małym drganiom i nie obracają się. W przypadku stali charakterystyczne produkty korozji mają postać czerwono-brunatnego proszku .
  • na fragmentach o niższym potencjale (anodach) zachodzą reakcje utleniania, na przykład:
  • Me = Me + e
  • na fragmentach o wyższym potencjale (katodach) zachodzą reakcje redukcji, na przykład:
  • H2O + ½ O2 + 2e– = 2 OH 2 H + 2 e = H2↑
  • elektrony przemieszczają się od anody w kierunku katody przez korodujący metal (przewodnictwo elektronowe, I rodzaju)
  • aniony przenoszą odpowiednią ilość ujemnych ładunków w kierunku od katody do anody (przewodnictwo jonowe, elektrolityczne, II rodzaju)
  • produkty reakcji elektrodowych mogą wchodzić w roztworze w reakcje wtórne, w których mogą powstawać nierozpuszczalne związki, tworzące warstwy o różnej szczelności, jak rdza na stopach żelaza lub patyna (śniedź) na stopach miedzi, na przykład:
  • Fe + ½ O2 = FeO Fe + 2 H2O = Fe(OH)2 + 2 H Fe + 3 OH = Fe(OH)3 Fe(OH)3 = FeO(OH) + H2O 2 FeO(OH) = Fe2O3 + H2O 4 Cu + SO4 + 6 OH = CuSO4*3 Cu(OH)2

    Elementy termodynamiki[ | edytuj kod]

    Uproszczony szereg napięciowy
    Porównanie odporności metali na korozję w wodzie morskiej

    Stopień potencjalnej odporności metalu na korozję elektrochemiczną wyraża jego pozycja w szeregu napięciowym, zależna od potencjału standardowego, E. Więcej informacji uzyskuje się, obliczając wartości równowagowych potencjałów elektrod ogniw korozyjnych, w oparciu o równanie Nernsta. W uproszczeniu (dla T = 298 K i roztworów rozcieńczonych) jest ono stosowane w formie:

    Utlenianie – reakcja chemiczna, w której atom przechodzi z niższego na wyższy stopień utlenienia (co jest równoważne z oddaniem elektronów).Korozja naprężeniowa (pękanie korozyjne, pękanie sezonowe) – korozja lokalna zachodząca w materiale, w którym występują stałe naprężenia technologiczne lub eksploatacyjne. Korozja naprężeniowa występuje na skutek łącznego oddziaływania agresywnego środowiska i naprężeń mechanicznych na materiały podatne na ten typ korozji. Korozja prowadzi do pękania przedmiotów metalowych (np. stalowych, mosiężnych lub aluminiowych) lub polimerowych. Korozja metali ma charakter elektrochemiczny. .

    gdzie: E – potencjał standardowy, z – liczba elektronów wymienianych w reakcji połówkowej, [red] i [ox] – stężenia molowe formy zredukowanej i utlenionej.

    Eutektyka (eutektyk, mieszanina eutektyczna) – mieszanina dwóch lub więcej faz o określonym składzie, która wydziela się z roztworów ciekłych w określonej temperaturze, zwanej temperaturą eutektyczną. Mieszanina jest produktem przemiany eutektycznej. Nazwa wywodzi się z greckiego słowa eutektos, co znaczy łatwo topliwy.Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję.
    Wykres Pourbaix dla żelaza


    Środowisko umowne: brak innych anionów poza OH, stężenie jonów 0,001 mol/kg wody,
    temperatura 25 °C

    W ogniwach korozyjnych zachodzą lub mogą zachodzić różne reakcje utleniania i redukcji każdego z metali. Każdą z tych reakcji charakteryzuje inne równanie Nernsta lub odpowiedni wykres: prostoliniowa zależność potencjału od logarytmu ze stężenia określonego jonu (np. powstającego w reakcji utleniania).

    Na wykresach Pourbaix, dotyczących elektrochemicznej korozji różnych czystych metali, są przedstawiane zależności potencjałów wszystkich prawdopodobnych reakcji utleniania tych metali od pH roztworu. Najbardziej popularne są wykresy, na których proste odpowiadają stężeniom 10 gramoatomu/litr. To stężenie uznano za umowną granicę między obszarem korozji metalu i obszarem odporności (termodynamicznie trwały metal) lub potencjalnej pasywacji (termodynamicznie trwały stały produkt reakcji).

    Martenzyt – pierwotnie nazwa jednej z metastabilnych struktur, występująca w stopach Fe-C, charakteryzująca się bardzo dużą twardością. Wywodzi się od nazwiska niemieckiego metalurga, Adolfa Martensa (1850 – 1914). Obecnie przez określenie martenzyt należy rozumieć wszystkie struktury, które powstają w wyniku szeroko rozumianych przemian martenzytycznych.Eutektoid (eutektoida, mieszanina eutektoidalna) - drobnokrystaliczna mieszanina dwóch lub więcej faz przypominająca budową mieszaninę eutektyczną, ale powstała w stanie stałym .

    Możliwość zajścia odpowiedniej reakcji anodowej w ogniwie korozyjnym zależy od położenia odpowiadającej jej linii względem dwóch prostych, które opisują katodowe reakcje redukcji jonów wodorowych (depolaryzacja wodorowa) i cząsteczkowego tlenu (depolaryzacja tlenowa). Są one często oznaczane literowymi symbolami, odpowiednio: a i b. Pomiędzy nimi mieści się tak zwany obszar termodynamicznej trwałości wody, powyżej obszar trwałości cząsteczkowego tlenu, a poniżej obszar trwałości gazowego wodoru.

    Cięcie – jest to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana jest do jednego z procesów obróbki plastycznej, polegającego na oddzielaniu jednej części materiału od drugiej. Cięcie stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów, która polega na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu, aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego przedmiotu.Przewodnictwo jonowe - to przewodnictwo elektryczne, przy którym nośnikami prądu elektrycznego są jony. Przewodnictwo jonowe może być kationowe lub anionowe.
  • Wykres Pourbaix dla Cu

  • Wykres Pourbaix dla Au

  • Wykres Pourbaix dla Al

  • Wykres Pourbaix dla Ti



  • Podstrony: 1 [2] [3] [4]




    Warto wiedzieć że... beta

    Połączenie spawane – rodzaj złącza powstającego w procesie fizycznym łączenia materiałów poprzez ich miejscowe stopienie i zestalenie. Stosowane np. do łączenia metali (głównie stali) i tworzyw sztucznych. Przy spawaniu zwykle dodaje się spoiwo spawalnicze, tj. stapiający się wraz z materiałem rodzimym materiał dodatkowy, wypełniający spoinę.
    Rdza – niejednolita warstwa produktów utleniania żelaza i jego stopów (np. stali) w wodzie, wilgotnej atmosferze lub gruncie, zawierająca głównie tlenki i wodorotlenki żelaza. Taki proces niszczenia powierzchni metali jest zwany korozją. Potocznie termin „rdza” bywa też stosowany do określenia innych warstw produktów utleniania metali, w tym utleniania żelaza w gazach suchych lub utleniania stopów metali nieżelaznych (np. zgorzelina, śniedź, warstwy pasywujące). Przy wystarczającej ilości czasu, tlenu i wody, każda masa żelaza ostatecznie przekształca w całości w rdzę i rozpada się.
    Powłoka galwanicza – powłoka elektrolityczna. Powłoka z metalu lub stopu nałożona na inny metal lub stop. Powstaje w wyniku redukcji prądem elektrycznym na katodzie jonów metalu.
    Wzmocnienie metalu (umocnienie metalu) – obróbka plastyczna na zimno, cieplna lub cieplno–plastyczna, która powoduje przekształcenie struktury metalu wywołujące takie zmiany właściwości mechanicznych jak wzrost twardości i wytrzymałości na rozciąganie, podwyższenie granicy plastyczności, zmniejszenie udarności i plastyczności.
    Wykres Evansa (wykres potencjał/gęstość prądu) – opracowany przez brytyjskiego naukowca, Ulicka R. Evansa (Father of Corrosion Science), sposób graficznego przedstawiania wpływu procesów polaryzacji katody i anody ogniwa korozyjnego na maksymalną szybkość korozji, wyrażaną przez wartość prądu korozyjnego. Wykresy są sporządzane w układzie współrzędnych potencjał–logarytm gęstości prądu. Są to albo krzywe aktywacyjnej polaryzacji elektrod – proste zgodne z równaniem Tafela albo zależności nieliniowe, charakterystyczne dla polaryzacji stężeniowej lub pasywacji. W ogniwie krótkozwartym obie linie przecinają się w punkcie, który wskazuje wartość „prądu korozji”. Linie nie osiągają punktu przecięcia w tych przypadkach, gdy o szybkości korozji decyduje rezystancja elementów obwodu elektrycznego (np. oporność elektrolitu).
    Wydawnictwa Naukowo-Techniczne (WNT) – polskie wydawnictwo założone w 1949 z siedzibą w Warszawie, do 1961 działało pod firmą Państwowe Wydawnictwa Techniczne.
    Gięcie - rodzaj technologii obróbki materiałów (najczęściej metalowych) polegający na trwałej zmianie krzywizn przedmiotu obrabianego. Jeżeli w wyniku tej obróbki otrzymuje się przedmiot zakrzywiony to mówimy o wyginaniu. Jeżeli gięcie powoduje wyprostowanie obrabianego materiału to mówi się o prostowaniu. Odmianą wyginania jest zwijanie.

    Reklama